2.3.8.1中、软岩隧道的理想开挖工具——悬臂式掘进机

悬臂掘进机施工工艺作业指导书

2.3.8.1 工艺概述悬臂式掘进机法是铣挖法的最主要的方式。悬臂式掘进机是一种部分断面掘

进机，其截割臂

可以上下、左右自由摆动，能切割任意型状的隧道断面。臂式掘进机集开挖、装碴和自动行走于

一身，进退自如，操作灵活，对复杂地质适应性强，便于支护，可以适应中、软岩隧道不同的施工方法，因此是中小型中、软岩隧道的理想开挖工具。目前国外加快了对悬臂掘进机的研究步伐，逐渐使之应用于中硬和硬岩巷道的掘进施工。

2.3.8.2 作业内容

1．工作面降水

2．开挖

3．机械化配套

4．施工供电

2.3.8.3 质量标准及验收方法

1．参照台阶法施工

2．开挖循环进尺需满足设计；断面轮廓线应整齐平顺，保证隧道中线及高程控制。

2.3.8.4 工艺流程图

1．悬臂式掘进机施工工艺流程见图2.3.8.4-1。

施工准备(高压电缆、输水管线安装)

机械设备配套及选型

悬臂掘进机就位

工作面降水（无明水）

开挖断面参数设计

按预先设计好的断面开挖喷雾除尘、出砟

移位并按设计断面开挖

场地清理

设计循环进尺及断面轮廓

修整轮廓线、人工局部处

退出保养

图2.3.8.4-1 悬臂式掘进机施工工艺流程

2．隧道开挖施工工艺流程：上台阶环形开挖→上台阶初支→核心土开挖（必要时上台阶施

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作临时仰拱）→下台阶左侧开挖（下台阶右侧开挖，左右侧错开不大于1.8m ）→下台阶左侧初支 （下台阶右侧初支）→开挖下台阶核心土→开挖隧底→施作隧底支护→施作永久性仰拱及边墙基 础施工→拆除临时仰拱→施作防水及二次衬砌。

2.3.8.5 工序步骤及质量控制说明

一、施工准备

1．熟悉施工图纸，做好技术交底及培训。

2．施工人员及机械准备，做好现场劳动力的组织，准备好各种设备，并保证施工机械的完 好率，使其满足施工要求。

施工之前，根据围岩地质情况，选取合理的机械设备型号，并进行合理的机械设备配套。在 洞内布设好悬臂掘进机所需的高压电缆、输水管线，同时将掘进机与工作面齐头，并摆放妥当。

3．施工供电。重型悬臂式掘进机机器供电电压为一般在 660V ～1140V 之间, 同一般隧道机 械工作电压有区别, 但只要洞口有 10kV A 供电变电站, 即可满足需要。

二、工作面降水 工作面降水的目的是防止因渗水量过大，铣挖的岩碴成泥状而糊住铣挖头设计开挖轮廓线，以致降低铣挖效 率。采用台阶法施工时，工作面基本具有自然降水的能力，仅在拱脚及边墙等局部有水渗出。降 水要求：工作面无明水，尽量保持干燥，铣挖岩碴不能形成泥状。

三、开挖断面设计

悬臂掘进机为纵向铣挖头(铣挖头直径≤1 m)，拨料截齿呈螺旋状，顺时针旋转，铣挖头连 接伸长臂决定伸长量2—3 m 。根据铣挖头特点，开挖断面设计按分部条块法开挖，横向左右分部， 竖向上下分条块。分块大小：高度0．8—1．2 m ，左右每部分块8—10块；开挖宽度4．5—5 m ； 深度为设计循环进尺2．2 m 。当操作不熟练时或为提高掘机效率，可在工作面弹线设计开挖轮廓线，标示条块分 隔线，由下到上编号l 、2?。n

四、设备配套

1．上半断面

在采用掘进机开挖的铁路隧道施工中, 根据隧道断面的大小和长度等因素既可以采用有轨 运输, 也可以采用无轨运输方式。有轨运输配套方案可采用悬臂掘进机开挖，电瓶车牵引，梭式 矿车出碴。无轨运输配套方案可采用悬臂掘进机开挖, 通过第二皮带机转载,大型自卸轮胎运输 车出碴, 机械化配套模式见图2.3.8.5-1、2.3.8.5-2。

格栅

初喷地段

第一皮带机

第二皮带机

复喷 φ1200m m 通风

14m 2梭式矿车

12t 电瓶车

混凝土 输送泵

轨行混凝土运输车

E B J-S 200G 掘进机

下台阶错开开挖

仰拱先行

电动液压钢模衬砌台车

图2.3.8.5-1 悬臂掘进机有轨运输施工模式图

切削同时 架立格栅

切削作业区

二次衬砌

喷混凝土支护

落底

铺底超前

图2.3.8.5-2 悬臂掘进机无轨运输施工模式图

2．下半断面

下半断面开挖采用悬臂掘进机开挖,也可以采用人工打眼放炮的开挖方式,有轨运输时用立爪式扒碴机装碴,电瓶车牵引梭矿运输(见图2.3.8.5-3)；无轨运输时，采用挖掘装载机装碴, 自卸车外运的方法(见图2.3.8.5-4)。

初喷地段复喷φ1200m m 通风

轨行混凝土运输车

14m2梭式矿车12t电瓶车混凝土

输送泵

仰拱先行

电动液压钢模衬砌台车

图2.3.8.5-3 下部开挖有轨运输施工模式图

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初喷地段 复喷

φ1200m m 通风

混凝土 输送泵

轨行混凝土运输车

五、开挖

1．开挖分步

仰拱先行 电动液压钢模衬砌台车

图2.3.8.5-4 下部开挖无轨运输施工模式图

受掘进机一次掘进高度影响, 铁路隧道可采用两步台阶法开挖。上部断面一次开挖高度在6m 左右，具体开挖高度还应结合地质、所选型的掘进机技术参数等因素来确定, 一台掘进机移动一 次即可满足开挖宽度要求。下台阶也可采用悬臂掘进机施工，也可采用其它办法开挖跟进。

2．切削方法 为了确保隧道开挖断面圆顺, 控制超欠挖, 一般应先开挖初步断面, 然后进行二次修整以 达到准确的设计断面, 切削采取自下而上、左右循环。见图2.3.8.5-5。

3．软岩的情况下，拱部环型先开挖, 安装格栅支护, 然后进行上台阶下部开挖。上台阶开 挖完毕, 立即喷射混凝土封闭。依次循环, 一次进尺控制在设计的钢架支护间距范围。

当断面遇有局部硬岩时，可先掘周围软岩, 使大块硬岩坠落, 采用改炮方式另行处理, 以减 少掘进难度及刀齿消耗。

图2.3.8.5-5 隧道开挖与切削轨迹

4．轮廓修整及人工局部处理

由于机械设备条件所限，无法实现开挖轮廓线范围lO ～20 cm 厚度轮廓修整，仅能采用人工 修整或其他机械设备修整。当然，在采用分部开挖时，可实现局部处理的平行作业。

六、喷雾除尘、出碴、场地清理 铣挖同时，采取流水线作业，一边开挖，一边通过机械设备配套(配备“二运、三运”设备) 实现出碴。当然为控制粉尘，需适当喷雾，既达到降低粉尘目的又不引起岩碴泥化。喷雾装置为 悬臂掘进机自动装置。

2.3.8.6 施工机械及工艺装备 现以武广客运专线浏阳河隧道隧道为例，介绍悬臂掘进机设备配套设备。根据浏阳河隧道围

岩强度、结构及特性，所选取的悬臂掘进机型号为EB Zl 60。其主要的特点如下。

1 整机参数总体长度14.4 m ；总体宽度2.9m ；总体高度2.5

2 m ；卧底深度400m m ；爬坡能力 ±180°；截割硬度≤80MPa ；总质量48t 。

2 纵向式铣挖头，截割范围高度2.4-4.8 m ；宽度3.2-5.0 m ；面积24m 2

。 3 三齿星轮式铲板，皮带运输。运输机形式为中双链刮板式；溜槽断面尺寸0．54 in (宽)×0．35

m(高)；链速56 m ／m in ；运输能力4 m 3

／m in 。

4 履带式行走，l 140 V 高压电力驱动。由于悬臂掘进机适应于煤矿巷道生产。对客运专线大 断面隧道还存在设备配套的问题。主要问题有：原配皮带运输机出碴时高度较低，由于开挖摆动，

卸碴尾部亦发生摆动，不能直接装载汽车，故弃碴堆积在掘进机后部及传送带下部，需用小挖掘机倒碴，然后由装载机装车运出洞外。为实现流水线作业，施工时为悬臂掘进机配备了“二运” 设备。这样，可实现铣、掘、装、运流水线作业，可大大提高施工工效。

2.3.8.7作业组织及效率分析作业实行台班制，每台班定员4名，包括1名司机、1名副

司机、1名电路工、1名指挥人员，

目前实行2班倒共配备了7人。设备配置1台EB Zl60悬臂掘进机，并配备1台小挖掘机配合l 台装载机出碴(经改进可配备“二运、三运”设备而取代)，2台15 t自卸汽车运输(出碴距离为2 km范围)。经分析．每台班费用为6 922．78元。开挖单价约为215元／m3。

2.3.8.8

生产效率

Ⅴ级围岩每循环进尺1m，平均月进尺可达62.5m。Ⅳ级围岩每循环进尺2m，平均月进尺可达

1

5

m

。

2.3.8.9 安全生产及环境保护施工过程中，所有人员必须在机械作业半径范围外，防止

机械伤人；特别是当粉尘较大时，

由于视线受阻，必须加强照明及安全防护。由于使用的是高压电，故应做好接地，电缆、开关等

必须规范使用，以防止触电，保证用电安全。开挖进尺不宜过大，保证施工安全；同时防止破坏已施作完毕的初期支护。施工开挖必须保证开挖轮廓及中线水平，出碴流水线应完备，防止再次机械倒碴。为保证施工人员身体健康，需喷雾降尘，并发放防尘口罩。

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