悬臂掘进机施工工艺

悬臂掘进机施工工艺

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

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1.悬臂式掘进机施工工艺流程见图

2.

3.8.4-1。

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 10kVA 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，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

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切削同时

架立格栅

切削作业区

二次衬砌 落底

铺底超前

喷混凝土支护 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，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。

图2.3.8.5-1 悬臂掘进机有轨运输施工模式图

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)。

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

格栅 初喷地段

复喷 φ1200m m 通风

12t 电瓶车

下台阶错开开挖

电动液压钢模衬砌台车

仰拱先行

轨行混凝土运输车

混凝土

输送泵

第一皮带机

第二皮带机

EBJ-S200G 掘进机

14m 2梭式矿车 初喷地段

复喷

φ1200m m 通风

14m 2梭式矿车 12t 电瓶车

轨行混凝土运输车

混凝土

输送泵

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图 2.3.8.5-4 下部开挖无轨运输施工模式图

五、开挖

1. 开挖分步

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EBZl60。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400mm ；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 ／min ；运输能力4 m 3

／min 。

4 履带式行走，l140 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，

初喷地段 复喷

φ1200m m 通风

轨行混凝土运输车

仰拱先行 电动液压钢模衬砌台车

混凝土

输送泵