艾家营隧洞隧洞全长2418.426米,存在软弱围岩的施工风险,洞身围岩岩层破碎,节理裂隙较发育,并且部分洞身位于地下水位以下,围岩稳定性差,易发生坍塌、掉顶、涌水。为提高施工效率,确保施工安全,项目组经过有序组织、科学研判,终选用悬臂式掘进机在艾家营隧洞进行应用。
采用鑫通悬臂式掘进机进行截割开挖段,采用三台阶法施工,根据隧道断面尺寸及现场围岩情况,结合掘进机的自身性能,台阶划分经实践确定为: 上台阶高度为3.78m,大宽度10.38m,台阶长度10~12m,掘进进尺2.0m;中台阶高度为2.45m,大宽度11.28m,为创造挖机扒砟和装载机装车出砟空间,台阶长度控制在30~35m,掘进进尺两侧对称2.0m;下台阶截割高度为3.73m,为创造装掘进机及其他机械行走空间,掘进进尺为单侧4.0m。
悬臂掘进机上台阶法:掘进机到达上台阶后掘进机开始截割工作,同时挖掘机挖掉中台阶与上台阶间的临时道路。整个上台阶掌子面分左右两部分进行截割,掘进机靠左侧,截割头放置于台阶面高度处,对上台阶掌子面左侧底部进行钻进截割,截割深度约为一个截割头长度(90cm),然后由下至上、由内向外截割,直至开挖轮廓线以内20~30cm。照此方法使其进尺达到2.0m,后由专人利用测量定位后的接电激光装置,尺量指挥,截割至开挖轮廓线。
隧道采用悬臂掘进机施工,开挖轮廓成型好,超欠挖控制好,减少了初期支护脱空的质量隐患;加之初期支护与岩面密贴性好,支护效果较好,围岩变形相对小,且避免了火工品的使用,消除了安全隐患。但对于塌方、突涌风险高以及软岩大变形等复杂地质条件下,悬臂掘进机预加固能力弱、灵活性差,施工风险相对钻爆法较高。 鑫通悬臂掘进机
悬臂掘进机对围岩强度及完整性比较敏感,若围岩整体性好、节理裂隙不发育、强度高,则难以发挥悬臂掘进机优势,如在秀岭隧道段悬臂掘进机施工过程中,隧道左侧拱部遇到青灰色砂岩,围岩强度达到110MPa,此时悬臂掘进机无法正常向前掘进,现场采取对硬岩段钻爆法处理通过,施工进度迟缓。 鑫通悬臂掘进机
悬臂掘进机由于其工作特性,掘进过程中持续产生粉尘,且受掘进机设备限制无法进行湿喷作业,洞内作业环境较差,将地影响作业人员的职业健康和工作效率,如何有效地通风降尘成为关键。为保障作业环境,某隧道悬臂掘进机施工中配套采用了湿式除尘风机以及湿式除尘器,采取一系列通风降尘措施,确保安全施工。