第二代硬岩掘进机在地铁施工中的应用

摘要：地铁区间施工常用的方法有明挖法、暗挖矿山法、盾构法等。明挖法适用于埋深浅场地空旷的条件施工；暗挖矿山法比较常见，但施工进度缓慢，需工作面多，安全性差。盾构法施工，安全可靠，但投入大，需要施工场地大，盾构机选型、生产周期长。本文介绍一种《第二代硬岩掘进机》施工技术，这种技术将应用于繁华市区，周边场地小，岩性均一的施工条件，取代矿山法或盾构机施工。

关键字：第二代硬岩掘进机；高效；截割岩石；后配套

中图分类号： U455.3+1文献标识码：A

一、引言

随着城市轨道交通建设的飞速发展，地铁修建技术越来越受到社会各界的关注。特别是在城市商业区修建地铁，既要考虑施工周期、又要兼顾社会影响，高效、安全、快速的修建技术已成为地铁施工领域发展的主要方向。本文介绍的《第二代硬岩掘进机》施工技术，主要包括掘进机的结构功能，施工方法及条件，经济效果分析等。

二、设备的结构组成

掘进机在液压、电控系统控制下，配合协调一致，轻松灵活地完成掘进作业。悬臂式掘进机一般由截割部、铲板部、第一运输机、本体部、行走部、后支承、液压系统、水系统、系统、电气系统10部分构成。

截割部

截割部由截割头、截割减速机、截割电机组成。截割头为圆锥台形。截割减速机是两级行星齿轮传动。截割电机为双速电机，使截割头获得两种转速。

三、设备的基本工作原理

“第二代掘进机”主要掘进原理为利用机械最前端的截割头旋转并左右移动来将掌子面的岩体切落，截割下的岩石由铲板部收集并装运，利用自身的出渣装置及后配套设备完成出渣。截割时，可截割出初步断面形状，如此截割断面与实际所需要的形状和尺寸有一定的差别，可进行二次修整，以达到断面尺寸要求。当进尺达到一定空顶距时，停止截割，将掘进机退至永久支护下并放下截割部。然后人工进行敲帮问顶，处理掉活渣，确认安全后，打设临时支护。之后，人员站在临时支护下打设锚杆、锚索以及挂网等工作，完成永久支护。这就是一个作业循环，下个循环开始后，喷射混凝土时，可以利用喷射机在掘进机后面的空档位置进行在作业。如此循环，完成隧道成形。

本设备在软岩、硬岩中均可施工，最大可切割130Mpa的岩石。

其作业流程为：截割（同时收料） — 退机—敲帮问顶—临时支护—永久支护。

四、主要技术指标：

根据围岩硬度不同，“第二代掘进机”可选用不同的机型，如适合硬度在f ≤6的EGB160、EGB132、EGB200三种机型，适合硬岩f 》6开挖掘进的EGB200H 、EGB260 H 、EGB318 H三种机型等。其中软岩掘进速度主要取决与支护速度，硬岩在f=8时每小时不小于8m3，在f=7时每小时不小于10m3，在f≤6时每小时不小于15m3，大连地铁实际应用中岩石硬度f ≤6，每掘进1.0m，共30.0m3，用时小于2.0小时，施工日近日为8m，月平均进尺大于200m。

五、主要施工方法：

（一）当工作面岩石硬度较小（f ≤6）时，用截割头先在左下角进行掏槽，然后按照如下图所示“S”形向上切割方法，使截割头扫过整个隧道断面。

（二）当截割岩石硬度不同时，先选择较软的岩石进行钻进，然后采用由下而上左右截割的方法；当截割岩石硬度大且为同种岩石时，应将截割部处于水平和机器中心位置进行钻进，可根据岩石硬度和节理发育情况决定钻进深度，但最大一次钻进深度以不超过220mm为宜，然后截割头扩窝后再继续进行钻进。切割时截割头最大参与切割长度以不超过700mm为宜。

（三）当遇有含水岩层时，隧道内会有大量的积水，可转动外喷雾三通阀，此时停止外喷雾，冷却水会从二运后部流出随矿渣一起带走，减少隧道内积水。

六、后配套设备与工艺图解

所谓后配套是指：二运后的储、装、运排渣系统的设备配套。岩隧掘进机与二运、皮带机、矿车等后续运输设备组成的整个系统，完成了岩石的破、装、储、运机械化施工。我们把掘进机后的二运、皮带机、矿车等排渣设备的总和称为掘进机的后配套，隧道掘进效率的提高，不仅依赖于掘进机的破岩能力，还与后配套设备及工艺的排渣能力密切相关。根据以上统计结果，大连地铁采用的掘进机后配套形式为《掘进机—龙门二运—多矿车—井外》

七、经济适用性分析

“第二代掘进机”在施工过程中主要发生切割刀具磨损费用，水、电费用，维修费，土石方运输费用，超前支护，初期支护费用等，施工直接费用略高于盾构机施工和矿山法施工。但施工措施费远低于盾构施工措施费。综合比较，“第二代掘进机”费用低于盾构机施工费用，高于矿山法施工费用，在短距离穿越建筑物等风险源施工中有一定的推广使用价值。

八、结论

大连地铁在穿越某商业大厦施工中，采用“第二代掘进机”技术成功完成约400m开挖，取得良好的的效果，但掘进机使用必须满足一下三方面条件：

（一）供水压力3MPa，水量30-150L/min，如水压不足可配备增压泵。试验现场采用增压泵解决。

（二）供电电压1140V，根据现有供电电压为380V。需配备变压器和控制开关，将电压升压至1140V。变压器功率初步选择为500KW。同时配备1140V电缆线，线长根据隧道掘进长度确定。初步选用70电缆，洞外设置变压器。

（三）通风要求，保证最小供风0.15m/s（出风口风量270m3/min），实际供风应在400-600 m3/min（不配备除尘系统）。现场配备空压机满足供风要求。

因适用条件，在今后施工中仍有很大改进空间。

参考文献：

[1]王梦恕、地下工程浅埋暗挖技术通论 2004.12.

[2] 地下铁道设计规范（GB50157-92）北京 中国计划出版社，1993.