张玮青，王 龙，郑长洲，余 波，黄风尘

（中国水电基础局有限公司，301700，天津）

悬臂式掘进机在拉洛工程曲美隧洞开挖中的应用

张玮青，王 龙，郑长洲，余 波，黄风尘

（中国水电基础局有限公司，301700，天津）

根据前期地质资料显示，拉洛工程曲美隧洞围岩类别主要为Ⅳ、Ⅴ类，围岩较差，强度较低，据此引进掘进机进行隧洞开挖施工。本文主要阐述悬臂式掘进机的主要技术特征、施工布置、施工原理，结合隧洞开挖进度，对悬臂式掘进机在拉洛工程曲美隧洞开挖施工中的实际应用及存在的问题进行总结归纳，为工程进一步开展提供科学参考。

悬臂式掘进机；开挖施工；应用；问题；拉洛工程

一、背景概述

1.工程简介

拉洛水利枢纽及配套灌区工程（简称“拉洛工程”）位于西藏自治区日喀则市西部、雅鲁藏布江以南萨迦县，是雅鲁藏布江右岸一级支流夏布曲干流上的控制性工程，位于海拔高程4 300 m的高寒缺氧地区，坝址区位于夏布曲干流距拉洛乡下游6 km峡谷进口河段。曲美隧洞位于第五分干渠I段桩号 4+960～7+273处，全长2 313 m，纵坡0.010%，引用流量2.22 m3/s，隧洞为城门洞型，断面尺寸2.3 m（宽）×2.99 m（高）。隧洞总体走向21°。

2.地质条件

洞身段上覆岩体厚度10～270 m，岩体总体向北-北西倾斜，倾角50°～80°。基岩为白垩系上统昂仁组（K2a）岩性为页岩夹薄层砂岩，局部页岩砂岩互层，页岩较软弱，遇水易软化并脱开，易造成塌落，页岩围岩类别属Ⅳ、Ⅴ类，砂岩围岩类别属Ⅲ类。根据前期地勘资料显示，曲美隧洞围岩类别中Ⅲ类围岩占比13.16%，Ⅳ类围岩占比65.56%，Ⅴ类围岩占比21.28%。

进口边坡为岩质逆向坡，基岩为页岩夹砂岩，边坡整体稳定。出口边坡为岩质顺向坡，基岩为页岩夹薄层砂岩，岩层倾角大于斜坡坡角，边坡整体稳定。

3.水文气象情况

（1）气温

据处于同一气候区的江孜气象站资料统计，多年平均气温为4.8℃，月平均气温最高为12.7℃（7月），月平均气温最低为-4.8℃（1月），极端最高气温28.2℃，极端最低气温-23.9℃；

（2）风速

一般冬春季节风大，多西北风，夏季风小，多年平均风速2.6 m/s，历年最大风速29.6 m/s。

（3）降雨及蒸发量

夏布曲流域的水面蒸发量为1 323 mm。降水多表现为夜雨，海拔5 000 m以上多为降雪。据统计，年楚河江孜、日喀则站多年平均降雨量分别为280mm、440 mm；根据水资源评价降雨量等值线图，夏布曲多年平均降雨量为310～330 mm。

二、悬臂式掘进机主要技术特征

将悬臂式掘进机主要技术特征总结如表1。

表1 悬臂式掘进机主要技术特征

三、掘进机施工临建布置

①施工用电：施工电源工区线路接入点采用贝琼农网 10 kV线路，电源用架空线从10 kV电源接线点引至施工变压器高压侧，然后用低压电缆从变压器低压侧引至施工用电负荷变压器，施工用电负荷变压器为500 kVA，施工用电经专用变压器变压到额定电压，并随开挖进度移动。

②施工用水：施工用水采用在隧洞口附近修建高位水池，水池所处的位置在隧洞西侧冲沟内，水池容量20 m3，可满足掘进机施工用水。

③施工供风：在洞口布置两台TZ90轴流风机对洞内进行通风排烟。

④出渣：由掘进机自带的星形铲板、第一运输机将石渣运至掘进机尾部，自卸汽车在此装渣，石渣可直接卸在车厢内，然后由自卸汽车将石渣运往洞外，弃至弃渣场。

⑤弃渣场：采用设计弃渣场。

四、掘进机法隧洞开挖施工

1.洞口开挖

①洞口开挖前，应做好开口线锁口支护，洞口削坡开挖应自上而下进行，严禁上下同时作业。应做好危石清理、坡面加固、马道开挖及排水等工作。

②洞口边坡开挖完成后，进洞前根据洞脸地质条件，按照图纸或监理工程师指示，先施工锁口超前锚杆支护，进洞后及时采用锚杆、型钢钢架、挂网喷混凝土等方式进行支护。

2.洞身开挖

掘进机法隧洞施工依然遵循新奥法原理，开挖前做好隧洞测量工作，每个洞口设复核过的三角导线控制网点。洞身开挖采用全断面开挖，利用掘进机截割头上下、左右移动进行截割，开挖过程中利用激光指向仪进行断面尺寸控制，并加强测量，确保开挖尺寸。

图1 掘进机截割方法示意图

图2 掘进机截割部工作状态示意图

掘进机截割岩石时，应先进行初步截割，然后进行修整，以达到断面尺寸要求。一般在截割较软岩石时，采用截割头左右移动循环向上的方法，当截割较硬岩石时，可采用自下而上左右移动截割的方法，截割应尽量自下而上进行。如遇有高硬度岩石时，不能勉强截割，应采取其他方法进行开挖。局部有围岩硬度较高，但比较破碎的砂岩，可用掘进机将围岩截割剥落，但无法采用第一出渣部进行出渣，需采用其他方式进行出渣。由于洞径较小，只能采用农用车进行出渣，因此出渣效率较低。

五、主要资源配置

将悬臂式掘进机主要资源配置总结如表2。

表2 悬臂式掘进机主要资源配备情况

六、掘进机法隧洞开挖施工进度

目前，拉洛工程曲美隧洞使用掘进机开挖进尺为500 m，正常施工情况下掘进机开挖施工平均循环时间见表3。

表3 掘进机掘进平均循环时间

由于隧洞围岩类别较低，因此临时支护要及时跟进，但洞径较小，不利于机械施工，大部分支护措施由人工完成，因此临时支护占据时间较长，对掘进机的施工效率造成了一定影响。采用掘进机进行隧洞开挖施工较传统的爆破开挖施工工作效率有明显提高，实际施工过程中，单日进尺最大达到8 m。

七、掘进机法隧洞开挖施工的特点

①采用掘进机进行隧洞开挖施工较传统的爆破开挖施工工作效率有明显提高。

②由于掘进机开挖较爆破施工对围岩的扰动大幅度减小，因此施工过程中围岩较稳定，洞挖施工安全系数得以提高。

③掘进机采用截割的方式进行开挖，截割部位较为平整，能够较好的控制超欠挖。

八、存在的问题

①对围岩适应性较差，对于强度较高的砂岩，截割效率大幅度降低，需结合爆破施工进行开挖。

②初期使用时，在出渣过程中，第一运输部溜槽部位经常性卡死，导致无法出渣，需暂停掘进进行处理，施工效率降低。对第一运输部进行调整后，卡死现象有所降低，但仍时有发生，该部位仍需改进。

③水系统降尘效果较差，需采用其他措施辅助降尘。

九、结 语

作为新兴的隧洞施工设备，悬臂式掘进机施工快速、简便，对于完整的软弱岩层有着较好的适用性，开挖质量也可以得到保证，对后续的混凝土衬砌施工带来很大方便。但是由于对硬度较高的岩层实用性较差，因此需加强掘进机对岩层的适应性，以保证其施工效率。

责任编辑 安天杭

Application of cantilever tunneling machine in excavation of Qumei Tunnel

Zhang Weiqing，Wang Long，Zheng Changzhou，Yu Bo，Huang Fengchen

According to the geological data,the surrounding rocks of Qumei Tunnel belong to categoryⅣandⅤof low strength,therefore cantilever tunneling machines are employed for excavation of the tunnel.Technical features,construction layout and principle of cantilever tunneling machine are presented.The application of machine in Qumei Tunnel excavation and associated problems are summarized for making further improvement in the later construction of Laluo Project.

cantilever tunneling machine;excavation construction;application;problem;Laluo Project

TV+TB495

：B

1000-1123（2016）20-0071-03

2016-10-18

张玮青，工程师。