公路隧道悬臂式掘进机技术与钻爆法施工对比分析

摘要：目前硬质、较软岩隧道通常采用钻爆法开挖。当处于复杂环境，尤其是穿越城区时，其上部往往有许多建（构）筑物、名胜古迹等，施工中的爆破震动对建（构）筑物的结构和周边生活的居民均会产生不利影响。因此，有必要采取减震措施或者使用减震开挖技术。实际工程效果表明，悬臂式掘进机与控制爆破组合式开挖方法能明显降低施工震动，具有良好的施工效果。

关键词：隧道悬臂式掘进机；钻爆法；施工；隧道 引言

传统的钻爆法施工因其投入少，施工操作方法较简单，目前在隧道施工中占主导地位。但钻爆法开挖时易造成周边围岩整体性破坏，施工时常出现安全事故，其对施工的危险性较大，开挖方式也较为落后。悬臂式隧道掘进机，因其移动与掘进开挖工作灵活，安全性相对可靠，逐渐在一些公路隧道施工中出现。 1隧道悬臂式掘进机工作特点

隧道悬臂式掘进机是一种集岩土切割、装运、能独立行走、可手动喷雾灭尘为一体的多功能联合掘进设备，适用于铁路隧道、公路隧道、大型水利工程施工及矿产开掘，起主要工程原理与特点如下：（1）切割高度可满足大断面交通隧道的高度需求，高度不需分层施工，在此处还是采取了分层施工工艺，与设计其施工工作断面高7m，宽12.2m；（2）具备硬岩切割模式，提高掘岩能力；（3）驾驶室位于车身上部左侧，视线开阔，右侧配合遥控，保证左右切割边界不超差；（4）自动卷电缆功能，减轻工人劳动强度；（5）双层本体架布置，增大安装维修空间；（6）整机供电电压标配380V，满足用户供电需求；（7）电机软启动应用，避免启动冲击，提高电器件使用寿命；（8）可配装风机除尘系统，改善隧洞环境；（9）按CE要求增加安全报警功能。

2悬臂式掘进机与控制爆破组合式施工试验 2.1上半断面全机械开挖

试验段一里程为DK298+185～DK298+228，下穿一活动滑坡带，隧道上方存在老旧民居。为减少施工震动，采用悬臂式掘进机对上台阶进行全机械开挖。EBZ260H悬臂式掘进机外观尺寸为11.5m×3.6m×1.9m，切削范围为5.2m×6m（高×宽）。新红岩隧道跨度11.5m，因此将上台阶断面分成左右两侧分部进行切削。上台阶左侧切削约2h后，移动悬臂式掘进机至右侧，同时利用挖掘机将左侧切削的洞碴扒至悬臂式掘进机后方，由装载机配合自卸车出碴，完成后回到左侧继续切削，悬臂式掘进机开挖掌子面侧洞碴，如此循环往复。为方便后续施工工序的组织，扩大了上台阶的侧洞碴，如此循环往复。高度。由于悬臂式掘进机开挖高度不够，因此需配以铣挖机扩大切削范围。若切削形成的初步断面与设计断面存在差别，也采用铣挖机进行二次修整。中下台阶采用控制爆破的方法进行开挖，上台阶已经开挖的空间提供了较大的隔震带及临空面，对地面的爆破震动影响非常微小。中下台阶滞后15m，采用普通的控制爆破施工工艺施做。试验段一的震动测试结果表明，上台阶机械开挖时未触发震速监测仪，表明震速小于0.1cm/s，对地表建筑物的扰动基本为零。中下台阶控制爆破开挖时也未监测到震速。 2.2上导洞机械开挖

试验段二里程为DK297+838～DK297+826，共进行6个循环的开挖试验，该段落覆盖层厚度为16.3～21m。为区别前述试验段一施工方法，仅在中间核心区域使用悬臂式掘进机进行开挖，切削出一个4m×3.5m的临空面。由此消除了震动最大的掏槽爆破作业，同时减少了断面总的爆破用量。周边使用数码电子雷管控制爆破的方法，精确控制各段位的起爆时间，实现干扰减震。上台阶采用悬臂式掘进机与控制爆破组合式方法施工，其优点在于机械施工范围减少，施工效率有所提高，而且无需配套铣挖机。试验段二施工方案为悬臂式掘进机掘进2m或者2榀，后续控制爆破分为两次开挖跟进。上台阶连续施工4个循环，进尺8m。然后，在施工第五个循环的过程中，同时控制爆破开挖下台阶和仰拱，并施做下台阶和仰拱初期支护。后续施工仰拱及仰拱填充，保证仰拱及时闭合，二次衬砌及时跟进。悬臂式掘进机开挖时，对隧道顶部建筑物及滑坡体的扰动未触发震速监测仪，震速小于0.1cm/s。其它房屋变形、沉降等观测数据均稳定。数码电子雷管控制爆破扩挖剩余部分断面时，产生如图7所示的典型震动波形，爆破震速在0.67～0.93cm/s之间，符合震动控制要求，均未影响到当地居民的正常生产生活。隧道内拱顶下沉、净空收敛等监控量测数据均在安全范围以内。 2.3功效分析

（1）切削效率EBZ260H型悬臂式掘进机累计开挖338.2h，累计掘进上台阶42.2m

（DK298+185.8～DK298+228），开挖方量1575m3，切削效率为4.7m3/h。（2）隧道循环施工效率从试验段一取一个循环进行分析，悬臂式掘进机施工进尺为2m；从试验段二取一个机械开挖循环进行分析，悬臂式掘进机施工循环进尺为2m，周边数码电子雷管控制爆破分两次，每次1m，对比统计上述两种方案所需要消耗的时间如表1所示。对比功效表明：在隧道进尺2m的条件下，试验方案二的整体施工功效要高，预计整体隧道施工进尺可达到30m/月。

3悬臂式掘进机与钻爆法施工效果综合对比 3.1钻爆法开挖

（1）采用传统的钻眼放炮施工，施工超挖较为严重，对周边岩体破坏较大。（2）如果爆破后清危石不彻底，极易发生掉块现象，危险性大。（3）实施爆破后，对隧道洞内环境污染严重，需要很长的时间来等待灰尘降落下来。（4）放炮开挖对周围的居民有影响，干扰也很大，时常引起与隧道周边居民的纷争。（5）炸药属于危险品，国家管控严格，审批程序繁琐，给工程建设带来影响.

3.2悬臂式掘进机开挖采用机械化开挖能有效地保护洞内截面围岩的整体性、完整性，无应力集中现象，不易出现掉块现象，施工安全保障上有大幅提高。开挖对周围的环境，地质，居民等减少了干扰和影响。 3.3综合比较

在铜头峡隧道施工中，由于本项目隧道地质情况特殊，围岩级别虽然为IV级，但岩层胶结程度较好，岩体完整系数高，整体性较好，EBZ260掘进机在本项目应用中相比传统钻爆法施工效益、效率优势不明显。但该设备在其它方面优势很明显，其开挖断面形状自由、围岩扰动小、噪声低、振动少设备轻量且小型、机动灵活性好、施工人员少，安全性高、机械购置费用低等优点，还是很有推广价值。 结语

悬臂式掘进机与控制爆破组合式开挖方法可运用于埋深在15～20m的隧道段落。采用机械掏槽进尺可为多榀形成超前一定深度的导洞后，余下围岩使用控制爆破开挖，爆破震速可控制在1cm/s内，符合《爆破安全规程》要求。对于埋深15m以下且地面建筑物密集段或者下穿滑坡带等有地质问题的区域，建议采用全断面机械开挖或上半断面全机械开挖方法，减少震动的影响。采用悬臂式掘进机开挖掌子面核心部或者开挖整个上半断面，形成了大的临

空面和减震空间，消除了掏槽爆破的震动，减少了爆破的用药量，能够有效降低整个隧道开挖施工造成的震动，施工期间未影响到当地居民的正常生产生活。采用机械掘进机进行隧道开挖施工是必然趋势，未来在中国隧道工程施工方面应具有较为广阔发展前景。 参考文献：

[1]邵伟.钻爆隧洞方案和水利工程TBM的造价比选研究[J].黑龙江水利科技，2019，47（11）：47-50.

[2]关则廉.悬臂式掘进机在地铁工程暗挖隧道施工中的应用[J].现代隧道技术，2009，（5）：73-75

[3]石洪超，丁宁，张继春.爆破动力作用下小净距隧道围岩振动效应分析[J].爆破，2008，25（2）：74-78