本發(fā)明涉及隧道挖掘技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種強巖溶高富水城市淺埋隧道懸臂掘進(jìn)機施工工法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)今地鐵施工已在各大城市普遍開展，針對不同地區(qū)水文地質(zhì)條件的不同，隧道掘進(jìn)的施工工法也在日益完善，尤其是在城市繁華地段，地質(zhì)條件復(fù)雜、房屋建筑密集、車流量大、人口眾多的情況下，為確保在施工過程中的施工安全及周邊環(huán)境安全，減少對周邊居民及建筑物的影響，在隧道挖掘中，如果隧道處于典型的喀斯特地貌地區(qū)，施工過程中遇溶洞概率很大，突泥涌水現(xiàn)象時常發(fā)生，巖石的完整性也很差，隧道所處地段為高巖溶、高富水地段，地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，施工安全風(fēng)險大，技術(shù)難度高，因此，需研究出一種適用于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下城市淺埋隧道的施工方法，解決在城市復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下地鐵施工困難的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種強巖溶高富水城市淺埋隧道懸臂掘進(jìn)機施工工法，其目的是在復(fù)雜地貌下可以實現(xiàn)隧道挖掘工作，且對周邊環(huán)境影響較小，安全性較高。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種強巖溶高富水城市淺埋隧道懸臂掘進(jìn)機施工工法，包括以下步驟：

S1：進(jìn)行開挖掌子面的測量定位，然后利用超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)進(jìn)行地質(zhì)勘測；

S2：采用懸臂掘進(jìn)機及其上面的截齒對巖體進(jìn)行開挖，并利用掘進(jìn)機自帶的排渣裝置完成渣石的初次排出；

S3：當(dāng)渣石積累到一定量時，在掘進(jìn)機后方采用挖掘機裝料，利用運輸車或皮帶機將渣石運至豎井集料斗內(nèi)，再通過料斗或其它垂直運輸裝置提升至地面；

S4：掘進(jìn)機完成一個開挖循環(huán)后，將其退至掌子面后方一定距離，后施做錨桿，架設(shè)鋼桁架；

S5：進(jìn)行噴射混凝土初襯施工，封閉開挖的巖面，完成初期支護(hù)；

S6：進(jìn)行二襯混凝土澆筑施工，形成成型隧道。

進(jìn)一步地，在S2步驟之前，進(jìn)行超前鉆孔或地質(zhì)鉆探，探明掌子面前方一定范圍內(nèi)是否分布溶洞，若是，確定溶洞位置和大小，對其采取泄水和注漿封堵填充，再掘進(jìn)開挖；若否，直接進(jìn)行掘進(jìn)開挖。

進(jìn)一步地，在步驟S2中，掘進(jìn)機開挖過程中在下穿施工時不斷布設(shè)地面監(jiān)測，以監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)反饋，控制每次掘進(jìn)循環(huán)的開挖長度。

進(jìn)一步地，在步驟S2中，在掘進(jìn)機施工過程中不斷進(jìn)行通風(fēng)和抽風(fēng)除塵操作，通風(fēng)采用壓入式通風(fēng)，抽風(fēng)采用除塵機抽風(fēng)。

進(jìn)一步地，在步驟S1中，超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)勘測包括：

a、超前水平鉆孔：施工時掌子面每個斷面布設(shè)4個探孔并一孔取巖心，探測孔15m一個循環(huán)，單孔長度20m，相鄰探測孔之間的搭接長度為5m；

b、地質(zhì)雷達(dá)：掌子面布置5條線，每15m一個循環(huán)，探測深度20m，相鄰兩次搭接5m；

c、紅外探水：掌子面布置20個點，每20m一個循環(huán)，探測深度25m，相鄰兩次搭接5m。

本發(fā)明提供了一種強巖溶高富水城市淺埋隧道懸臂掘進(jìn)機施工工法，其有益效果在于：通過懸臂掘進(jìn)機采用一層層剝離巖層的方式開挖，對周邊的影響較小，提高施工安全及質(zhì)量，同時提高了施工效率，降低了施工成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的強巖溶高富水城市淺埋隧道懸臂掘進(jìn)機施工工法的掘進(jìn)機的一種切割方式示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的強巖溶高富水城市淺埋隧道懸臂掘進(jìn)機施工工法的掘進(jìn)機施工工序轉(zhuǎn)換圖；

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施實例中的附圖，對本發(fā)明實施實例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施實例僅僅是本發(fā)明一部分實施實例，而不是全部的實施實例。基于本發(fā)明中的實施實例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施實例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供了一種強巖溶高富水城市淺埋隧道懸臂掘進(jìn)機施工工法，包括以下步驟：

S1：進(jìn)行開挖掌子面的測量定位，然后利用超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)進(jìn)行地質(zhì)勘測；

S2：采用懸臂掘進(jìn)機及其上面的截齒對巖體進(jìn)行開挖，并利用掘進(jìn)機自帶的排渣裝置完成渣石的初次排出；

S3：當(dāng)渣石積累到一定量時，在掘進(jìn)機后方采用挖掘機裝料，利用運輸車或皮帶機將渣石運至豎井集料斗內(nèi)，再通過料斗或其它垂直運輸裝置提升至地面；

S4：掘進(jìn)機完成一個開挖循環(huán)后，將其退至掌子面后方一定距離，后施做錨桿，架設(shè)鋼桁架；

S5：進(jìn)行噴射混凝土初襯施工，封閉開挖的巖面，完成初期支護(hù)；

S6：進(jìn)行二襯混凝土澆筑施工，形成成型隧道。

通過上述步驟，使得通過懸臂掘進(jìn)機采用一層層剝離巖層的方式開挖，對周邊的影響較小，提高施工安全及質(zhì)量，同時提高了施工效率，降低了施工成本。

在S2步驟之前，進(jìn)行超前鉆孔或地質(zhì)鉆探，探明掌子面前方一定范圍內(nèi)是否分布溶洞，若是，確定溶洞位置和大小，對其采取泄水和注漿封堵填充，再掘進(jìn)開挖；若否，直接進(jìn)行掘進(jìn)開挖。

在掘進(jìn)機的選型上，可以根據(jù)全斷面高度、寬度和巖石硬度幾個參數(shù)確定掘進(jìn)機的型號，例如：全斷面高度為5.73m，寬度為6.62m，巖石硬度為30MPa至60MPa，根據(jù)這幾個參數(shù)，可采用型號為EBZ260的掘進(jìn)機。

在挖掘時可采取懸臂掘進(jìn)機截割的方式，在懸臂式掘進(jìn)機就位后，開始從掌子面底部水平切削出一條槽，向前移動掘進(jìn)機再一次就位，就位后截割頭采取自下而上、左右循環(huán)切削，在切削同時鏟板部耙爪將切削下來的碴裝入第一運輸機，第一運輸機轉(zhuǎn)運至第二運輸機，第二運輸機直接裝入出碴車運出洞外，再從底部開挖到頂部完成后，進(jìn)行二次修整以達(dá)到準(zhǔn)確的設(shè)計斷面，當(dāng)局部遇有硬巖時，硬度大于100MPa，可先掘周圍軟巖，使大塊硬巖墜落，以降低掘進(jìn)難度及截齒消耗量，懸臂式掘進(jìn)機的截割方式是從掃底開始截割，再按S型或Z型左右循環(huán)向上的截割路線逐級截割以上部分。

如圖1所示，在實際中可選用右旋截割頭截割硬巖，先由右向左從掃底開始截割，再按從左至右、自下往上的方式或從右往左、自上而下逐步進(jìn)行截割，如遇節(jié)理發(fā)育較好巖石，則應(yīng)選擇沿巖石節(jié)理方向逐步切割。

針對不同硬度的巖石可定制不同的截齒以及合理的截齒螺旋線排布，確保機器有更好的掘削能力，并具有自潔功能，可根據(jù)實際工況條件選擇最佳截割頭，提高施工效率，當(dāng)局部遇有硬巖時，可以選用小直徑切割頭，切割力大，破巖能力強，以降低掘進(jìn)難度及截齒消耗量。

在挖掘過程中，需要進(jìn)行懸臂掘進(jìn)機超欠挖控制，由于隧道施工環(huán)境復(fù)雜，采用掘進(jìn)機非爆破開挖的施工方法，在掘進(jìn)機開挖過程中無法全程架設(shè)儀器進(jìn)行測量，因此需要引導(dǎo)開挖方向，為此，可在隧道已初支完成的部分安裝一環(huán)激光指向儀，在開挖前調(diào)整激光指向儀的方向，讓激光照到掌子面處指導(dǎo)開挖，同時根據(jù)隧道線型適當(dāng)調(diào)整激光指向儀距掌子面的距離，采用上述方法可以較好地控制超欠挖，減少噴混料，同時節(jié)約成本，對隧道掘進(jìn)的控制起到一個指導(dǎo)性的作用。

步驟S3中，為改善洞內(nèi)施工環(huán)境，降低工人勞動強度，在掘進(jìn)機后部配置一臺小型挖掘機和翻斗車配合掘進(jìn)機出渣，掘進(jìn)機將截割下來的渣土通過耙爪裝運上傳送帶，轉(zhuǎn)運至掘進(jìn)機尾部，挖機裝運至翻斗車上運出，為掘進(jìn)機開挖及時提供施工場地。

步驟S4中，在對掌子面輪廓線修整后，需采用自制臺架對已開挖的部分進(jìn)行立架作業(yè)，自制初支臺架長6m、寬5m、高5m，采用I 18工字鋼加工而成，分為上下兩個工作平臺，開挖前先將臺架用掘進(jìn)機頂至開挖作業(yè)面后部，待掌子面開挖完成后將掘進(jìn)機退出，同時用掘進(jìn)機將臺架頂至立架作業(yè)面，保證臺架穩(wěn)定后將掘進(jìn)機退出。

其中，如圖2所示，由于掘進(jìn)機尺寸比較大，在隧道內(nèi)剛好能行走，如果掘進(jìn)機在一個掌子面開挖完成后仍然停在該掌子面，掘進(jìn)機的工效將達(dá)不到預(yù)期的效果，同時還嚴(yán)重影響掌子面立架、噴砼工作，因此，可對隧道內(nèi)各道工序之間進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)換，保證施工進(jìn)度，確保充分利用掘進(jìn)機，充分發(fā)揮掘進(jìn)機的工作效率，同時在此過程中需注意對掘進(jìn)機的保養(yǎng)工作，避免機械損壞造成不必要的時間浪費，具體實現(xiàn)方法為：兩臺掘進(jìn)機分別安排在左中、右中進(jìn)行開挖，當(dāng)掘進(jìn)機開挖完成，掘進(jìn)機將初支臺架頂推到位后，掘進(jìn)機退回至橫通道處掉頭分別進(jìn)入左延、右延進(jìn)行開挖，同時左中、右中進(jìn)行立架和噴砼作業(yè)，基本保證立架、噴砼的時間段內(nèi)掘進(jìn)機能將另外一個掌子面開挖完成，保證隧道內(nèi)各工序之間的銜接，若某個掌子面的仰拱開挖距離達(dá)到相關(guān)要求時，掘進(jìn)機在一個掌子面進(jìn)行開挖完成后，進(jìn)入另一個掌子面進(jìn)行仰拱開挖，若另一個掌子面也達(dá)到要求時，采取同樣的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換作業(yè)。

一種較佳的實施方式中，在步驟S2中，掘進(jìn)機開挖過程中在下穿施工時不斷布設(shè)地面監(jiān)測，以監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)反饋，控制每次掘進(jìn)循環(huán)的開挖長度。

一種較佳的實施方式中，在步驟S2中，在掘進(jìn)機施工過程中不斷進(jìn)行通風(fēng)和抽風(fēng)除塵操作，通風(fēng)采用壓入式通風(fēng)，抽風(fēng)采用除塵機抽風(fēng)，由于懸臂掘進(jìn)機在掘進(jìn)過程中會產(chǎn)生大量粉塵，采用常規(guī)的壓入式通風(fēng)會使粉塵吹到隧道里面，在掘進(jìn)機開挖過程中，隧道內(nèi)一直處于粉塵濃度高的狀態(tài)，為保證隧道施工過程中施工人員不受粉塵侵襲，使得隧道內(nèi)有一個良好的施工環(huán)境，采用掘進(jìn)機截割頭上的噴淋設(shè)備不能滿足施工作業(yè)環(huán)境要求，需在懸臂掘進(jìn)機掘進(jìn)過程中對粉塵濃度采取有效的措施，如在掘進(jìn)機后方增加一臺22KW的除塵風(fēng)機，從原來的壓入式通風(fēng)轉(zhuǎn)變成壓入式和抽出式相結(jié)合的方式，除塵風(fēng)機的布置位置主要采用下列方法確定：

除塵風(fēng)機在隧道內(nèi)能通過吸風(fēng)口吸收大量的污濁空氣,并通過自身內(nèi)部的除塵裝置過濾污濁空氣中的粉塵，并將新鮮空氣排出，實現(xiàn)對隧道內(nèi)粉塵的捕捉，除塵風(fēng)機吸風(fēng)口的強大氣流會在周圍形成局部負(fù)壓區(qū)，局部負(fù)壓區(qū)的存在對于污濁空氣的匯流有重要作用，通過風(fēng)口匯流有效吸程的計算式為：取隧道斷面面積為38㎡，可得到除塵風(fēng)機的有效吸程約為18.6m，在實際通風(fēng)設(shè)計中，壓入新風(fēng)量為6至8m³/s，風(fēng)口直徑1.2m，壓入口風(fēng)速約為6m/s，而除塵風(fēng)機的吸風(fēng)口流量為4m³/s，風(fēng)口直徑0.6m，風(fēng)口的空氣流速高達(dá)14.1m/s,局部負(fù)壓作用十分明顯，這也是除塵風(fēng)機匯流作用的基礎(chǔ)，為了盡可能控制粉塵在盡可能小的隧道區(qū)域，只需保證其有效吸程能夠覆蓋住機體尾部，因此，除塵風(fēng)機布置在懸臂式掘進(jìn)機后方約18m的位置效果較好，根據(jù)實際情況調(diào)整計算，可確定隧道風(fēng)機風(fēng)壓為除塵風(fēng)機風(fēng)壓的1.5倍，且將除塵風(fēng)機安放在距掌子面30m位置處，起到的除塵效果最好。

一種較佳的實施方式中，在步驟S1中，超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)勘測包括：

a、超前水平鉆孔：施工時掌子面每個斷面布設(shè)4個探孔并一孔取巖心，探測孔15m一個循環(huán)，單孔長度20m，相鄰探測孔之間的搭接長度為5m；

b、地質(zhì)雷達(dá)：掌子面布置5條線，每15m一個循環(huán)，探測深度20m，相鄰兩次搭接5m；

c、紅外探水：掌子面布置20個點，每20m一個循環(huán)，探測深度25m，相鄰兩次搭接5m。

由于在隧道處于高巖溶、高富水地區(qū)，開挖過程中較一般地段難度較大，需結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)的結(jié)果確定合適的截割方式，根據(jù)探測結(jié)果，在掌子面前方探測結(jié)果顯示異常的地段開挖過程中，一般的開挖方法為：從異常位置鉆一個小孔，然后以螺旋的形式一圈圈往外擴大，以保證掘進(jìn)過程中盡量減少對前方圍巖造成大的擾動，防止無預(yù)測性的突泥涌水等事故發(fā)生。

本發(fā)明的適用范圍較廣，可適用于施工周邊環(huán)境比較復(fù)雜，巷道或隧道側(cè)穿或下穿建筑物、河流、道路等安全風(fēng)險較大的施工段落以及由于各種原因不能采用爆破開挖施工的類似隧道工程。

本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

1、以懸臂掘進(jìn)機作為巖體開挖機械，進(jìn)行隧道開挖，機械化程度較鉆爆法高，地面無爆破振動，對地層的擾動極小。

2、懸臂掘進(jìn)機開挖與錨桿打設(shè)，噴射混凝土，鋼桁(拱)架的架設(shè)銜接施工，依次進(jìn)行，完成隧道開挖和初期支護(hù)。

3、懸臂掘進(jìn)機開挖與地質(zhì)預(yù)報結(jié)合，采用超前鉆探以及物探方法確定前方的地質(zhì)狀況，為溶洞的提前處理和施工提供支持。

4、采用移動式激光導(dǎo)向的掌子面定位技術(shù)，保證掌子面位置的準(zhǔn)確性。

5、緊密結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測，動態(tài)調(diào)整掘進(jìn)機施工速度，保證周圍建筑物的安全。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施實例，并不用以限制本發(fā)明，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何細(xì)微修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。