懸臂掘進機施工工藝作業指導書

2.3.8.1 工藝概述懸臂式掘進機法是銑挖法的最主要的方式。懸臂式掘進機是一種部分斷面掘

進機，其截割臂

可以上下、左右自由擺動，能切割任意型狀的隧道斷面。臂式掘進機集開挖、裝碴和自動行走于

一身，進退自如，操作靈活，對復雜地質適應性強，便于支護，可以適應中、軟巖隧道不同的施工方法，因此是中小型中、軟巖隧道的理想開挖工具。目前國外加快了對懸臂掘進機的研究步伐，逐漸使之應用于中硬和硬巖巷道的掘進施工。

2.3.8.2 作業內容

1．工作面降水

2．開挖

3．機械化配套

4．施工供電

2.3.8.3 質量標準及驗收方法

1．參照臺階法施工

2．開挖循環進尺需滿足設計；斷面輪廓線應整齊平順，保證隧道中線及高程控制。

2.3.8.4 工藝流程圖

1．懸臂式掘進機施工工藝流程見圖2.3.8.4-1。

施工準備(高壓電纜、輸水管線安裝)

機械設備配套及選型

懸臂掘進機就位

工作面降水（無明水）

開挖斷面參數設計

按預先設計好的斷面開挖噴霧除塵、出砟

移位并按設計斷面開挖

場地清理

設計循環進尺及斷面輪廓

修整輪廓線、人工局部處

退出保養

圖2.3.8.4-1 懸臂式掘進機施工工藝流程

2．隧道開挖施工工藝流程：上臺階環形開挖→上臺階初支→核心土開挖（必要時上臺階施

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作臨時仰拱）→下臺階左側開挖（下臺階右側開挖，左右側錯開不大于1.8m ）→下臺階左側初支 （下臺階右側初支）→開挖下臺階核心土→開挖隧底→施作隧底支護→施作永久性仰拱及邊墻基 礎施工→拆除臨時仰拱→施作防水及二次襯砌。

2.3.8.5 工序步驟及質量控制說明

一、施工準備

1．熟悉施工圖紙，做好技術交底及培訓。

2．施工人員及機械準備，做好現場勞動力的組織，準備好各種設備，并保證施工機械的完 好率，使其滿足施工要求。

施工之前，根據圍巖地質情況，選取合理的機械設備型號，并進行合理的機械設備配套。在 洞內布設好懸臂掘進機所需的高壓電纜、輸水管線，同時將掘進機與工作面齊頭，并擺放妥當。

3．施工供電。重型懸臂式掘進機機器供電電壓為一般在 660V ～1140V 之間, 同一般隧道機 械工作電壓有區別, 但只要洞口有 10kV A 供電變電站, 即可滿足需要。

二、工作面降水 工作面降水的目的是防止因滲水量過大，銑挖的巖碴成泥狀而糊住銑挖頭設計開挖輪廓線，以致降低銑挖效 率。采用臺階法施工時，工作面基本具有自然降水的能力，僅在拱腳及邊墻等局部有水滲出。降 水要求：工作面無明水，盡量保持干燥，銑挖巖碴不能形成泥狀。

三、開挖斷面設計

懸臂掘進機為縱向銑挖頭(銑挖頭直徑≤1 m)，撥料截齒呈螺旋狀，順時針旋轉，銑挖頭連 接伸長臂決定伸長量2—3 m 。根據銑挖頭特點，開挖斷面設計按分部條塊法開挖，橫向左右分部， 豎向上下分條塊。分塊大小：高度0．8—1．2 m ，左右每部分塊8—10塊；開挖寬度4．5—5 m ； 深度為設計循環進尺2．2 m 。當操作不熟練時或為提高掘機效率，可在工作面彈線設計開挖輪廓線，標示條塊分 隔線，由下到上編號l 、2?。n

四、設備配套

1．上半斷面

在采用掘進機開挖的鐵路隧道施工中, 根據隧道斷面的大小和長度等因素既可以采用有軌 運輸, 也可以采用無軌運輸方式。有軌運輸配套方案可采用懸臂掘進機開挖，電瓶車牽引，梭式 礦車出碴。無軌運輸配套方案可采用懸臂掘進機開挖, 通過第二皮帶機轉載,大型自卸輪胎運輸 車出碴, 機械化配套模式見圖2.3.8.5-1、2.3.8.5-2。

格柵

初噴地段

第一皮帶機

第二皮帶機

復噴 φ1200m m 通風

14m 2梭式礦車

12t 電瓶車

混凝土 輸送泵

軌行混凝土運輸車

E B J-S 200G 掘進機

下臺階錯開開挖

仰拱先行

電動液壓鋼模襯砌臺車

圖2.3.8.5-1 懸臂掘進機有軌運輸施工模式圖

切削同時 架立格柵

切削作業區

二次襯砌

噴混凝土支護

落底

鋪底超前

圖2.3.8.5-2 懸臂掘進機無軌運輸施工模式圖

2．下半斷面

下半斷面開挖采用懸臂掘進機開挖,也可以采用人工打眼放炮的開挖方式,有軌運輸時用立爪式扒碴機裝碴,電瓶車牽引梭礦運輸(見圖2.3.8.5-3)；無軌運輸時，采用挖掘裝載機裝碴, 自卸車外運的方法(見圖2.3.8.5-4)。

初噴地段復噴φ1200m m 通風

軌行混凝土運輸車

14m2梭式礦車12t電瓶車混凝土

輸送泵

仰拱先行

電動液壓鋼模襯砌臺車

圖2.3.8.5-3 下部開挖有軌運輸施工模式圖

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初噴地段 復噴

φ1200m m 通風

混凝土 輸送泵

軌行混凝土運輸車

五、開挖

1．開挖分步

仰拱先行 電動液壓鋼模襯砌臺車

圖2.3.8.5-4 下部開挖無軌運輸施工模式圖

受掘進機一次掘進高度影響, 鐵路隧道可采用兩步臺階法開挖。上部斷面一次開挖高度在6m 左右，具體開挖高度還應結合地質、所選型的掘進機技術參數等因素來確定, 一臺掘進機移動一 次即可滿足開挖寬度要求。下臺階也可采用懸臂掘進機施工，也可采用其它辦法開挖跟進。

2．切削方法 為了確保隧道開挖斷面圓順, 控制超欠挖, 一般應先開挖初步斷面, 然后進行二次修整以 達到準確的設計斷面, 切削采取自下而上、左右循環。見圖2.3.8.5-5。

3．軟巖的情況下，拱部環型先開挖, 安裝格柵支護, 然后進行上臺階下部開挖。上臺階開 挖完畢, 立即噴射混凝土封閉。依次循環, 一次進尺控制在設計的鋼架支護間距范圍。

當斷面遇有局部硬巖時，可先掘周圍軟巖, 使大塊硬巖墜落, 采用改炮方式另行處理, 以減 少掘進難度及刀齒消耗。

圖2.3.8.5-5 隧道開挖與切削軌跡

4．輪廓修整及人工局部處理

由于機械設備條件所限，無法實現開挖輪廓線范圍lO ～20 cm 厚度輪廓修整，僅能采用人工 修整或其他機械設備修整。當然，在采用分部開挖時，可實現局部處理的平行作業。

六、噴霧除塵、出碴、場地清理 銑挖同時，采取流水線作業，一邊開挖，一邊通過機械設備配套(配備“二運、三運”設備) 實現出碴。當然為控制粉塵，需適當噴霧，既達到降低粉塵目的又不引起巖碴泥化。噴霧裝置為 懸臂掘進機自動裝置。

2.3.8.6 施工機械及工藝裝備 現以武廣客運專線瀏陽河隧道隧道為例，介紹懸臂掘進機設備配套設備。根據瀏陽河隧道圍

巖強度、結構及特性，所選取的懸臂掘進機型號為EB Zl 60。其主要的特點如下。

1 整機參數總體長度14.4 m ；總體寬度2.9m ；總體高度2.5

2 m ；臥底深度400m m ；爬坡能力 ±180°；截割硬度≤80MPa ；總質量48t 。

2 縱向式銑挖頭，截割范圍高度2.4-4.8 m ；寬度3.2-5.0 m ；面積24m 2

。 3 三齒星輪式鏟板，皮帶運輸。運輸機形式為中雙鏈刮板式；溜槽斷面尺寸0．54 in (寬)×0．35

m(高)；鏈速56 m ／m in ；運輸能力4 m 3

／m in 。

4 履帶式行走，l 140 V 高壓電力驅動。由于懸臂掘進機適應于煤礦巷道生產。對客運專線大 斷面隧道還存在設備配套的問題。主要問題有：原配皮帶運輸機出碴時高度較低，由于開挖擺動，

卸碴尾部亦發生擺動，不能直接裝載汽車，故棄碴堆積在掘進機后部及傳送帶下部，需用小挖掘機倒碴，然后由裝載機裝車運出洞外。為實現流水線作業，施工時為懸臂掘進機配備了“二運” 設備。這樣，可實現銑、掘、裝、運流水線作業，可大大提高施工工效。

2.3.8.7作業組織及效率分析作業實行臺班制，每臺班定員4名，包括1名司機、1名副

司機、1名電路工、1名指揮人員，

目前實行2班倒共配備了7人。設備配置1臺EB Zl60懸臂掘進機，并配備1臺小挖掘機配合l 臺裝載機出碴(經改進可配備“二運、三運”設備而取代)，2臺15 t自卸汽車運輸(出碴距離為2 km范圍)。經分析．每臺班費用為6 922．78元。開挖單價約為215元／m3。

2.3.8.8

生產效率

Ⅴ級圍巖每循環進尺1m，平均月進尺可達62.5m。Ⅳ級圍巖每循環進尺2m，平均月進尺可達

1

5

m

。

2.3.8.9 安全生產及環境保護施工過程中，所有人員必須在機械作業半徑范圍外，防止

機械傷人；特別是當粉塵較大時，

由于視線受阻，必須加強照明及安全防護。由于使用的是高壓電，故應做好接地，電纜、開關等

必須規范使用，以防止觸電，保證用電安全。開挖進尺不宜過大，保證施工安全；同時防止破壞已施作完畢的初期支護。施工開挖必須保證開挖輪廓及中線水平，出碴流水線應完備，防止再次機械倒碴。為保證施工人員身體健康，需噴霧降塵，并發放防塵口罩。

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