中铁十局集团城轨公司广东省广州市番禺区511400
摘要：近年来，西南地区城市轨道交通工程发展迅速，暗挖隧道工程常常面临周边环境复杂、临近敏感建筑结构物和不宜爆破开挖等情况，用传统隧道施工方法难度较大；轨道交通工程隧道常处于浅埋段，围岩软弱破碎，爆破施工扰动大。机械开挖方法对以上两种情况，能有效减少振动、减少围岩扰动，降低安全风险。本文在新奥法施工理论指导下，经过现场施工考察研究，总结出了紧邻气井站浅埋隧道机械开挖方法。
关键词：新奥法施工理论，紧邻气井站浅埋隧道，开挖
1.紧邻气井站浅埋隧道机械开挖方法特点
1.1减少施工过程中对周围岩体的扰动，充分发挥围岩自稳能力。
1.2避免爆破施工，杜绝了火工品给施工现场带来的不安全事故发生。
1.3对隧道分部开挖可多工序平行作业，从而满足施工进度要求。
1.4掌子面开挖过程中，工序简单，操作方便，人员在局部或整体的成型支护下工作，施工环境相对安全。
2.适用范围
该方法适用非爆破法施工的软弱围岩自稳差的Ⅳ、Ⅴ级围岩段施工。
3.工艺原理
3.1利用电机带动截割头转动，截割头刀片旋转挤压局部岩体，致使周边围岩破碎，剥落。
3.2掘进机施工时，采用先进的红外线控制技术，通过红外线所产生的光束到掌子面上，形成开挖轮廓线。
3.3新奥法的基本原理。
4.施工工艺流程及操作要点
4.1施工流程
以CRD施工方法为例，根据施工图施作超前支护，采用小导管注浆加固。掘进机开挖方法施工流程为：左上坑道开挖、支护→左下坑道开挖、支护→右上坑道开挖、支护→右下坑道开挖、支护。
4.2掘进机施工时，上下导坑之间宜采用短台阶施工，台阶长度3.0m～5.0m。应创造条件，尽量缩短台阶长度。
4.3其中掘进机是由截割部、铲板部、第一运输机、本体部、行走部、后支撑、液压系统、水系统、润滑系统、电气系统，共10部分构成。
4.4掘进机施工流程
（1）操作顺序
油泵电机→开动第一运输机→开动星轮→开动截割头，以此作为开动顺序。
当没有必要开动装载时，也可以在开动油泵电机后，起动截割电机。
（2）截割
利用截割头上下、左右移动截割，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，以达到断面尺寸的要求：
a.当截割较软的围岩时，采用左右循环向上的截割方法。
b.对较均匀的中硬岩层，先割柱窝、掏底槽，保证掘进机机体稳定，由下向上左右截割；
c.对软硬岩层交接的工作面，先割软岩后割硬岩层，先掏槽后割底进行截割；
d.当遇到局部硬岩情况时，先截割其周围部分，再截割中间硬岩，使其脱落。对大块坠落体，采用适当办法处理后再进行装载。
无论采用哪种方法截割，都必须铲板落地，保持机体稳定，防止机体损害。
（3）喷雾
截割头外喷雾控制阀位于司机的右后侧，在操纵台与电控箱之间，当开始掘进时，应开此阀，使截割头处喷雾，其水量可控制。外喷雾喷嘴位于截割头后部和机器两侧。另外，当欲进行截割头内喷雾时，打开控制阀，即实现截割头的内喷雾。但应注意不能单一的只使用内喷雾，而必须内、外喷雾同时使用。
4.5尽早设置临时仰拱，使支护结构封闭成环。
图1截割头洒水降尘
4.6钢拱架基础原则上应支承于原状土，如造成超挖应采用钢板或砼预制块垫实，确保钢拱架不产生垂直位移，并需施作锁脚锚杆，避免早期沉降量过大。
4.7开挖、支护过程中量测应作为工序，紧凑安排，尽早进行初始数据采集，及时反馈信息，以调整支护参数。
4.8临时支护过早拆除对控制施工过程中结构变形极为不利，对中隔墙结构的稳定也有影响，因此临时支护可在全部开挖和支护完成，并形成全断面环形封闭后拆除。
（1）临时支护结构纵向每次拆除长度不应大于3m，拆除后立即进行仰拱施作，两工序交错进行。
（2）仰拱施作长度达到衬砌台车一次衬砌的长度后，及时进行二次衬砌施作。
5.质量控制
5.1根据掘进机高度确定各部合理的开挖高度及各坑道的错开长度，保持各部开挖、支护相互协调。
5.2开挖断面轮廓线应充分考虑预留变形量。
5.3隧道开挖断面的中线、高程必须符合设计要求。
5.4开挖断面不应欠挖，允许超挖值应符合相关要求，超挖加大了出碴和支护混凝土的工程量，增加建设费用；欠挖则需要处理，从而造成人工、工期和材料的超额消耗，使工程成本增加。
6.安全措施
6.1隧道开挖过程中，应加强超前地质预报工作。
6.2按设计及规范要求制定监控量测方案，加强对隧道围岩观察和监测。
6.3掘进机掘进前应检查工作环境的安全状态，应待开挖面虚渣及孤石清理完毕后方可进行掘进作业。
6.4掘进机必须有专人管理，并加强对掘进机使用管理制度。
6.5遇有下列情况时，掌子面停止掘进：①围岩监测变形达到预警值；②掌子面照明不足；③开挖面围岩破碎尚未及时支护；④掘进过程中灰尘过大，司机视线不佳；⑤无专人指挥。
6.6隧道掘进后及时进行初期支护。
6.7加强隧道通风、降尘。
7.环保措施
7.1防止噪声污染、粉尘污染，施工现场严格遵守有关规定和要求进行。
7.2按时对有关的环境保护内容进行安排、检查和总结。制定生产岗位责任制时，要有防止污染的要求，严防跑、冒、滴、漏，杜绝资源、能源的流失和浪费。
7.3降低消耗定额，提高原料、材料、燃料及水的利用率。
7.4施工垃圾集中堆放并及时清运。
8.效益分析
针对非爆破开挖方法，采用掘进机开挖与静态爆破进行对比分析，通过分析静态爆破每延米成本为4524元，掘进机法开挖每延米成本为3147.2元，单位延米内节约成本1372.8元。朱家湾隧道非爆开挖315m，共节约成本432432元。以朱家湾隧道30m机械开挖成本进行测算，与静态爆破施工对比分析如下：
（1）人工费用
静态爆破：钻眼、爆破及挖机（带破碎锤）：14人×5000元/月&pide;30=2333.3元；
掘进机：2人×10000元/月&pide;30=666.7元。
（2）电费费用
静态爆破钻眼主要使用20m³功率为132kw的空压机；掘进机采用1140V高压，各部位电机功率为372kw。
静态爆破：132KW×2台×1.1元/度×2小时=580.8元；
掘进机：372KW×1.1元/度×2小时=818.4元。
（3）静态爆破所需膨胀剂费用
朱家湾隧道开挖面积86m³，每立方布孔4个，共需钻孔344个，每个孔深1米膨胀剂用量为2.6Kg，膨胀剂单价是1.8元/kg：
86×4×2.6×1.8=1609.9元。
（4）机械磨损、零配件及维修保养费用
购买掘进机485万元，机械使用年限10年，零配件及维修保养费用1万元：
48500000&pide;（10*365）+10000/30=1662.1元。
9.应用实例
9.1朱家湾出入线隧道全长872.924m，受气井站影响的浅埋段长度为315m，隧道围岩主要为泥质砂岩，岩体自稳性差，在施工中发现，掌子面围岩破碎。采用传统施工工艺，安全风险相对较大，因此引进掘进机进行隧道机械开挖，在开挖过程中通过对围岩及管道监控量测数据显示，均处于规范范围内。通过现场实际操作，研究总结出了一套掘进机隧道开发方法，该方法操作单一，对围岩掘进速度较快；更能有效控制隧道超欠挖，降低物资材料消耗成本；自动化和机械化程度高，节省劳动力；对围岩扰动小现场未发生掌子面坍塌，避免了不安全事故发生，安全快速地通过，顺利完成了315m紧邻气井站浅埋隧道段的施工。满足了工期要求，为隧道贯通奠定了基础，得到了业主的好评。
9.2环山公园站至长河站区间地下段隧道顺延渝北区回兴镇两港大道，暗挖段全长299.63m，小里程以单洞单线的与环山公园站连接，大里程与明挖矩形框架结构连接。我部施工的为两条分离式隧道，隧道净距8.46-7.03m隧道为浅埋隧道，拱顶埋深2.6～12m，断面跨径7.46m，高7.28m，断面面积45.6m2。采用台阶法施工，复合式衬砌结构。围岩为砂质泥岩夹砂岩，岩体较完整，围岩为Ⅳ级围岩。该隧道周围建筑物密集，洞口段采用爆破作业对周围建筑影响较大，洞顶埋深浅，施工风险极大。现场通过掘进机使用，有效降低施工风险，并能够快速通过洞口浅埋段。
9.3重庆轨道交通十号线一期工程长河站-T3航站楼站区间朱家湾出入线暗挖段自2014年7月至2017年09月顺利完成了施工。
10.结论
通过上述安全、质量、环保、进度和经济效果的对比分析，掘进机开挖施工充分展现了其技术的先进性，较大降低了安全风险，能更加有效的控制超欠挖，带来了明显的经济效果，为后续类似工程施工提供了非常宝贵的经验。