1.工程概况
广西桂西北治旱百色水库灌区工程输水总干管和南干管土建及安装I标主要施工内容：总干管段（桩号ZG2+904～ZG43+931）和南干管段（桩号NG0+000～NG26+966）及其相应的支管。具体包括东蚕—东笋1#隧洞（2.229km）、东蚕～东笋2#隧洞（1.336km）、福禄—久濑隧洞（1.888km）、总干管管道安装及附属建筑物、总干管上的23条支管及附属建筑物、南干管管道安装及附属建筑、新立隧洞（0.4875km）、南干上15条支管及附属建筑物。
2.方案选定
因工程有不良地质下隧洞开挖，项目施工组织设计人员对钻爆法、TBM、悬臂掘进机等施工工艺进行了综合比选，最终确定使用悬臂掘进机施工。XTR6/260悬臂式掘进机运行能力较强，具有切割面积大、切割高度大（通常可达到7.1m及其以上水平）的特点，因此将其应用于大断面山体隧道施工中具有可行性，可达到一次截割到位的效果，省去了分层截割的繁烦环节，且切割断面的可控性较好，在破岩能力、施工效率、成本控制等方面均具有较好的表现。
3.施工工艺
3.1工作原理
XTR6/260悬臂掘进机由切割机构、铲板总成、第一运输机、本体总成、行走机构、后支撑、操纵台、液压系统、除尘喷雾系统、电气系统、润滑系统、护板、外装构成。配置切割电机和油泵电机均适用于隧道使用的隔爆型三相异步电机。XTR6/260悬臂式掘进机运行期间，截割头可高精度切割岩体，产生的碎状渣土经前推板转移至机械两侧，挖机装车，由自卸车外运至指定堆放场所。切割臂灵活性强，可实现各方向的自由摆动，经切割处理后的围岩平整度较好。掘进机配置了履带式行走机构，其工作能力强且便捷性较好，在隧道复杂地质条件中具有可行性。本工程所用掘进机部分参数如表1所示。
表1 XTR6/260掘进机参数表
3.2掘进施工
开挖方式采用台阶法开挖，运输采用无轨运输，及时封闭开挖面施做初期支护，做好隧洞监控量测，以监测结果及时调整支护参数和防水、衬砌施做时间。
3.2.1掘进机操
作油泵电机→开动第→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，也可在开动油泵电机后起动截割电机。当启动油泵电机时，与其直接相连的油泵随之启动，供给液压油。
行走操作：由两个手柄协同控制，左、右侧手柄分别控制各自所在侧的行走姿态，推动手柄即可向前行走，后拉则做出后退行为。以弯道处较为特殊，在通过该处时应保证其中某个手柄保持在中立位置，根据实际情况合理操作另一手柄，以便顺利转弯。
星轮的回转：手柄前推，星轮转动，将其拉回后暂停转动。铲板的升降：手柄前推对应的是铲板上抬动作，铲尖可提升到与地面相距340mm的位置；手柄后拉对应铲板下落动作，其下卧量可达到260mm。存在截割处理需求时要求铲尖与底板压接，此举的目的在于避免机体发生大幅度振动的现象。
第一运输机的操作：手柄前推则正转，后推则逆转。截割头的操作：手柄初始位置在中位处，将其右推，可带动截割头向右进给，类似的，前推-向上进给、后拉-向下进给、左推-向左进给。
截割头的伸缩：将手柄向前推动，截割头向前伸出；反之截割头向后收缩，前后伸缩长度可达550mm。
后支撑的升降：将手柄向前推，后支撑抬起；反之，后支撑下降。
通过调整截割头的位置可以实现朝特定方向的截割处理，初步形成断面形状，视实际情况作进一步的修整，直至断面尺寸达标为止。
3.2.2岩石截割
遇软弱岩石时，较适宜的是左右循环向上的截割方法；遇硬度较大的岩石时可按照由下而上左右截割的方式加以处理。
遇硬岩时不可强制性截割，应根据实际情况采取相适应的处理方法。若存在露头硬石可将周边割除，以便其向下坠落，再有序截割。当掘石窝时需要调整好截割头的位置，使其伸到最长位置并确保铲板能够下压至最低处，以便有效向下掘进，期间截割头向回收缩，将产生的破碎岩石带动至铲板周边区域，以便快速完成装载作业，但依然需安排专员深度清理。
3.3降尘作业
掘进期间的粉尘污染问题较为明显，将喷雾控制阀设置在司机的右后侧，掘进期间不间断开启该阀，在截割头处喷雾。外喷雾嘴所处位置以截割头后部和机器两侧较为合适。
3.4掘进机循环时间
掘进机调试正常，其他匹配工序能满足掘进机进度以后，按照开挖循环安排组织施工，估算时间表如表2所示。
表2 单头掘进机掘进循环时间、工期计算
采用悬臂掘进机施工可以开挖与出渣同时进行，在上掌子面开挖完成后，进行初期支护的同时移机开挖下半断面，开完与排烟除同步，减掉了钻眼、装药、除尘及出渣的时间。在本工程中，东蚕—冬笋1#隧洞和东蚕—冬笋2#隧洞实际掘进进度掘进4类围岩日进尺10m左右，5类围岩日进尺是5～6m左右。
3.5精度控制
为有效避免超欠挖现象，配置激光导向系统，在其支持下准确标记开挖轮廓，配置的激光导向器数量以5～7个较为合适。安装时应将激光导向器设置在成型的二衬上，借助光束长距离聚集、穿透力强的特点，可以有效做好标记工作，作为开挖的控制基准，以免出现超欠挖现象。
3.6出渣
XTR6/260通过前推板将切割下来岩体推挤至设备两侧，通过挖机或者装载机装车运出洞外。
4.结语
采用掘进机施工，减少炸药使用钻爆施工，减少了群死群伤的风险；在本工程中实现了超挖控制在7cm以内，欠挖控制在为0cm，切实解决了隧道的超欠挖的难题；配备了喷雾除尘系统，保证了洞内环境满足了HSE标准；减少了爆破震动，对周围岩体的保护明显。
作者：李 震（中国水利水电第十二工程局有限公司）
本文刊发于《中国高新科技》杂志2020年第23期
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