EBZ200 悬臂式掘进机在白垩系砂岩隧道中的应用

摘要：文章结合蒙华铁路银山1号白垩系砂岩隧道工程，介绍了EBZ200悬臂式掘进机在开挖施工过程中应用，包括设备配套、施工方法步骤等内容，取得了良好效果。

关键词：悬臂式掘进机；三台阶法；截割开挖

蒙华铁路为国家Ⅰ级新建重载铁路，银山1号隧道是该铁路线上的一座单洞双线隧道，位于陕西省延安市安塞县境内，进口里程为DK262+107.69，出口里程DK263+537.26，隧道全长1429.57m，最大埋深79.22m。隧道DK262+107.69~DK263+205段为白垩系下统洛河组砂岩，紫红色，强风化，稍湿，中密，砂质结构，泥质胶结，厚层至巨厚层状交错层理构造，斜层理及交错层理发育，成岩作用差，岩质较软，岩体较完整但强度低，呈块状结构。采用EBZ200悬臂式掘进机进行截割开挖段（DK262+300~263+150），主要围岩级别为Ⅳ级，衬砌类型为Ⅳb，采用三台阶法施工，初期支护采用H150格栅钢架。

2.1近距离穿越油井区

（1）平面位置关系。王家湾区杏3046号井场位于隧道DK262+349.69~DK262+407.43段山顶处，共12个井口，均为垂直井，该段油井与隧道左中线相邻，垂直距离约15.31~27.87m，距开挖面轮廓线7.63~20.24m。

（2）安全原因。王家湾区杏3046号井组自身抗震等级存在不确定性，加之隧道开挖轮廓线距油井管道太近，倘若采用钻爆开挖，其震动对油井的影响无法确定，存在安全隐患；隧址区存在瓦斯气体油井的密封性能不确定，可能有渗漏气体通过围岩裂隙浸入隧道区，影响隧道施工安全和后期铁路运营安全。

（3）工期原因。该隧道仅进口单施工作业面施工，截至2016年8月1日，掌子面开挖掘机至DK262+300，剩余暗洞长1237.26m。施工组织设计计划竣工日期为2018年1月17日，业主施工组织设计中计划2018年4月1日开始无砟轨道道床施工，综合考虑银山1号隧道现状及计划工期要求，现场施工工期紧迫。

2.2浅埋下穿村庄及构筑物

2.3掘进机开挖截割的优缺点

3.1设备配套

3.1.1设备参数及主要结构

该设备由三一重型装备有限公司生产，产品型号EBZ200（Ⅱ）型，产品输入电压1140V，整机功率325kW，截割功率200/110kW，整机质量54000kg，外形尺寸（长×宽×高）10.6m×3.6m×1.8m。截割范围（宽×高）6.5m×5.1m，最大截割断面可达33m2，截割硬度≤80MPa，要求截割环境温度为0~30℃，坡度为±18°。本机主要由截割部、铲板部、本体部、行走部、运输部组成，其在电气系统和液压系统的控制下，行走部实现掘进机移动，截割部实现对被采掘对象实施截割，铲板部实现对被采掘下来的物料实施铲装，装运部实现对截割物料的装载与运输，各部位精确配合、协调一致，可轻松实现连续切割、装载、运输作业。

3.1.2EBZ200悬臂式掘进引入依据

（1）该设备具有可靠性高、作业效率高、智能化程度高、可维护性好等特点。其以可靠为第一目标，多种机械构件及装置采用国际品牌产品，并联合开发设计。

（2）该设备通过旋转截割头带动表面镐形截齿转动实现对被采掘对象的截割，该方式对围岩的扰动小且安全可靠。

（3）银山1号隧道为大断面隧道，隧道纵向坡度为5‰，围岩为强风化白垩系下统洛河组砂岩，岩质较软，岩体较完整但强度低。各隧道因素与该掘进机性能相配套，满足使用条件。

3.2开挖截割施工

3.2.1三台阶法

采用EBZ200悬臂式掘进机进行截割开挖段，采用三台阶法施工。根据隧道断面尺寸及现场围岩情况，结合掘进机的自身性能，台阶划分经实践确定为:上台阶高度为3.78m，最大宽度10.38m，台阶长度10~12m，掘进进尺2.0m；中台阶高度为2.45m，最大宽度11.28m，为创造挖机扒砟和装载机装车出砟空间，台阶长度控制在30~35m，掘进进尺两侧对称2.0m；下台阶截割高度为3.73m，为创造装掘进机及其他机械行走空间，掘进进尺为单侧4.0m。

3.2.2工艺流程

（1）施工准备。上循环喷射混凝土施作完毕后，挖掘机对上中下台阶进行整平处理，并在中台阶至上台阶间修路，路宽5m左右，创造出掘进机行走及截割施作空间。同时，接通电源及冷却水管，启动机器，对掘进机进行截割前安全故障排查，确认可进行正常截割工作后，在两位协助人员配合下由操作手将其开至上台阶。

（2）上台阶截割。掘进机到达上台阶后掘进机开始截割工作，同时挖掘机挖掉中台阶与上台阶间的临时道路。整个上台阶掌子面分左右两部分进行截割，首先掘进机靠左侧，截割头放置于台阶面高度处，对上台阶掌子面左侧底部进行钻进截割，截割深度约为一个截割头长度（90cm），然后由下至上、由内向外截割，直至开挖轮廓线以内20~30cm。照此方法使其进尺达到2.0m，最后由专人利用测量定位后的接电激光装置，尺量指挥，精确截割至开挖轮廓线。同样方法，将掘进机移至上台阶右侧截割该部位。在此过程中，铲板部连续对截割下来的砟体实施铲装，第一运输机将铲装后的砟体运输至掘进机身后（基本落到中台阶），然后挖掘机扒出砟体，装载机装车出砟。上台阶截割完成，利用最后时间段第一运输机运输至掘进机身后的砟体进行修路，然后将掘进机开至中台阶。

（3）中台阶截割。掘进机开至中台阶后，挖掘机挖掉中台阶与上台阶间的临时道路，掘进机开始中台阶截割工作。整个中台分左右两部分进行截割，首先掘进机靠左侧，截割头放置于台阶面高度处，对中台阶掌子面左侧底部进行钻进截割，截割深度约为一个截割头长度（90cm），然后由下至上、由内向外截割，直至边墙开挖轮廓线以内20~30cm。照此方法使其进尺达到2.0m，最后由专人尺量指挥，截割至边墙开挖轮廓线。同样方法，将掘进机移至中台阶右侧，截割该部位，同时在截割过程中相关机械配合完成出砟作业。

（4）下台阶截割（上中台阶立架）。为创造装掘进机及其他机械行走空间，下台阶掘进进尺为单侧4.0m。掘进机开至下台阶后掘进机开始下台阶截割工作。截割头放置于仰拱填充面高度处，对下台阶单侧底部进行钻进截割，截割深度约为一个截割头长度（90cm），然后由下至上、由内向外截割，直至边墙开挖轮廓线以内20~30cm。照此方法，使其单侧进尺达到4.0m，并由专人尺量指挥，截割至边墙开挖轮廓线。同时在截割过程中相关机械配合完成出砟作业。最后将掘进机退出截割作业面，进行专业保养检修工作。在掘进机截割下台阶的同时，立架班开始上中台阶立架支护作业，开挖班进行超前小导管及锁脚锚管施作。

（5）下台阶立架。下台阶单侧（4.0m）截割及出砟完毕后，支护班上中台阶立架作业基本完成，开始下台阶立架工序施作，开挖班进行锁脚锚管施作。

（6）湿喷混凝土施作。上中下台阶截割开挖及初期支护钢架、超前等施作完毕，验收合格后采用铁建大型湿喷机进行此段初期支护C25喷射混凝土施作。

4.1施工用时

按前面所述工艺流程，经过长期实践最终统计得出：施工准备用时约30min；上台阶截割正常情况下用时约4h30min；中台阶截割正常情况下用时约3h30min；下台阶截割用时约3h，期间开始施作的上中台阶立架支护总计用时4h30min，其包含下台阶立架用时1h30min；初期支护C25喷射混凝土施作用时约3h。综上，正常情况下上中下台阶每循环完成上述固定进尺用时约16h，其用时与光面爆破开挖相差不大。

4.2经济效益

采用掘进机截割开挖相对于钻爆开挖，直接避免了拆迁等巨额附加经济费用，省去了炸药及导爆管的相关费用，增加了掘进机的租赁和用电费用，总体而言其单位开挖费用有所增加，但仍在可控范围内。同时，施工安全可靠，生产时间效益及经济效益可以得到充分保证，安全、优质、快速完成施工任务，达到了预期效果。

蒙华铁路银山1号隧道采用EBZ200悬臂式掘进机截割开挖安全顺利穿越王家湾区杏3046号井组段及部分村户居住区段，其在施工应用中的安全性、时效性和经济性已得到充分验证，达到了当初引入该设备的预期效果，实践获得了圆满成功。

作者简介：李林刚（1989-），男，陕西宝鸡人，中铁十七局集团第二工程有限公司工程师，研究方向：铁路工程施工。

参考文献

[1]尹存东，高洪岩，刘佳军.EBZ200掘进机在铝矿岩巷掘进中的应用[J].煤矿机械，2015（3）：215-217.