楊佳奇

（中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司，遼寧大連 116000）

0 引言

地鐵建設(shè)需要突破各種地理?xiàng)l件和環(huán)境的限制，施工的過程具有一定難度，需要配置設(shè)備來幫助地鐵施工深豎井及暗挖隧道開挖施工，減少對環(huán)境的污染，減少工程所用時(shí)間，提高工作效率，并且適用于地鐵隧道等施工工期較長、施工條件多變的施工類型。工作人員在施工過程中，一定要注意可能出現(xiàn)的技術(shù)和設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)在第一時(shí)間預(yù)防。

1 深豎井及暗挖隧道開挖在地鐵施工中的設(shè)備配置

1.1 基坑深度為0～35 m 以內(nèi)開挖施工設(shè)備配置方案

在基坑深度為0～35 m 以內(nèi)開挖施工設(shè)備配置中，通常采用307 挖掘機(jī)和312 挖掘機(jī)相結(jié)合作業(yè)的方式進(jìn)行開挖?？ㄌ?07 挖掘機(jī)是深豎井及暗挖隧道開挖時(shí)的常用設(shè)備，其機(jī)器中具有液壓系統(tǒng)，能夠利用平穩(wěn)的液壓裝置來進(jìn)行推土和挖坑工作，能夠輕松完成暗挖隧道開挖的地鐵施工工作。其斗桿和動臂可以根據(jù)地鐵施工時(shí)的土層特點(diǎn)，配備加長斗桿和拇指夾，使307 挖掘機(jī)的挖掘范圍能夠調(diào)整，動臂的穩(wěn)定性得到提高。另外，307 挖掘機(jī)里安裝了最新的卡特彼勒D 系列系統(tǒng)，這套系統(tǒng)具有非常高的調(diào)控能力，搭配操縱手柄上的輔助控制裝置，可以使307 挖掘機(jī)的使用更加方便，減少了深豎井及暗挖隧道開挖的操控難度。

312挖掘機(jī)采用高頻錘，相較其他挖掘機(jī)，其外殼采用精細(xì)化熱處理工藝，整板成形，沒有任何焊接點(diǎn)，較厚的鈑金在挖掘較硬土層時(shí)不會輕易開裂，實(shí)用性非常強(qiáng)。在地鐵施工中深豎井及暗挖隧道開挖工作時(shí)，避免了因機(jī)器設(shè)備破損、定期更換而延誤的工作周期，對于較硬的土層也不需要重新設(shè)置解決方案，簡化工作環(huán)節(jié)的流程，提高工作效率。312 挖掘機(jī)具有兩個(gè)氣壓彈簧，相較于普通挖掘機(jī)沒有氣壓彈簧或者只有一個(gè)，其工作的安全性大大提高。

在進(jìn)行開挖時(shí)，需要先對施工現(xiàn)場的基坑深度進(jìn)行分析和探測。經(jīng)過數(shù)據(jù)對比分析，若基坑深度為0～35 m 以內(nèi)，施工地點(diǎn)的泥巖硬度為25 MPa，需要重新規(guī)劃施工的裝置配置，若采用普通挖掘機(jī)進(jìn)行開挖，無法達(dá)到預(yù)期效果。因此在開挖前，需要結(jié)合挖掘機(jī)尺寸與新增豎井型號，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，配置一臺卡特307 挖掘機(jī)，來進(jìn)行基坑內(nèi)松土層的松動，使隧道在開挖時(shí)更加順利；再配置一臺卡特312 挖掘機(jī)，通過挖掘機(jī)的高頻振動破碎錘來破壞泥巖層，使泥巖層各部分的層次被破壞掉；泥巖層松動后，再次利用307 挖掘機(jī)進(jìn)行作業(yè)，將泥巖層運(yùn)送到合適位置，為后續(xù)工作創(chuàng)造條件。在暗挖隧道開挖的基坑中，由兩臺挖掘機(jī)同時(shí)作業(yè)，通過高頻振動破碎錘對土層作業(yè)，再由另一臺挖掘機(jī)與其配合，把作業(yè)完成的松土轉(zhuǎn)運(yùn)至抓斗中，加快了整個(gè)施工效率。但這種方式存在一定缺點(diǎn)，當(dāng)兩臺挖掘機(jī)在基坑配合作業(yè)時(shí)，基坑的深度一旦超過35 m，受施工深度限制，工程后期的工作效率會較慢，有一定的局限性。

1.2 基坑深度35～55.51 m 以內(nèi)開挖施工設(shè)備配置方案

在設(shè)備配置的選擇上，要隨著基坑挖掘的深度，來對設(shè)備配置進(jìn)行選擇，在深度到達(dá)35～55.51 m 時(shí)，選擇施工設(shè)備時(shí)，可以將土方垂直提升設(shè)備更換為龍門吊配料斗吊運(yùn)，也就是龍門吊吊運(yùn)，即龍門式起重機(jī)。龍門式起重機(jī)是橋式起重機(jī)的一種變形，其具有多種分類方式，按照門框結(jié)構(gòu)可以分為懸臂門式起重機(jī)和門式起重機(jī)，按照主梁形式可以分為單主梁和雙主梁，按照主梁的結(jié)構(gòu)又可進(jìn)一步細(xì)分。每一款龍門起重機(jī)的作用和適用場合各不相同，地鐵施工中需要根據(jù)土層特點(diǎn)選擇不同的龍門式起重機(jī)，其作業(yè)范圍大、場地利用率高、適應(yīng)面廣。

當(dāng)需要施工的地鐵開挖深度為55.51 m 時(shí)，可以選擇龍門起重機(jī)中比較常用的45T 型起重機(jī)，其主鉤起升速度為1.2～12 m/min，能夠提高地鐵開挖施工的效率。但是龍門吊配合施工時(shí)，因?yàn)榛觾?nèi)場地狹小，龍門起重機(jī)的料斗放在基坑內(nèi)由挖掘機(jī)裝土的過程中，另一臺高頻振動破碎錘不能同時(shí)作業(yè)，這會影響整個(gè)工程的工作效率，可能在規(guī)定的施工周期內(nèi)無法完成既定施工任務(wù)。

2 地鐵施工暗挖隧道技術(shù)與設(shè)備配置結(jié)合的具體應(yīng)用

2.1 地鐵施工暗挖隧道CD 法上下臺階開挖設(shè)備配置

CD 法進(jìn)行施工時(shí)，上下臺階開挖主要由銑挖機(jī)進(jìn)行作業(yè)。銑挖機(jī)是一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備部件，可以安裝到任何類型的液壓挖掘機(jī)上，如安裝到挖掘機(jī)的小臂或大臂上可代替破碎錘和液壓剪等設(shè)備，銑挖機(jī)為地鐵隧道開挖提供了一種新的高效的施工方式。在隧道開挖時(shí)，一般只使用銑挖機(jī)挖掘隧道輪廓，只有少數(shù)巖層硬度比較低的情況，可以直接將銑挖機(jī)用于隧道的掘進(jìn)，相比其他開挖方式，該方式對周圍環(huán)境的影響較小。銑挖機(jī)操作方便，由其開挖的輪廓非常清晰，在后期施工中，工作人員只要根據(jù)開挖的輪廓進(jìn)行施工，提高整個(gè)工作效率，而且可以輕松解決隧道開挖時(shí)內(nèi)表面鑿槽問題和開挖邊溝問題。上下臺階法是在挖掘的過程中，分上下兩步進(jìn)行開挖工作，能夠最大化利用銑挖機(jī)的優(yōu)勢。

在實(shí)際操作中，高頻破碎錘與卡特312 挖掘機(jī)相互配合開挖上臺階，對周邊弧形超欠挖的控制上存在施工難度。如果采用人工修邊的方式，會增大整個(gè)工程量，延長工程周期，耗費(fèi)很高的人力成本。若高頻破碎錘從下臺階開挖，銑挖機(jī)在下臺階對上臺階開挖，銑挖機(jī)挖過的周圍的超欠挖的弧形變小，使人工修邊的工作量大大減少。但是工作人員在使用銑挖機(jī)的過程中智能性較低，在對周邊弧形開挖時(shí)需要專業(yè)人員在旁指揮。若需要開挖的隧道巖層為泥質(zhì)粉砂巖，施工會損害銑挖機(jī)刀頭，需要及時(shí)更換損害嚴(yán)重的刀頭，需要的成本比較大。

2.2 將管井抽水或水平滲水井和真空泵結(jié)合

針對一些特殊土層，結(jié)合真空泵和管井抽水展開抽水工作，為隧道開挖做前期的基礎(chǔ)工作鋪墊，可使后續(xù)工作順利進(jìn)行；也可根據(jù)輻射井當(dāng)中的水平滲水井和真空泵連接的方式，來完成抽水工作。這兩種方式運(yùn)用了相同原理，真空泵能夠在水平井或管井中構(gòu)建出適合抽水的真空環(huán)境，加快地層中水流流向水管的速度，提高抽水效率，減少地鐵施工中抽取地表水的工時(shí)。工作人員觀察這種方法運(yùn)用后的實(shí)際效果，尤其是沉降的觀測結(jié)果，利用真空泵將管井抽水或結(jié)合水平滲水來抽水所產(chǎn)生的沉降，與傳統(tǒng)降水方法所產(chǎn)生的沉降量幾乎相同，所以這種方式對環(huán)境的污染很小。

在地鐵隧道開挖施工時(shí)，需要先對暗挖的土層以及周圍環(huán)境進(jìn)行全面的調(diào)查分析。通過調(diào)查數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)需要暗挖的土地含水層以砂土層和粉土層為主，通過查閱資料發(fā)現(xiàn)，這種土層自身的滲透系數(shù)相較正常土層小，在降水工作中要根據(jù)土層的特點(diǎn)選擇合適方式。如果常規(guī)的降水方法不能及時(shí)排除透水層中的飽和水及含水層當(dāng)中的殘留水，會導(dǎo)致暗挖作業(yè)時(shí)土層中還存在水量，不利于整個(gè)暗挖工作的開展，使作業(yè)安全性受到影響。此種情況下，需要使用真空降水技術(shù)和真空泵投入到隧道開挖應(yīng)用中，全部排出土層的地下水，尤其要排空飽和水，使整個(gè)地鐵施工的過程更加順利。

2.3 隧道內(nèi)開挖水平運(yùn)輸和垂直運(yùn)輸設(shè)備配置

不同的運(yùn)輸方式，需要根據(jù)隧道開挖的情況進(jìn)行判斷。垂直運(yùn)輸主要應(yīng)用于每循環(huán)隧道開挖完成后，需要將渣土進(jìn)行運(yùn)輸，在隧道比較短的情況下，可以采用40 側(cè)翻裝載機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸。這種設(shè)備裝置能夠直接將渣土轉(zhuǎn)運(yùn)到豎井底部龍門吊料斗內(nèi)，并且40 側(cè)翻裝載機(jī)的一端是封閉形式，可防止運(yùn)輸過程中產(chǎn)生渣土灑落。在選擇隧道內(nèi)開挖垂直運(yùn)輸設(shè)備配置時(shí)，主要選用龍門吊配料斗吊運(yùn)大型施工用材料，如鋼筋、管棚等。其垂直提升速度快、吊運(yùn)量較大，適合較大工程量現(xiàn)場的大規(guī)模吊運(yùn)、修建。

隧道開挖施工中，管棚用于增強(qiáng)軟弱地層和破碎地段的承載力，及一些嚴(yán)格限制要求的情況，可以防止發(fā)生再次塌方造成的二次傷害；即使再次塌方，管棚也會在中間起到緩沖作用。管棚具有環(huán)槽效應(yīng)，極大降低了反向拉伸波對圍巖造成的破壞，以及減小對周圍擾動的范圍；管棚具有加固效應(yīng)，能夠提高圍巖的承受能力，因此，管棚被常常運(yùn)用于地鐵施工中。但是因?yàn)楣芘镩L度和形狀的獨(dú)特性，主要依靠豎井井口提升架及洞內(nèi)運(yùn)輸機(jī)車進(jìn)行運(yùn)送，將已經(jīng)加工好的管棚運(yùn)送到地鐵施工的隧道中。在管棚放置的時(shí)候，需要注意在洞中做好防止管棚滾落的措施，以免出現(xiàn)危險(xiǎn)。

3 總結(jié)

在選擇開挖設(shè)備時(shí)，需要根據(jù)地鐵施工中暗挖隧道開挖的巖層和泥土層情況來判斷具體的設(shè)備配置，根據(jù)基坑深度來選擇是運(yùn)用卡特307 挖掘機(jī)還是龍門式起重機(jī)，根據(jù)上下臺階來選擇是運(yùn)用銑挖機(jī)還是高頻破碎錘。在設(shè)備的使用過程中，還要注意設(shè)備所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益和時(shí)間效益，使工程更加高效地進(jìn)行。