一種軟弱圍巖隧道液壓巖土銑挖設備及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于一種軟弱圍巖隧道液壓巖土銑挖方法及設備。
【背景技術】
[0002]目前在公路及鐵路隧道開挖施工中，普遍采用的是機械開挖法和爆破法，即采用挖掘機開挖和用人工鑿炮眼用爆破的方法完成；這兩種方法雖然是最為常用的，但卻存在較大的安全和質量隱患。
[0003]機械開挖多用在隧道的圍巖較松軟的地質施工區域。施工時，通常先用挖掘機將圍巖挖下，而后退出作業面，停靠在隧道的側壁下，裝載機進入開始出渣，出渣結束后馬上對隧洞壁進行支護結構的安裝、噴射混凝土工序，然后進行下一個施工循環。但是挖掘機的作業(如風鎬式)對圍巖的擾動比較大，易造成塌方和超挖，會使閉合面形成慢，成本投入增加，延誤了施工工期。
[0004]遇到石質較為堅硬的地質則用爆破法。爆破法對人員和環境條件的要求較為嚴格，但兩種方法均容易造成隧道開挖的控制偏差。
[0005]特別是，施工所在地屬于剝蝕丘陵山地地貌，地形起伏較大，節理發育，裂隙較多，大量紅土夾浮石、孤石、分層較多，土石交接夾泥、黑色泥巖不規律分布，對巖體穩定性影響較大的中低硬度的圍巖層，上述兩種方法難于適用。
【發明內容】
[0006]因此，本發明的目的是提供一種軟弱圍巖隧道液壓巖土銑挖設備及方法，能夠有效地在軟弱圍巖隧道施工中，保證隧道施工和運營安全，減少地質災害造成的經濟損失，具有施工資源和成本低，易施工，建設速度快，安全風險小和施工質量高的優點。
[0007]為此，本發明的方法采用銑挖設備進行開挖，該方法將隧道作業面分為依次進行的六個作業區，包括如下步驟；
[0008](I)隧道的超前支護，制備直徑50mm壁厚5mm的導管，每根導管長4.5m，其一端部制成錐形，采用YT28風槍進行鉆孔，并推送導管，縱向各孔交錯呈梅花形布置，縱向間距15cm，沿開挖輪廓線布置，環向間距35cm，角度控制在10°?30°，每環搭接長度1.5m，導管安裝完畢后對每根導管進行注漿施工，每根導管尾部與對應部的鋼拱架焊接；
[0009](2)上導左側作業區及其初期支護，上導左側作業區將隧道預留變形量調整為80cm，按照測量放樣點采用銑挖設備進行開挖，減少震動對圍巖的擾動，上導臺階長度控制在3?5m的距離，而后進行上導左側初期支護，上導左側初期支護的鋼拱架采用I22b工字鋼，按照實際開挖輪廓線預留變形量80cm制作，洞外分節制作，洞內拼裝，根據圍巖及沉降情況適時調整拱架間距50?60cm，每節鋼拱架之間采用4顆M20高強螺栓進行連接，確保連接板連接緊密，螺栓無松動，每榀鋼拱架之間采用直徑22mm螺紋鋼筋連接，環向間距1.0m，采用直徑8mm雙層鋼筋網網片，內外雙層，交替布置，網片中的網格尺寸15cmX 15cm，每榀拱架的拱腳施做兩根直徑50mm壁厚5mm鎖腳導管，采用L型鋼筋焊接牢固，并施做系統錨桿，噴射28cm厚C25鋼纖維早強混凝土，形成上導左側初期支護；
[0010](3)中導左側作業區及其初期支護，中導左側作業區的開挖在上導左側初期支護后進行，而后進行中導左側初期支護，中導左側初期支護的上端與上導左側初期支護的下端連成一體；
[0011](4)上導右側作業區及其初期支護，中導左側初期支護施工完成后，即可開始上導右側作業區的挖掘施工，上導右側作業區的初期支護左側端與上導左側作業區的初期支護右側端連成一體，且初期支護施工與上導左側作業區施工相同；
[0012](5)下導左側作業區及其初期支護，下導左側作業區的開挖在上導右側初期支護后進行，而后進行下導左側初期支護，下導左側初期支護的上端與中導左側初期支護的下端連成一體；
[0013](6)中導右側作業區及其初期支護，中導右側作業區的開挖在下導左側初期支護后進行，而后進行中導右側初期支護，中導右側初期支護的上端與上導右側初期支護的下端連成一體；
[0014](7)下導右側作業區及其初期支護，下導右側作業區的開挖在中導右側初期支護后進行，而后進行下導右側初期支護，下導右側初期支護的上端與中導右側初期支護的下端連成一體；
[0015](8)仰拱的初期支護，仰拱的初期支護的鋼拱架的兩端與下導右側初期支護和下導左側初期支護的鋼拱架下端進行閉合連接，仰拱的鋼拱架采用I22b工字鋼，并噴射28cm厚C25鋼纖維混凝土。
[0016]所述的隧道的超前支護沿開挖輪廓線布置。所述的銑挖設備帶有移土裝置。
[0017]一種實現本發明方法的銑挖設備，包括液壓挖掘機體、銑挖頭和銑挖移動臂，其中:在銑挖頭后端的銑挖移動臂上設有移土裝置，所述的移土裝置包括，承土斗、承重臂、調節液壓器、斗液壓器和連接座，連接座的上端設有與銑挖移動臂連接固定的螺栓孔，連接座下部的兩外側面上凸設有一個固定軸，兩個承重臂的后部設有平滑槽且通過該平滑槽與對應側的固定軸軸接，兩個承重臂的前端通各自的軸栓與位于承土斗下端兩側的底栓座軸接，兩個承重臂的下端各設有一個調節液壓器，調節液壓器體的后端通過各自的軸螺栓與位于連接座下端兩側面軸接，各調節液壓器的液壓桿前端分別與同一側的承重臂前部下側軸接，各承重臂前部上側設有軸桿座，軸桿的兩端軸設在軸桿座上，軸桿的中部固接導桿的中部，導桿的上端通過軸栓與斗液壓桿的前端軸接，斗液壓器體的后端通過軸栓與連接座的下端中部軸接，導桿的下端通過軸栓與連桿的一端軸接，連桿的另一端通過軸栓與位于承土斗后側上端中部的接座軸接。
[0018]所述的連接座呈U形。所述的位于調節液壓器的軸心線與同側的承重臂軸心線呈V字形交叉。
[0019]上述銑挖設備和方法達到了本發明的目的。
[0020]本發明能夠有效地在軟弱圍巖隧道施工中，保證隧道施工和運營安全，減少地質災害造成的經濟損失，具有施工資源和成本低，易施工，建設速度快，安全風險小和施工質量高的優點。
[0021]在京新高速集呼土建二標的金盆灣隧道施工中，該隧道全線設計為V級圍巖，單向三車道五心圓曲墻形斷面，隧道開挖高度為12.31米，開挖寬度為17.093米，隧道左線長3310m，右線長3375m，為分離式三車道特長公路隧道。隧址區屬于剝蝕丘陵山地地貌，地形起伏較大。在隧道軸線范圍內存在很多大小不一、挖掘時間不同的經過廢渣回填的淘金坑，在右線初期施工過程中用傳統的方法和機械施工，圍巖出現大面積的塌方冒頂等多種災害，人員傷亡大，費工費力，質量差，效率低，返工率高，施工成本預計超預算近3倍，且施工速度慢，不能按計劃完工。
[0022]變更用本發明的方法和銑挖設備進行施工，建筑施工成本較預算的施工成本降低10%，可節省大量的人力物力資源。本發明的方法建設速度快，較預計的完工時間提前20%，易施工和安全風險小，可杜絕人員傷亡，確保施工安全，降低施工難度，省工省力，質量好達到優級標準，效率高，至今對隧道各項指標檢測仍均為優級標準。本發明的銑挖設備利用自身的銑刨功能，人工控制，按照施工放樣點進行準確的開挖，由于銑挖設備開挖震動小，對圍巖的擾動較小，減少拱部圍巖的掉塊及滑塌，有效的解決了因爆破不能人為控制的因素造成的超欠挖過大的現象，避免了因人工處理欠挖而造成時間及人工的浪費，會使閉合面快速形成。同時，本發明的銑挖設備挖掘和載運出土為一體，避免機械更換造成的誤工，在狹小的隧道內作業效果更好。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明的銑挖設備使用狀態結構示意圖。
[0024]圖2是本發明的銑挖設備作業面的六個作業區示意圖。
[0025]圖3是本發明的銑挖設備結構示意圖。
[0026]圖4是本發明的銑挖設備另一面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]如圖1至圖4所示，一種軟弱圍巖隧道液壓巖土銑挖的方法，采用銑挖設備進行開挖，該方法將隧道作業面2分為依次進行的六個作業區在圍巖6中進行挖掘，包括如下步驟:
[0028](I)隧道的超前支護，制備直徑50mm壁厚5mm的導管，每根導管長4.5m，其一端部制成錐形，采用YT28風槍進行鉆孔，并推送導管，縱向各孔交錯呈梅花形布置，縱向間距15cm，沿開挖輪廓線布置，環向間距35cm，角度控制在10°?30°，每環搭接長度1.5m，導管安裝完畢后對每根導管進行注漿施工，每根導管尾部與對應部的鋼拱架焊接。鋼拱架為構成初期支護內的鋼拱架。
[0029](2)上導左側作業區61及其初期支護。上導左側作業區將隧道預留變形量調整為80cm，按照測量放樣點采用銑挖設備進行開挖，減少震動對圍巖的擾動。上導臺階長度控制在3?5m的距離，而后進行上導左側初期支護，上導左側初期支護的鋼拱架采用I22b工字鋼，按照實際開挖輪廓線預留變形量80cm制作，洞外分節制作，洞內拼裝，根據圍巖及沉降情況適時調整拱架間距50?60cm，每節鋼拱架之間采用4顆M20高強螺栓進行連接，確保連接板連接緊密，螺栓無松動，每榀鋼拱架之間采用直徑22mm螺紋鋼筋連接，環向間距1.0m，采用直徑8mm雙層鋼筋網網片，內外雙層，交替布置，網片中的網格尺寸15cmX 15cm，每榀拱架的拱腳施做兩根直徑50mm壁厚5mm鎖腳導管，采用L型鋼筋焊接牢固，并施做系統錨桿，噴射28cm厚C25鋼纖維早強混凝土，形成上導左側初期支護。
[0030](3)中導左側作業區62及其初期支護。中導左側作業區的開挖在上導左側初期支護后進行，而后進行中導左側初期支護，中導左側初期支護的上端與