EBZ260悬臂式掘进机在复杂环境下的使用.docx
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EBZ260悬臂式掘进机在复杂环境下的使用
EBZ260悬臂式掘进机
在复杂环境下的使用
小组名称：
连江项目部QC小组
组长：
江胜发
副组长：
龚锋
编制人：
郭辉亮
编制日期：
2016年8月26日
EBZ260悬臂式掘进机在复杂环境下的使用
连江项目组（郭辉亮）
摘要：
隧道掘进是隧道工程项目中的一个重要环节，它直接影响到工程的施工质量、施工进度、生产成本和经济效益，本文将结合具体实例，介绍在临近居住区、公路的复杂环境中，通过现场调查和分析，综合各个影响因素，找出合适的掘进方式，提高隧洞爆破效果，达到预期的进度和经济效益目标，同时通过在复杂环境下对各类掘进技术的比较，希望能对今后同类工程提供参考。
一、工程概况
连江县塘坂引水二期工程第5标段，地点位于福建省福州市连江县境内，施工内容包括隧洞施工和管道施工，隧洞全长13055.4m，包括鲤鱼头隧洞（长689.277m）和鲤鱼头~牛埠山~红厦隧洞（长11145.923m）两条隧洞和四条支洞（共长1220.2m，其中松坞支洞288.3m，燕窝山支洞289.0m，菜堂里支洞278.4m，官岭支洞364.5m）。
开挖断面均为马蹄型，衬砌后为圆形断面。
本标段于2015年09月20日中标，10月8日进场，因该标段隧洞线路长，确工作面广、点多等特点。
现在在进行隧洞施工的工区是鲤鱼头出口隧洞、燕窝山支洞以及松坞支洞；鲤鱼头-牛埠山隧洞由于政策处理问题暂停施工；菜堂里支洞、官岭支洞、红厦支洞正在进行临建搭设工作。
其中鲤鱼头-牛埠山隧洞、松坞支洞、燕窝山支洞及官岭支洞均为复杂环境下的隧洞施工。
其中松坞支洞侧面为居住区，支洞洞口洞口与居民区距离为20m。
正前方是公路及农田，与支洞洞口距离为38.5m。
松坞支洞施工环境比较复杂，计划采用EBZ260悬臂式掘进机掘进30m后，按照一般爆破开挖施工258.3m。
鲤鱼头-牛埠山隧洞、燕窝山支洞、官岭支洞均需控爆。
二、小组简介
公司名称
核工业井巷建设公司
公司名称
连江项目部QC小组
类型
现场型
成立时间
2015年10月
活动时间
2015年10月-2015年9月
活动频率
3次/月
小组人数
7人
QC教育时间
人均48h
组内职务
姓名
性别
年龄
文化程度
职务
组内工作
组长
江胜发
男
48
大专
项目经理
全面组织及活动部署
副组长
龚锋
男
33
本科
项目总工
编制技术措施并组织实施
组员
明正学
女
59
高中
安全员
负责施工安全管理
组员
宋雪挺
男
50
高中
安全员
负责施工安全管理
组员
宋茂君
男
48
高中
库管员
负责爆破库管工作
组员
樊晓畅
男
26
本科
会计
负责财务管理
组员
郭辉亮
男
25
大本科
技术员
现场质量检查及技术工作
三、选题理由
四、现状调查
我部负责施工的塘坂引水二期第5标段工程，自2015年10月进场，开始施工前期准备。
目前为止各个洞口施工情况如下表：
连江县塘坂引水二期工程第5标段施工情况表
洞口名称
设计长度（m）
施工阶段
洞挖长度（m）
支护长度（m）
备注
樜桥-鲤鱼头
759.000
没有进场
0
0
已完成征地工作，尚未进场
鲤鱼头出口
689.277
隧洞开挖
380
240
正常开挖作业中
鲤鱼头-牛埠山
8444.886
暂停施工
45
45
由于控爆审批，暂停施工
松坞支洞
288.300
隧洞开挖
6
3
采用EBZ260悬臂式掘进机掘进
燕窝山支洞
289.000
隧洞开挖
11.7
11.7
采用炮头机+耙渣机掘进，正常施工
菜堂里支洞
278.400
临建搭设
0
0
正在进行场地平整，临建搭设
官岭支洞
364.500
临建搭设
0
0
正在进行场地平整，临建搭设
牛埠山-红厦
2701.037
临建搭设
0
0
正在进行场地平整，临建搭设
其中松坞支洞和鲤鱼头-牛埠山支洞、燕窝山支洞、官岭支洞。
由于施工环境比较复杂，需要采用控制爆破。
若隧洞施工按照正常爆破审批，工程还要再拖延至少3.5个月（其中控制爆破审批需要1.5个月），因此选择合适的隧洞施工技术是本工程至关重要的因素。
按照引水二期2018年底通水的要求，工期要拖延4个月以上。
要选用合适的隧洞开挖方案，必须综合考虑。
五、确定活动目标
通过对现状调查我们找出了复杂环境下隧洞施工的主要问题，经小组集体讨论后活动目标定为“EBZ260悬臂式掘进机在复杂环境下的使用”。
不仅是解决项目部现在自身的问题，碰到类似的复杂环境，一样可以借鉴这样的经验。
六、P阶段（方案选择）
根据公司多年类似工程的施工经验，隧洞开挖除采用常规的爆破施工外，在爆破控制要求比较高的特殊环境下，还可以采用静态爆破药剂工艺、液压劈裂工艺、高压气体爆破工艺和硬岩全断面掘进机开挖工艺施工。
本工程是岩石隧洞控制爆破开挖工程，施工段岩石地质为中等风化钾长花岗斑岩，岩石抗压强度达到120MPa，经过分析比较采用硬岩全断面掘进机工艺和高压气体爆破工艺较为合适。
其中硬岩掘进机日进尺可以达到2.0米左右；高压气体爆破日进尺为1.5米左右。
6.1隧道单侧1台EBZ260隧道硬岩掘进机施工
采用全断面一次截割成型掘进施工：
采用一台EBZ260硬岩隧道掘进机，隧道端面宽3.5米，高3.5米。
掘进施工:
1台EBZ260硬岩隧道掘进机，一套锚固除尘滑移支架，配套二运移动式皮带机，送风、排风两条通风风管，两台500m³/min轴流风机。
掘进机将隧道端面岩石破碎剥离，落至掘进机铲板，掘进机启动铲板星轮，将碎石滑进掘进机前端刮板机刮板槽内，掘进机启动刮板机，将碎石通过刮板机转运到掘进机机身后侧，落到二运移动式皮带机前端，启动皮带机，将碎石转运到后侧的运渣车内，运渣车装满后，将碎石转运至指定的排放地点。
也可采用一台装载机，两台运渣车，机械装载汽运除渣。
这种方法的优点是围岩扰动小，机械化程度高，人员少，避免群伤事故；有效控制超挖欠挖，开挖灵活；但是费用
6.2二氧化碳爆破开挖法
高压气体膨胀技术就是应运而生的一种全新技术。
它主要利用专用填充设备将液态二氧化碳输进高压钢管内并通过一端电加热的方式使液态二氧化碳瞬间气化，使高压钢管内的气体瞬间释放出几何级的能量，将堆积物瞬间击碎。
二氧化碳爆破工作原理
结构图
先将密封圈和破裂片，加热棒装入高压高压钢管内，拧紧合金帽，
再将液态的二氧化碳通过填充器压缩至高压钢管内，再用线路测试器检测高压钢管内气压是否达标。
这样即完成了起动前的准备工作。
将高压钢管插进事先钻好的孔中，并通过专门的部件固定好钢管，将起动器的电源与加热器连接，当微电流通过加热棒时能瞬间将内部的液态二氧化碳加热使之转换为气体，随着管道内的二氧化碳气体体积的急剧膨胀被扩大到600倍，当压力持续增大达到40000PSI（3000BAR）时破裂片被击穿，随即通过泄压头以几何级当量释放出二氧化碳气体清除堵塞物料，从启动至结束整个过程仅需4毫秒。
由于二氧化碳属于惰性气体，整个作业过程中既不产生任何有害气体，也不产生电弧和火花，且不受高温、高寒、高湿等气象条件的影响。
整个清堵工作可在一个安全高效的过程中完成。
爆破孔孔径一般为60mm或64mm，高压管直径54mm，管长800~1200mm，爆破深度一般不超过2500mm。
高压管在孔外的一端设有充放气阀，一端安设与起爆器连接的接线头。
管内装有气体产生器，其电极与起爆器接线头连接。
固定套的固定机构随爆破启动，防止高压管自爆破孔中射出。
高压管管体（结构如图所示）以特种钢材制成，爆破时二氧化碳由液态转换成气态产生的体积膨胀约150~600L，反应时间约40ms，爆破压力约150~270MPa。
静态爆破后岩石大部分已经破碎或出现裂纹，然后利用挖掘机装配的液压破碎锤将大块岩石二次破碎分解，然后利用装载机、运输车出渣。
这种方法的优点是可延时控制，特别是在特殊环境下，实施过程中无破坏性震动和短波，无尘荡，无飞石，对周围环境无破坏性影响；具有本质的安全特性。
安全警戒距离短，无安全隐患。
七、D阶段（方案比较）
进洞施工方案
方案描述
可行性
工期影响
安全性
造价
风险
重难点
推荐理由
控制爆破施工
手续需福州市公安局审批，控制爆破需加大安全防护，采用短进尺、密孔、小药量的爆破施工方式。
符合爆破安全规程，但爆破审批手续复杂，审批时间长。
（所有手续齐全后要1.5个月）
审批手续完善后，通过正常施工最快到7月15日，工期延长3.5个月。
采取控制爆破，加上一定的防护措施可以确保安全。
增加5个月的爆破监理费约20万元，其他按照控制爆破施工，费用最低。
无政策性风险。
爆破审批手续需要较长时间，影响总进度计划。
因控制爆破审批手续时间长不推荐。
硬岩掘进机施工
采用全断面硬岩掘进机施工，该机可破碎120MPa岩石，施工无需爆破手续，无震动、无飞石，安全可靠。
目前平潭引水工程项目有1台EBZ260掘进机可随时调用。
根据该公司介绍可以挖掘120MPa岩石隧洞，但最小洞挖直径3.5米，存在一定超挖。
无需审批可提前进洞施工，可以争取3.5个月工期。
施工无飞石震动，安全可靠。
减少了爆破监理费的支出，但增加了洞挖掘进费。
观音阁进洞每米增加直接工程费7906元。
50米增加工程直接费39.53万元。
无政策性风险，掘进机钻头对本工程岩石的切割性，钻头损坏较快，可能存在较大的开挖难度。
钻机钻头对本地岩石切割损耗较大，设备自重80吨，运输安拆需要一定费用，每次进退场5万元。
推荐一
施工准备时间短，施工进度较快，成本相对较高些。
二氧化碳爆破施工
采用液态二氧化碳在加热状态下快速气化，产生高温高压，破碎岩石。
可以适应本工程岩石开挖，不使用火工品，可随时进行施工。
开挖尺寸可按设计断石，没有超挖现象。
日进尺1.2~1.5米，施工进度较掘进机慢，可以争取3个月的施工工期。
无需火工品，爆破无飞石，对周边无破坏性影响，安全可靠。
爆破开挖费用相对较高，观音阁开挖每米进尺需增加工程直接费7498元。
50米增加直接工程费37.49万元
无政策性风险，但施工效率不及硬岩掘进机，开挖进度相对较慢。
新工艺，时间紧无法到工程实地考察，岩石硬度高，掏槽效率直接影响施工进度。
推荐二
施工准备时间短，施工进度较慢，但施工成本较低些。
八、C阶段（施工后检查）
在连江县塘坂引水二期工程中，3标同样也遇到了这样的问题，我们现场到3标施工地段观察，发现采用悬臂式掘进机掘进时，对附近的居住区，除了机器运转时噪声较大外，对居民住房和公路均无较大影响。
在方案比较时可以发现，成本也没有增加很多。
因此，在连江县塘坂引水二期工程5标松坞支洞，可以采用EBZ260悬臂式掘进机掘进。
九、A阶段（方案选择）
根据上述方案比较分析，若采用EBZ260悬臂式掘进机掘进30米，增加的施工成本不多，就可以解决本工程因控制爆破审批手续影响，至少可以提前3.5个月进洞施工（其中爆破审批1.5个月），提前实现运行效益，将对本工程起到至关重要的作用。
我部目前洞挖施工设备、人员已经全部进场，为确保工程施工的顺利进行，在塘坂引水二期工程5标松坞支洞进行EBZ260掘进机掘进施工，在费用可控的情况下，将对工程进度的全面提升起到关键的作用。
十、下一步打算
经过开展QC攻关活动，不但取得了可观的经济效益、社会效益，而且培养了一批技术人才，使其加深了对PDCA的理解，并学会了采用此种方法解决施工中的难题。
我们小组接下来将对“加快隧洞施工速度”展开技术攻关。
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