悬臂式掘进机在毗河供水一期工程小洞径隧洞施工中的改装与运用

张现韩明乙

中国水利水电第一工程局有限公司

摘要：悬臂式掘进机运用于水工隧洞施工越来越广泛，目前市场上生产的悬臂式掘进机能用于隧洞洞挖施工机身最小的为EBZ135型，毗河供水一期工程结合自身特点，与厂家进行合作将EBZ135型掘进机铲板部分改装并成功运用于小洞径施工。

关键词：掘进机；铲板；小洞径；改装；运用

前言

随着工程技术的不断发展，在隧洞掘进开挖施工中，不断涌现出新的施工工艺。其中悬臂式掘进机在水工隧洞的运用逐渐趋于成熟，但由于掘进机切割功率与机身尺寸的问题，基本无法实现在小断面隧洞中施工。目前市场上生产的悬臂式掘进机能用于隧洞洞挖的型号有EBZ260、EBZ200、EBZ160、EBZ135，其中尺寸最小的为EBZ135型。悬臂式掘进机主要由行走系统、切割系统、出渣系统组成，其出渣系统中铲板的宽度即是掘进机机身的最大宽度。

毗河供水一期工程总干渠第七流量段隧洞为总干渠最小断面的水工水洞，Ⅲ类围岩开挖断面宽×高=245cm×242.5cm，IV类围岩开挖断面宽×高=255cm×252.5cm，Ⅴ类围岩开挖断面宽×高=265cm×257.5cm，而EBZ135型铲板标准宽度为2.8米，不满足采用掘进机进行洞挖施工的条件。

1掘进机改装

掘进机洞挖施工具有效率高、扰动小等特点，为使掘进机能够运用于毗河供水一期工程小洞径隧洞的施工，本工程与掘进机厂家合作，进行了EBZ135型掘进机的改装。改装的主要困难点集中在铲板部分。

（1）截割系统：截割系统采用叉形架设计，大大提高了截割部的稳定性和可靠性；采用小直径截割头，截齿加密排列科学，使破岩能力加强，单轴抗压强度大。

（2）出渣系统：出渣系统铲板部分为装配部件，主要由主侧铲板、驱动装置、从动装置组成。其中从动装置涉及出渣能力，为不改变出渣能力，保证机器的可靠性，继续使用外形较大的英特姆液压马达；为此，改装铲板尺寸主要利用两侧铲板驱动装置向铲板中间移动，同时铲板两侧宽度随之各减少0.3米，从而达到2.2米铲板的宽度。下图为标准配置2.8米铲板：

但原EBZ135掘进机铲板驱动装置固定座为圆形，便于制造及装配，通过三维软件模拟仿真此驱动装置移动0.3米后，与铲板的承载主梁干涉，从动装置也无法安装。为实现最终目标参数，将驱动装置固定座改设计成方形，中间位置无固定螺栓，这样驱动装置就可以向铲板中间移动0.3米，并且方形的固定座可以保证固定螺栓不受剪切力，也提高使用可靠性，缺点就是方形固定座制造难度相对较大，装配时需要分出左右固定座。下图为2.2米铲板三维模型：

由于新设计的铲板与原铲板出入较大，原有铆焊工装无法满足，工装也需重新设计。驱动装置安装面有一部分与主梁连接较少，焊接后可能会变形，此处需刀检加工。

（3）液压系统：泵、阀、马达、行走减速机等主要部件采用国际知名品牌德国力士乐和哈威产品，高端的配置提高了整机性能，降低故障率。①泵采用德国力士乐双联柱塞变量泵，有恒功率、压力切断、负载敏感等功能，此泵具有安全、可靠、节能等优点；②负载敏感比例多路换向阀为德国哈威产品，可靠性能高，操作简单、舒适、反应灵敏；③行走减速机及马达为德国力士乐产品，扭矩大，故障率非常低；④星轮、一运马达采用意大利英特姆产品，低速大扭矩的特点，体积小安装方便。

（4）电气系统：采用本安型操作箱和液晶显示屏操作，电控箱内有集成主控器通过PLC程序控制，电控箱内有设有多种保护功能短路、漏电、过载、缺相、欠压、超温、瓦斯等保护功能，大大提高了设备的安全性能，若电气部分发生故障时，液晶显示屏显示故障内容，提高了维修速度。

（5）冷却系统：采用内外喷雾冷却设备和降尘。配有过滤精度较高的反冲洗装置，减少杂质造成设备堵塞、磨损，方便快捷排除过滤后杂质。

（6）整机结构合理、强度高、可靠性强、矮机身设计，重心低、爬坡能力强±18°适应于矮巷道掘进。

2实际运用

改装完成后的掘进机在毗河供水一期工程总干渠第七流量段三元碑隧洞、刘家湾隧洞中进行实践运用。实际运用时，一个掘进机施工班组配置1名掘进机操作手，1名指挥，2名杂工，2辆出渣农用车。

其中三元碑隧洞全长335.36米，于2017年5月6日开始洞挖施工，2017年8月18日完成洞挖施工，其中受暴雨洪水影响1个月，实际日均进尺4.5米。

刘家湾隧洞全长470.5米，于2017年4月9日开始采用掘进机进行洞挖施工，2017年8月8日完成洞挖施工，其中因暴雨受灾影响1个月，实际日均进尺5.1米。

3总结

上述实际运用证明EBZ135型掘进机经过重新设计改装后完全可用于宽度在2米左右的窄隧洞中施工，且运行良好。但掘进在小洞径洞挖施工中需要克服以下困难：①小型掘进机一般功率较小，切割力度有限，因此选择掘进机运用于洞挖施工时需提前了解隧洞围岩及地质情况，一般岩石强度在40Mpa以下可选择掘进机施工；②掘进机在开挖掘进时产生的施工粉尘较大，影响施工工人视线及身体健康，需配套使用相应厂家的除尘风机方能进行正常施工；③掘进机洞挖施工对洞内施工道路具有一定要求，不能太过泥泞和有太大的起伏。若洞内渗水严重，需提前规划好洞内抽排水，使洞内施工道路保持平整干燥的施工环境，有利于提高掘进施工效率。

参考文献：

[1]黄智.小洞径隧洞钢衬混凝土施工经验[J].河南水利与南水北调，2018，47（06）：47-48.