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EBZ260懸臂式掘進(jìn)機(jī) 在復(fù)雜環(huán)境下的使用 小組名稱： 連江項(xiàng)目部QC小組 組 長(zhǎng)： 江 勝 發(fā) 副 組 長(zhǎng)： 龔 鋒 編 制 人： 郭 輝 亮 編制日期： 2016年8月26日 目 錄 一、工程概況 1 二、小組簡(jiǎn)介 2 三、選題理由 2 四、現(xiàn)狀調(diào)查 3 五、確定活動(dòng)目標(biāo) 4 六、P階段（方案選擇） 4 6.1 隧道單側(cè)1臺(tái)EBZ260隧道硬巖掘進(jìn)機(jī)施工 4 6.2 二氧化碳爆破開(kāi)挖法 5 七、D階段（方案比較） 6 八、C階段（施工后檢查） 8 九、A階段（方案選擇） 8 十、下一步打算 8 EBZ260懸臂式掘進(jìn)機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下的使用 連江項(xiàng)目組（郭輝亮） 摘要：隧道掘進(jìn)是隧道工程項(xiàng)目中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它直接影響到工程的施工質(zhì)量、施工進(jìn)度、生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益，本文將結(jié)合具體實(shí)例，介紹在臨近居住區(qū)、公路的復(fù)雜環(huán)境中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和分析，綜合各個(gè)影響因素，找出合適的掘進(jìn)方式，提高隧洞爆破效果，達(dá)到預(yù)期的進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)，同時(shí)通過(guò)在復(fù)雜環(huán)境下對(duì)各類掘進(jìn)技術(shù)的比較，希望能對(duì)今后同類工程提供參考。 一、工程概況 連江縣塘坂引水二期工程第5標(biāo)段，地點(diǎn)位于福建省福州市連江縣境內(nèi)，施工內(nèi)容包括隧洞施工和管道施工，隧洞全長(zhǎng)13055.4m，包括鯉魚(yú)頭隧洞（長(zhǎng)689.277m）和鯉魚(yú)頭~牛埠山~紅廈隧洞（長(zhǎng)11145.923m）兩條隧洞和四條支洞（共長(zhǎng)1220.2m，其中松塢支洞288.3m，燕窩山支洞289.0m，菜堂里支洞278.4m，官嶺支洞364.5m）。開(kāi)挖斷面均為馬蹄型，襯砌后為圓形斷面。 本標(biāo)段于2015年09月20日中標(biāo)，10月8日進(jìn)場(chǎng)，因該標(biāo)段隧洞線路長(zhǎng)，確工作面廣、點(diǎn)多等特點(diǎn)。現(xiàn)在在進(jìn)行隧洞施工的工區(qū)是鯉魚(yú)頭出口隧洞、燕窩山支洞以及松塢支洞；鯉魚(yú)頭-牛埠山隧洞由于政策處理問(wèn)題暫停施工；菜堂里支洞、官嶺支洞、紅廈支洞正在進(jìn)行臨建搭設(shè)工作。 其中鯉魚(yú)頭-牛埠山隧洞、松塢支洞、燕窩山支洞及官嶺支洞均為復(fù)雜環(huán)境下的隧洞施工。其中松塢支洞側(cè)面為居住區(qū)，支洞洞口洞口與居民區(qū)距離為20m。正前方是公路及農(nóng)田，與支洞洞口距離為38.5m。松塢支洞施工環(huán)境比較復(fù)雜，計(jì)劃采用EBZ260懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)30m后，按照一般爆破開(kāi)挖施工258.3m。鯉魚(yú)頭-牛埠山隧洞、燕窩山支洞、官嶺支洞均需控爆。 二、小組簡(jiǎn)介 公司名稱 核工業(yè)井巷建設(shè)公司 公司名稱 連江項(xiàng)目部QC小組 類型 現(xiàn)場(chǎng)型 成立時(shí)間 2015年10月 活動(dòng)時(shí)間 2015年10月-2015年9月 活動(dòng)頻率 3次/月 小組人數(shù) 7人 QC教育時(shí)間 人均48h 組內(nèi)職務(wù) 姓名 性別 年齡 文化程度 職務(wù) 組內(nèi)工作 組長(zhǎng) 江勝發(fā) 男 48 大專 項(xiàng)目經(jīng)理 全面組織及活動(dòng)部署 副組長(zhǎng) 龔鋒 男 33 本科 項(xiàng)目總工 編制技術(shù)措施并組織實(shí)施 組員 明正學(xué) 女 59 高中 安全員 負(fù)責(zé)施工安全管理 組員 宋雪挺 男 50 高中 安全員 負(fù)責(zé)施工安全管理 組員 宋茂君 男 48 高中 庫(kù)管員 負(fù)責(zé)爆破庫(kù)管工作 組員 樊曉暢 男 26 本科 會(huì)計(jì) 負(fù)責(zé)財(cái)務(wù)管理 組員 郭輝亮 男 25 大本科 技術(shù)員 現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢查及技術(shù)工作 三、選題理由 理由二： 在隧洞施工中，經(jīng)常碰到類似的復(fù)雜環(huán)境。要通過(guò)控爆審批手續(xù)，工期要延誤4個(gè)月以上。 理由一： 大隊(duì)及公司對(duì)工程質(zhì)量及安全非常重視，工程質(zhì)量要求高。并且施工一定要符合安全標(biāo)準(zhǔn)。 理由三： 與居住區(qū)距離為20m，與公路距離為38.5m，不僅出于業(yè)主方面的要求考慮，同時(shí)為自身安全考慮。 選擇懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工 四、現(xiàn)狀調(diào)查 我部負(fù)責(zé)施工的塘坂引水二期第5標(biāo)段工程，自2015年10月進(jìn)場(chǎng)，開(kāi)始施工前期準(zhǔn)備。目前為止各個(gè)洞口施工情況如下表： 連江縣塘坂引水二期工程第5標(biāo)段施工情況表 洞口名稱 設(shè)計(jì)長(zhǎng)度（m） 施工階段 洞挖長(zhǎng)度(m) 支護(hù)長(zhǎng)度（m） 備注 樜橋-鯉魚(yú)頭 759.000 沒(méi)有進(jìn)場(chǎng) 0 0 已完成征地工作，尚未進(jìn)場(chǎng) 鯉魚(yú)頭出口 689.277 隧洞開(kāi)挖 380 240 正常開(kāi)挖作業(yè)中 鯉魚(yú)頭-牛埠山 8444.886 暫停施工 45 45 由于控爆審批，暫停施工 松塢支洞 288.300 隧洞開(kāi)挖 6 3 采用EBZ260懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn) 燕窩山支洞 289.000 隧洞開(kāi)挖 11.7 11.7 采用炮頭機(jī)+耙渣機(jī)掘進(jìn)，正常施工 菜堂里支洞 278.400 臨建搭設(shè) 0 0 正在進(jìn)行場(chǎng)地平整，臨建搭設(shè) 官嶺支洞 364.500 臨建搭設(shè) 0 0 正在進(jìn)行場(chǎng)地平整，臨建搭設(shè) 牛埠山-紅廈 2701.037 臨建搭設(shè) 0 0 正在進(jìn)行場(chǎng)地平整，臨建搭設(shè) 其中松塢支洞和鯉魚(yú)頭-牛埠山支洞、燕窩山支洞、官嶺支洞。由于施工環(huán)境比較復(fù)雜，需要采用控制爆破。若隧洞施工按照正常爆破審批，工程還要再拖延至少3.5個(gè)月（其中控制爆破審批需要1.5個(gè)月），因此選擇合適的隧洞施工技術(shù)是本工程至關(guān)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個(gè)月以上。要選用合適的隧洞開(kāi)挖方案，必須綜合考慮。 五、確定活動(dòng)目標(biāo) 通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀調(diào)查我們找出了復(fù)雜環(huán)境下隧洞施工的主要問(wèn)題，經(jīng)小組集體討論后活動(dòng)目標(biāo)定為“EBZ260懸臂式掘進(jìn)機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下的使用”。不僅是解決項(xiàng)目部現(xiàn)在自身的問(wèn)題，碰到類似的復(fù)雜環(huán)境，一樣可以借鑒這樣的經(jīng)驗(yàn)。 六、P階段（方案選擇） 根據(jù)公司多年類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，隧洞開(kāi)挖除采用常規(guī)的爆破施工外，在爆破控制要求比較高的特殊環(huán)境下，還可以采用靜態(tài)爆破藥劑工藝、液壓劈裂工藝、高壓氣體爆破工藝和硬巖全斷面掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖工藝施工。 本工程是巖石隧洞控制爆破開(kāi)挖工程，施工段巖石地質(zhì)為中等風(fēng)化鉀長(zhǎng)花崗斑巖，巖石抗壓強(qiáng)度達(dá)到120MPa，經(jīng)過(guò)分析比較采用硬巖全斷面掘進(jìn)機(jī)工藝和高壓氣體爆破工藝較為合適。其中硬巖掘進(jìn)機(jī)日進(jìn)尺可以達(dá)到2.0米左右；高壓氣體爆破日進(jìn)尺為1.5米左右。 6.1 隧道單側(cè)1臺(tái)EBZ260隧道硬巖掘進(jìn)機(jī)施工 采用全斷面一次截割成型掘進(jìn)施工：采用一臺(tái)EBZ260硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)，隧道端面寬3.5米，高3.5米。 掘進(jìn)施工:1臺(tái)EBZ260硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)，一套錨固除塵滑移支架，配套二運(yùn)移動(dòng)式皮帶機(jī)，送風(fēng)、排風(fēng)兩條通風(fēng)風(fēng)管，兩臺(tái)500m/min軸流風(fēng)機(jī)。掘進(jìn)機(jī)將隧道端面巖石破碎剝離，落至掘進(jìn)機(jī)鏟板，掘進(jìn)機(jī)啟動(dòng)鏟板星輪，將碎石滑進(jìn)掘進(jìn)機(jī)前端刮板機(jī)刮板槽內(nèi)，掘進(jìn)機(jī)啟動(dòng)刮板機(jī)，將碎石通過(guò)刮板機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)到掘進(jìn)機(jī)機(jī)身后側(cè)，落到二運(yùn)移動(dòng)式皮帶機(jī)前端，啟動(dòng)皮帶機(jī)，將碎石轉(zhuǎn)運(yùn)到后側(cè)的運(yùn)渣車內(nèi)，運(yùn)渣車裝滿后，將碎石轉(zhuǎn)運(yùn)至指定的排放地點(diǎn)。也可采用一臺(tái)裝載機(jī)，兩臺(tái)運(yùn)渣車，機(jī)械裝載汽運(yùn)除渣。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是圍巖擾動(dòng)小，機(jī)械化程度高，人員少，避免群傷事故；有效控制超挖欠挖，開(kāi)挖靈活；但是費(fèi)用 6.2 二氧化碳爆破開(kāi)挖法 高壓氣體膨脹技術(shù)就是應(yīng)運(yùn)而生的一種全新技術(shù)。它主要利用專用填充設(shè)備將液態(tài)二氧化碳輸進(jìn)高壓鋼管內(nèi)并通過(guò)一端電加熱的方式使液態(tài)二氧化碳瞬間氣化，使高壓鋼管內(nèi)的氣體瞬間釋放出幾何級(jí)的能量，將堆積物瞬間擊碎。 二氧化碳爆破工作原理 結(jié)構(gòu)圖 先將密封圈和破裂片，加熱棒裝入高壓高壓鋼管內(nèi)，擰緊合金帽， 再將液態(tài)的二氧化碳通過(guò)填充器壓縮至高壓鋼管內(nèi)，再用線路測(cè)試器檢測(cè)高壓鋼管內(nèi)氣壓是否達(dá)標(biāo)。這樣即完成了起動(dòng)前的準(zhǔn)備工作。將高壓鋼管插進(jìn)事先鉆好的孔中，并通過(guò)專門的部件固定好鋼管，將起動(dòng)器的電源與加熱器連接，當(dāng)微電流通過(guò)加熱棒時(shí)能瞬間將內(nèi)部的液態(tài)二氧化碳加熱使之轉(zhuǎn)換為氣體，隨著管道內(nèi)的二氧化碳?xì)怏w體積的急劇膨脹被擴(kuò)大到600倍，當(dāng)壓力持續(xù)增大達(dá)到40000PSI（3000BAR）時(shí)破裂片被擊穿，隨即通過(guò)泄壓頭以幾何級(jí)當(dāng)量釋放出二氧化碳?xì)怏w清除堵塞物料，從啟動(dòng)至結(jié)束整個(gè)過(guò)程僅需4毫秒。 由于二氧化碳屬于惰性氣體，整個(gè)作業(yè)過(guò)程中既不產(chǎn)生任何有害氣體，也不產(chǎn)生電弧和火花，且不受高溫、高寒、高濕等氣象條件的影響。整個(gè)清堵工作可在一個(gè)安全高效的過(guò)程中完成。 爆破孔孔徑一般為60mm或64mm，高壓管直徑54mm，管長(zhǎng)800~1200mm，爆破深度一般不超過(guò)2500mm。高壓管在孔外的一端設(shè)有充放氣閥，一端安設(shè)與起爆器連接的接線頭。管內(nèi)裝有氣體產(chǎn)生器，其電極與起爆器接線頭連接。固定套的固定機(jī)構(gòu)隨爆破啟動(dòng)，防止高壓管自爆破孔中射出。高壓管管體(結(jié)構(gòu)如圖所示)以特種鋼材制成，爆破時(shí)二氧化碳由液態(tài)轉(zhuǎn)換成氣態(tài)產(chǎn)生的體積膨脹約150~600L，反應(yīng)時(shí)間約40ms，爆破壓力約150~270MPa。 靜態(tài)爆破后巖石大部分已經(jīng)破碎或出現(xiàn)裂紋，然后利用挖掘機(jī)裝配的液壓破碎錘將大塊巖石二次破碎分解，然后利用裝載機(jī)、運(yùn)輸車出渣。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可延時(shí)控制，特別是在特殊環(huán)境下，實(shí)施過(guò)程中無(wú)破壞性震動(dòng)和短波，無(wú)塵蕩，無(wú)飛石，對(duì)周圍環(huán)境無(wú)破壞性影響；具有本質(zhì)的安全特性。安全警戒距離短，無(wú)安全隱患。 七、D階段（方案比較） 進(jìn)洞施工方案 方案描述 可行性 工期影響 安全性 造價(jià) 風(fēng)險(xiǎn) 重難點(diǎn) 推薦理由 控制爆破施工 手續(xù)需福州市公安局審批，控制爆破需加大安全防護(hù)，采用短進(jìn)尺、密孔、小藥量的爆破施工方式。 符合爆破安全規(guī)程，但爆破審批手續(xù)復(fù)雜，審批時(shí)間長(zhǎng)。（所有手續(xù)齊全后要1.5個(gè)月） 審批手續(xù)完善后，通過(guò)正常施工最快到7月15日，工期延長(zhǎng)3.5個(gè)月。 采取控制爆破，加上一定的防護(hù)措施可以確保安全。 增加5個(gè)月的爆破監(jiān)理費(fèi)約20萬(wàn)元，其他按照控制爆破施工，費(fèi)用最低。 無(wú)政策性風(fēng)險(xiǎn)。 爆破審批手續(xù)需要較長(zhǎng)時(shí)間，影響總進(jìn)度計(jì)劃。 因控制爆破審批手續(xù)時(shí)間長(zhǎng)不推薦。 硬巖掘進(jìn)機(jī)施工 采用全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)施工，該機(jī)可破碎120MPa巖石，施工無(wú)需爆破手續(xù)，無(wú)震動(dòng)、無(wú)飛石，安全可靠。 目前平潭引水工程項(xiàng)目有1臺(tái)EBZ260掘進(jìn)機(jī)可隨時(shí)調(diào)用。根據(jù)該公司介紹可以挖掘120MPa巖石隧洞，但最小洞挖直徑3.5米，存在一定超挖。 無(wú)需審批可提前進(jìn)洞施工，可以爭(zhēng)取3.5個(gè)月工期。 施工無(wú)飛石震動(dòng)，安全可靠。 減少了爆破監(jiān)理費(fèi)的支出，但增加了洞挖掘進(jìn)費(fèi)。觀音閣進(jìn)洞每米增加直接工程費(fèi)7906元。50米增加工程直接費(fèi)39.53萬(wàn)元。 無(wú)政策性風(fēng)險(xiǎn)，掘進(jìn)機(jī)鉆頭對(duì)本工程巖石的切割性，鉆頭損壞較快，可能存在較大的開(kāi)挖難度。 鉆機(jī)鉆頭對(duì)本地巖石切割損耗較大，設(shè)備自重80噸，運(yùn)輸安拆需要一定費(fèi)用，每次進(jìn)退場(chǎng)5萬(wàn)元。 推薦 一 施工準(zhǔn)備時(shí)間短，施工進(jìn)度較快，成本相對(duì)較高些。 二氧化碳爆破施工 采用液態(tài)二氧化碳在加熱狀態(tài)下快速氣化，產(chǎn)生高溫高壓，破碎巖石。 可以適應(yīng)本工程巖石開(kāi)挖，不使用火工品，可隨時(shí)進(jìn)行施工。開(kāi)挖尺寸可按設(shè)計(jì)斷石，沒(méi)有超挖現(xiàn)象。 日進(jìn)尺1.2~1.5米，施工進(jìn)度較掘進(jìn)機(jī)慢，可以爭(zhēng)取3個(gè)月的施工工期。 無(wú)需火工品，爆破無(wú)飛石，對(duì)周邊無(wú)破壞性影響，安全可靠。 爆破開(kāi)挖費(fèi)用相對(duì)較高，觀音閣開(kāi)挖每米進(jìn)尺需增加工程直接費(fèi)7498元。50米增加直接工程費(fèi)37.49萬(wàn)元 無(wú)政策性風(fēng)險(xiǎn)，但施工效率不及硬巖掘進(jìn)機(jī)，開(kāi)挖進(jìn)度相對(duì)較慢。 新工藝，時(shí)間緊無(wú)法到工程實(shí)地考察，巖石硬度高，掏槽效率直接影響施工進(jìn)度。 推薦二 施工準(zhǔn)備時(shí)間短，施工進(jìn)度較慢，但施工成本較低些。 八、C階段（施工后檢查） 在連江縣塘坂引水二期工程中，3標(biāo)同樣也遇到了這樣的問(wèn)題，我們現(xiàn)場(chǎng)到3標(biāo)施工地段觀察，發(fā)現(xiàn)采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，對(duì)附近的居住區(qū)，除了機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪聲較大外，對(duì)居民住房和公路均無(wú)較大影響。在方案比較時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，成本也沒(méi)有增加很多。因此，在連江縣塘坂引水二期工程5標(biāo)松塢支洞，可以采用EBZ260懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)。 九、A階段（方案選擇） 根據(jù)上述方案比較分析，若采用EBZ260懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)30米，增加的施工成本不多，就可以解決本工程因控制爆破審批手續(xù)影響，至少可以提前3.5個(gè)月進(jìn)洞施工（其中爆破審批1.5個(gè)月），提前實(shí)現(xiàn)運(yùn)行效益，將對(duì)本工程起到至關(guān)重要的作用。我部目前洞挖施工設(shè)備、人員已經(jīng)全部進(jìn)場(chǎng)，為確保工程施工的順利進(jìn)行，在塘坂引水二期工程5標(biāo)松塢支洞進(jìn)行EBZ260掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)施工，在費(fèi)用可控的情況下，將對(duì)工程進(jìn)度的全面提升起到關(guān)鍵的作用。 十、下一步打算 經(jīng)過(guò)開(kāi)展QC攻關(guān)活動(dòng)，不但取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益，而且培養(yǎng)了一批技術(shù)人才，使其加深了對(duì)PDCA的理解，并學(xué)會(huì)了采用此種方法解決施工中的難題。我們小組接下來(lái)將對(duì)“加快隧洞施工速度”展開(kāi)技術(shù)攻關(guān)。