切槽切槽機的發(fā)展

切槽法最早始于美國，1950年在美國南達科他州皮克城密蘇里河上修建福特—阮道爾水庫工程中，曾用機械切槽法開挖了12座直徑10m的圓型隧道以穿越白堊地層。由于當時技術(shù)條件限制，此法未得到進一步發(fā)展，直到1969年法國工程師采用該法成功地解決了城市地區(qū)硬巖隧道施工的震動問題后，這種方法才重新引起重視，之后在法國得到發(fā)展和應(yīng)用，并開發(fā)了三代切槽機。切槽技術(shù)在法國、意大利、日本等國家得到了較為廣泛的應(yīng)用，在對周邊環(huán)境控制嚴格的城市尤其適用，并且可以安全地全斷面開挖大斷面隧道，同時可以將地表沉降控制到最小。

為了施工的靈活性考慮，兩邊的走行機構(gòu)是可以沿隧道縱斷面移動的，具體形式是整個切槽機分步地向前和向后移動；走行機構(gòu)可以直接安裝在軌道上面，這樣的移動是連續(xù)的。一般的走行機構(gòu)是由一個箱形梁組成，安裝在液壓調(diào)節(jié)支架上面；龍門架底座反扣在走行機構(gòu)的橫梁上面，可以沿著橫梁移動。另外一種方式是龍門架直接通過操作臺安置在隧道底板上面， 走行機構(gòu)的橫梁相對于龍門架移動。

為了適應(yīng)不同的隧道斷面和地層的需要，預(yù)切槽機設(shè)有調(diào)節(jié)和定位系統(tǒng)；在走行機構(gòu)上設(shè)有一個龍門架的定位裝置，使得刀頭可以沿著特定的路線進行切割作業(yè)。由于走行機構(gòu)和龍門架下設(shè)有足夠的凈空，可以保證鑿巖臺車和出碴車順利通過。

從龍門架上伸出一懸臂鋼拱架，上面設(shè)置了兩根鋼制導(dǎo)軌，驅(qū)動切割機的小齒輪和導(dǎo)軌上的齒軌嚙合，引導(dǎo)切割機沿著導(dǎo)軌運作。整個切槽機中，切割頭是特制的，可以通過制作不同的切割頭適應(yīng)不同半徑的隧道斷面，一般的切割頭是由一個驅(qū)動馬達、一個齒輪和一個安裝有支撐和導(dǎo)向裝置的鏈鋸組成 。

雙線鐵路隧道典型的切槽機械包括：

（1） 一個類似于大型鏈鋸的切槽刀具，表面呈鋸齒狀。

（2） 一個導(dǎo)軌和一個小齒輪，導(dǎo)軌做成隧道外輪廓形狀。

（3） 龍門架，它可確保導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性。

（4）兩個獨立的走行機構(gòu)，每側(cè)設(shè)一個，主要用于支持龍門架；走行機構(gòu)的設(shè)計根據(jù)工程項目的需要而變化。

切槽技術(shù)是一項適于復(fù)雜地質(zhì)條件下的獨特的隧道預(yù)支護技術(shù)。其工藝概要為：

（1） 在工作面開挖前，用特制的鏈式機械切刀沿斷面周邊連續(xù)切割出一條寬約數(shù)十厘米、深數(shù)米的窄槽。為使預(yù)筑拱有一定的寬度，軟巖中的切槽寬度一般比硬巖大，常用的切槽寬度為7.5~30 cm，切槽深度3~5 m 左右，在困難土體中需減少深度，每段切槽沿隧道的輪廓線成喇叭狀， 以便兩段預(yù)筑拱之間有一定的搭接長度，搭接長度通常為0.5 m 左右。

（2） 在切槽的同時應(yīng)用切刀一體化的混凝土灌注設(shè)備注入混凝土，以形成一個連續(xù)的、起預(yù)先支護作用的混凝土拱殼。

一般情況下應(yīng)在切槽內(nèi)灌注混凝土3~4h后就可開挖，此時混凝土強度應(yīng)達到3~10MPa，必要時還需要加設(shè)拱架對預(yù)筑拱進行加固，然后在其支護下進行工作面的全斷面機械開挖。隧道開挖后，可根據(jù)地質(zhì)情況在開挖面后10m左右用噴混凝土做成封閉仰拱，切槽法施工的二次襯砌一般在開挖面后25m左右施做，國外也有不施做二次襯砌的情況 。

軟土隧道施工中一個最明顯的現(xiàn)象是地層“減壓”。大量的工程實例表明，開挖引起的圍巖應(yīng)力重分布在掌子面前方一段非常有限的區(qū)域內(nèi)已經(jīng)產(chǎn)生， 開挖引起的圍巖位移一般在掌子面前方1~1.5倍洞徑處開始出現(xiàn)； 在掌子面產(chǎn)生的位移占總位移的1/4~1/3，甚至更多，并且在掌子面前后這種位移的增加是最劇烈的，因而危險區(qū)域也主要在掌子面前后這一段。在淺埋城市隧道中，要求將施工引起的地表沉降及隧道頂部位移限制在較小范圍內(nèi)。這種伴隨著開挖而產(chǎn)生的“減壓”現(xiàn)象無疑是不利的，因而人們設(shè)想在隧道掘進之前，在掌子面前方的地層中，預(yù)先構(gòu)筑支護或襯砌層，然后在預(yù)支護保護下進行開挖作業(yè)，這就是預(yù)支護的概念，用于軟土的機械切槽法即是預(yù)支護的一種。

機械切槽法的基本原理是沿修建拱圈拱腹的理論斷面切割一條有限厚度的溝槽，同時向溝槽內(nèi)灌注混凝土，以構(gòu)成連續(xù)的超前預(yù)筑拱，以減少開挖過程中的“減壓”，減小地表及拱頂沉降，保證掌子面的穩(wěn)定。

切槽法是一種獨特的施工技術(shù)，是介于淺埋暗挖法和盾構(gòu)法之間的一種方法，它和淺埋暗挖法配合可以形成復(fù)雜地質(zhì)和地面環(huán)境下的新型隧道施工技術(shù)。采用此法可大大提高施工的機械化水平，同時可有效地控制地表沉降。由于這種方法可有效控制覆蓋層沉降，因此即使覆蓋層很薄也可以安全地全斷面或半斷面開挖大斷面隧道，大大降低了地表沉降和塌陷的風險，可保障人員安全和施工環(huán)境。

由于切槽的阻隔作用，這種技術(shù)在近接施工的優(yōu)越性也很明顯。這種方法特別適用于以下場合：①土砂等強度極低的場合；②埋深淺，需嚴格控制地表沉降的場合；③近接重要建筑物的場合。相對于盾構(gòu)法，這種方法具有經(jīng)濟、施工速度高以及靈活等特點。其斷面形式不拘泥于圓形，且開挖斷面是開敞式的，便于多變地質(zhì)情況下的施工處理；在掌子面不穩(wěn)定的情況下可以進行其加固處理，且可以進行多工作面同時作業(yè)， 在工期比較緊張的情況下仍然可以滿足要求；設(shè)備造價不到盾構(gòu)的1/4，便于國產(chǎn)化 。

軟土地層施工最大的問題是控制地層的變形，眾所周知，隧道的變形在掌子面之前已經(jīng)發(fā)生。要保證掌子面的穩(wěn)定，就應(yīng)該首先控制開挖面前方地層預(yù)變形，地層條件越差越應(yīng)該采取強有力的措施，于是預(yù)支護技術(shù)應(yīng)運而生。

作為一種獨特的預(yù)支護技術(shù)，機械切槽技術(shù)是在掌子面前方預(yù)先形成一個拱殼，它在橫向和縱向的連續(xù)性非常好，可以起到很好的約束掌子面前方地層變形的作用；另外，切槽技術(shù)在成槽時是邊切邊灌注混凝土，類似于盾構(gòu)的同步注漿，切槽本身產(chǎn)生的地層預(yù)變形也相當小。這就是切槽法能良好地控制地層變形的原因。

機械切槽法控制地層變形的效果可以從比較法國巴黎的兩個工程實例得到。一個是采用新奧法施工的格里尼鐵路隧道，先開挖再噴射混凝土；另一個是采用切槽法施工的豐特內(nèi)—蘇—布瓦地鐵隧道。前者洞跨8.74 m，后者洞跨10.4 m，兩座隧道都埋于相同的阿爾讓伊泥灰?guī)r中?，F(xiàn)場量測結(jié)果表明，新奧法開挖引起的最大地表下沉量約為50 mm，而切槽法引起的最大地表沉降量不到15 mm，僅為前者的30%， 而且洞跨要比前者的洞跨大20% 。

切槽技術(shù)是一種很有發(fā)展前途的施工技術(shù)，要實現(xiàn)推廣應(yīng)用，需要在以下幾方面開展研究：

（1） 研發(fā)切灌一體的切槽技術(shù)，切槽機械的主要部分在于其雙鏈刀具能實現(xiàn)邊切槽、邊出碴、邊灌注混凝土。

（2） 高強度混凝土的配制通常要求灌注的混凝土能在3~4h達到6MPa強度，這對混凝土的要求非常高。

（3） 由于切槽技術(shù)是在地層中預(yù)先形成一個預(yù)筑拱，在開挖過程中預(yù)筑拱逐環(huán)搭接，一般在開挖面后25 m 才施做二次襯砌。作為一種獨特的預(yù)支護， 預(yù)筑拱的設(shè)計荷載及設(shè)計理論不能采用通常的方法，另外其二次襯砌的荷載如何確定，也都需要開展專門研究。

（4） 切槽施工是在預(yù)筑拱保護下進行大斷面開挖， 需要研究其開挖面的穩(wěn)定性及保證開挖面穩(wěn)定性的對策。

（5） 盡管日本在含有碎石、礫石的地層以及有地下涌水（100 L/min）的地層中都成功地應(yīng)用了預(yù)切槽技術(shù)，但仍需要研究這種工法的地層適應(yīng)性，以及遇到特殊地層的解決措施。

在我國，對于切槽工法的研究處于停滯狀態(tài)，隨著我國復(fù)雜地質(zhì)和地面環(huán)境下隧道建設(shè)的大發(fā)展， 切槽技術(shù)必將以其良好的控制地層變形能力和靈活性重新得到重視。當前應(yīng)著力進行切槽機械的研發(fā)，同時對預(yù)筑拱的設(shè)計理論、切槽法的具體施工工藝、施工組織管理進行研究，以使得這種方法的適用范圍進一步擴大，而且能更好地適應(yīng)城市地區(qū)修建隧道的環(huán)境要求 。2100433B

徑向進給切槽是使刀具徑向進給，在孔內(nèi)切出溝槽的方法。

中文名稱

徑向進給切槽

英文名稱

recessing with radial feed

定　　義

使刀具徑向進給，在孔內(nèi)切出溝槽的方法。

應(yīng)用學科

機械工程（一級學科），切削加工工藝與設(shè)備（二級學科），切削加工工藝-典型表面加工-槽加工（三級學科）

2021年3月9日，《隧道預(yù)切槽設(shè)備》發(fā)布。

2021年10月1日，《隧道預(yù)切槽設(shè)備》實施。