水利隧洞摇臂掘进施工轴线偏差控制技术

引言

水利隧洞摇臂掘进施工现场环境复杂，施工精度控制难度大，现场存在诸多风险因素会导致施工轴线偏差。为此，应结合水利隧洞摇臂掘进施工环节特征，加强偏差控制技术应用研究，采取切实可行的控制措施，提高施工质量，从而为水利隧洞摇臂掘进施工打下坚实基础。

1 工程概述

会理县横山水库何家湾隧洞工程全长 2840.28m ，何家湾隧洞进口底板高程为 1938.27m ，出口底板高程为 1932.59m ，隧洞长为 2840.28m ，为城门洞型。洞段围岩为Ⅳ类、Ⅴ类，Ⅳ类围岩洞段长 2626.03m ，占隧洞(总长2840.28m) 为 92.4% 、Ⅴ类围岩洞段长 214.25m 占隧洞(总长 2840.28m) 为 7.6% ，成洞条件较差，围岩不稳定局部稳定性差。

2 水利隧洞摇臂掘进施工轴线偏差控制技术要点

2.1 测量控制体系的构建

2.1.1 加强基准网布设

在本项目中，施工人员应在隧洞进出口部位设置首级控制网，依托 GPS 静态测量技术获取控制点三维坐标，将平面位置误差保持在 5mm 之内，高程偏差控制在 2mm 之内。随后在隧道内间隔 50m 设置加密控制点，依托全站仪边角测量法展开联测，从而构成闭合导线网，保障相邻控制点相对精度达到 1/5000 。由于该项目长度已超过 1km ，因此还应在中部设置强制对中观测墩，从而减轻仪器对中误差对测量结果所产生的影响。

2.1.2 加强实时监测

在本项目中，施工人员应将姿态传感器及激光导向装置安装在摇臂掘进机上。传感器采样频率应控制在 10Hz 以上，从而实时监测摇臂掘进机俯仰角、滚动角及方位角；激光接收器应安装在摇臂掘进机前身，与洞壁所安装的激光靶相配合，即可实时显示轴线偏差数值，当偏差数值超过一定范围时，可自动发出预警信号[1]。

2.1.3 加强数据处理

在本项目中，施工人员可依托 BIM 技术构建隧洞三维模型，将监测数据与设计轴线相比较，即可生成偏差趋势曲线图。再借助 PID 控制算法计算所需调整量，掘进机控制系统即可自动修正摇臂角度。还应构建数据共享平台，使测量人员、摇臂掘进机操作人员及监理人员实时获取偏差信息，从而进一步提升施工精度。在当天施工任务完成后，还应加强当日轴线偏差数据统计及分析，当累计偏差超过 5mm 时，需制定针对性的纠偏方案。

2.2 掘进参数的优化与控制

2.2.1 科学配置刀具

在本项目中，针对硬岩段，应选择锥形合金刀具，刀间距应维持在 8cm 至 10cm 间，从而提升岩石破坏能力；针对软岩段，应选择宽刃铲形刀具，刀间距应维持在 15cm 至 20cm 间，从而减轻刀具所受到的磨损；针对软硬交互地层，应选择混合刀具，硬岩区域应加密锥形刀具，软岩区域应增加铲形刀具。此外，还应定期展开刀具磨损检查，如刀头磨损超过 1cm，需及时更换，从而避免刀具磨损造成掘进方向偏移。

2.2.2 加强推进速度控制

在本项目中，针对硬岩段，施工人员应将推进速度控制在 30mm/min 至 50mm/min ，旋转扭矩应保持在 150kN⋅m 至 200kN⋅m ，在保障施工效

率的基础上，避免刀具过载；针对破碎带，施工人员应将掘进速度控制在10mm/min 至 20mm/min ，旋转扭矩应保持在 100kN⋅m 至 ，同时辅助超前注浆加固措施，避免掌子面坍塌而造成轴线偏差[2]。

2.2.3 加强扭矩控制

在本项目中，针对转弯半径为 50m 至 100m 的曲线段，施工人员应借助“小角度逐步转向”的形式展开作业，每环掘进时，摇臂旋转角度控制在 1°以内。同时将推进速度控制在正常速度的 70% ，以保障转向过程平稳。针对曲线起始点及终点，应提前 5m 调整施工参数，并利用渐变的形式完成轴线过渡。并借助曲线段专用导向装置实时计算切线方向与设计轴线之间的夹角，如夹角超过 0.5^∘ ，则自动调整摇臂旋转角度，以此避免出现急弯现象。

2.3 质量检测与验收标准

2.3.1 加强过程检测

在本项目中，应每掘进 5m 即结合二级导线精度，依托全站仪展开一次轴线偏差测量，将平面位置偏差控制在 5cm 之内，高程偏差控制在 3cm之内。每循环作业完成后，检查一次初期支护轴线偏差，将支护结构与设计轴线之间的偏差控制在 10cm 以下。每天展开一次摇臂掘进机导向系统校准，借助标准基线法检验激光导向装置精确程度。当误差超过 0.5cm 时，需重新标定。

2.3.2 加强最终验收

在本项目中，当隧洞贯通后，需借助全站仪展开贯通测量。横向贯通误差应控制在 10cm 以下，纵向贯通误差应控制在 5cm 以下。加强全隧轴线连续测量，绘制实际轴线与设计轴线对比图，并计算各段偏差。直线段偏差不可超过 5cm，曲线段偏差不可超过 8cm_⨀ 。

2.3.3 加强偏差处理

如检测阶段发现轴线偏差超过允许值，则应结合偏差大小制定逐步纠偏方案，每米调整量应控制在 0.5cm 至 1cm 之间，从而避免调整幅度过大引起围岩失稳。针对局部偏差较大的部位，可借助喷射混凝土的方式加以处理，以保障隧洞断面尺寸满足设计标准[3]。同时建立偏差处理的台账，准确记录偏差位置信息、偏差数值、偏差处理方法及偏差处理成效，为后续工程建设提供参考依据。

结语

综上所述，在水利隧洞摇臂掘进施工中，施工人员应从测量控制体系的构建、掘进参数的优化与控制、质量检测与验收标准层面入手，掌握轴线偏差控制技术要点，提高水利隧洞摇臂掘进施工精度。未来，需加强水利隧洞摇臂掘进施工轴线偏差控制技术创新，保障水利隧洞摇臂掘进施工环节有序展开。

参考文献：

[1]张国军.悬臂掘进机在小断面泥岩隧道中的应用[J].凿岩机械气动工具,2025,51(03):135-137.

[2]蒋超.悬臂式掘进机在中、软弱围岩隧道中的应用[J].交通科技与管理,2024,5(22):150-152.

[3]罗小生.悬臂式掘进机在小断面水工隧洞施工中的应用[J].红水河,2024,43(04):128-131.