全電腦多臂鑿巖臺車在山嶺公路隧道中的應用

楊 健 民

(山西省交通科學研究院，山西 太原 030006)

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全電腦多臂鑿巖臺車在山嶺公路隧道中的應用

楊 健 民

(山西省交通科學研究院，山西 太原 030006)

介紹了全電腦多臂鑿巖臺車在隧道鉆爆施工中的原理與工藝流程，提出了提高全電腦多臂鑿巖臺車施工效率的具體措施，并從施工精度、進度、成本三個方面，將其與人工手持風鎬式傳統鉆爆方式進行了對比，體現出臺車在施工進度、超欠挖控制方面的先進性。

公路隧道，鑿巖臺車，鉆爆施工，圍巖

1 項目鉆爆設計概況

某高速公路隧道施工圍巖等級為Ⅱ級～Ⅴ級，Ⅲ級圍巖居多，占左線比例為56.6%，右線為58.6%。左線進口端施工方式采用先進的全電腦多臂鑿巖臺車鉆爆施工。

隧道Ⅱ級～Ⅳ級圍巖深埋段施工采用全斷面鉆爆法進行，洞身開挖采用楔形掏槽方式。每循環進尺標準為4 m進行鉆孔，掏槽眼角度53°，間距6.4 m，周邊孔按設計輪廓線縮小5 cm，外插15 cm鉆孔，理論超挖量控制在15 cm以內。Ⅳ級軟弱圍巖以及Ⅴ級圍巖縮短爆破進尺，減少每循環炸藥使用量[1]。

2 基于全電腦鑿巖臺車的隧道施工工藝

2.1 全電腦鑿巖臺車作業原理

鑿巖臺車采用全電腦設計、施工的工作原理，將圍巖等級及鉆爆設計相關參數輸入臺車，即可自動進行鉆孔設計[2]，三個鉆臂的工作可由電腦自動規劃路徑，同時可配合人工操控。Sandivik iSure是DTi系列鑿巖機專門的鉆爆設計軟件，臺車定位后將車身定位參數輸入，結合鉆爆設計圖即可自動確定鉆孔角度進行作業。

多臂電腦鑿巖臺車如圖1所示，圖2為鉆爆設計3維視圖。

2.2 臺車鉆爆施工工藝

將鉆爆施工工藝環節分為單孔鉆孔工藝、洞身臺車作業施工工藝和全電腦多臂鑿巖臺車每循環施工工藝。

1)單循環鉆孔工藝：定孔位→推進梁向前→開孔→按斜率提高鉆孔功率→全功率鉆孔→鉆孔結束→清孔→推進梁返回→下一孔位鉆孔。

2)臺車洞身施工作業工藝流程如圖3所示。

3)全斷面一循環整體施工工序：施工準備→臺車定位→鉆孔→裝藥→爆破→通風降塵→排危找頂→出渣→鉆爆質量檢測→下一循環。

全斷面整體施工工藝流程圖如圖4所示。

3 隧道洞身開挖支護施工現場組織管理

全斷面鉆爆施工流程圖如圖5所示。

施工組織優化措施：

1)臺車進洞與水、電、人員進洞同時進行，盡快完成臺車測量定位工作，減少臺車鉆孔前的準備工作；

2)裝藥工作與鉆孔末期時間有效搭接，鉆孔結束立刻借助臺車鉆臂吊籃裝藥；

3)初期支護準備工作與臺車出洞時間有效銜接，為保證初期支護材料性能，材料不宜過早準備；

4)超前地質預報結果應與鉆爆作業有效配合，有效提高裝藥精度、爆破精度，進而減少超欠挖量；

5)爆破精度測量、初期支護質量檢測應有效、及時的反饋給現場工人，及時進行修復；

6)及時將掌子面圍巖情況與超前地質預報、地勘信息進行對比，及時根據現場實際圍巖進行鉆爆參數調整，以提高鉆爆精度。

4 隧道智能機械化開挖支護綜合評價

4.1 施工精度控制

施工超欠挖測量采用天寶S6全站儀斷面掃描結果，方便快捷。本次追蹤了隧道左線掌子面鉆爆超欠挖結果，其中Ⅴ級圍巖8個斷面、Ⅳ級圍巖 16個斷面、Ⅲ級圍巖13個斷面。對全電腦多臂鑿巖臺車在不同等級圍巖情況下的鉆爆精度進行了對比。測量結果如圖6所示。

結果表明：圍巖等級越高，爆破精度越高。這也與鉆爆參數的設定有關，鉆爆進尺越小，爆破點數增多，裝藥量越少，鉆爆的精度越高。但實際中，根據不同圍巖等級，在保證施工質量的情況下，為了加快每循環爆破進尺，需對不同等級圍巖情況進行爆破參數調整，以提高整體施工速度。

同時，左線進口端采用全電腦鑿巖臺車鉆爆與右洞進口端傳統手持式風鎬鉆爆兩種鉆爆方式進行了對比，數據見表1。

表1 兩種鉆孔方式下超欠挖數據對比 cm

通過平均超欠挖數值對比，全電腦鑿巖臺車鉆爆精度控制更好，可能與臺車鉆孔的穩定性有關。手持風鎬鉆爆施工過程與施工人員素質、施工環境有關，其作業方式本身的局限導致其鉆孔精度無法與臺車比擬。

4.2 施工進度控制

鉆爆作業時間主要包括臺車進洞和定位、鉆孔、裝藥、爆破、通風、出渣等。在追蹤了現場20次施工現場作業時間后，得出平均作業時間如表2所示。

表2 全電腦多臂鑿巖臺車循環作業時間

同時采集了現場人工鉆爆循環作業時間，實際每循環所用時間差距小，但人工爆破每循環平均進尺為2.7 m，相比較全電腦臺車平均進尺3.74 m，作業效率低下。

4.3 施工成本控制

通過對開挖的人工、材料、機械費用按照實際進行計算，在考慮管理費用的情況下，得出全電腦鑿巖臺車作業與傳統作業成本對比，如表3所示。

表3 兩種鉆爆作業成本對比 元/m3

從成本數據來看，采用全電腦鑿巖臺車的方式成本較高，且臺車作業機械費用占很大一部分比例。

5 結語

采用全電腦鑿巖臺車鉆爆施工，比傳統風鎬鉆爆法施工每循環爆破作業進尺大，同時提高了爆破精度，減少了超欠挖工程量，雖然施工成本增加了，但整體上提高了施工效率。

近年來，國內公路隧道建設中出現的各項技術新趨勢隨著科技的進步[3]，施工機械化、智能化不斷發展，新奧法的施工是可以反饋設計的一種施工方法，越來越得到推廣[4]，相信更高精度控制的電腦鑿巖臺車將會不斷應用到隧道施工中來。

[1] 楊健民.基于全電腦多臂鑿巖臺車和濕噴機組的公路隧道施工工藝研究[D].重慶:重慶交通大學，2014.

[2] 蔚燕慶.電腦鑿巖臺車快速施工技術研究[D].成都:西南交通大學，2007.

[3] 韓大千.公路隧道建設的技術新趨勢[J].山西交通科技，2015(6)：64-68.

[4] 李志斌.三車道隧道施工中圍巖級別判定[J].山西交通科技，2012(6)：61-63.

The application of full computer multi arm jumbo in mountain highway tunnel

Yang Jianmin

(ShanxiTrafficScienceInstitute,Taiyuan030006,China)

This paper introduced the principle and process flow of full computer multi arm jumbo in tunnel drilling blasting construction, put forward the specific measures to improve the full computer multi arm jumbo construction efficiency, and from the construction precision, schedule, cost three aspects, compared with the artificial hand picks traditional drilling blasting methods, reflected the advancement of jumbo in construction schedule, over and under excavation control.

highway tunnel, jumbo, drilling blasting construction, surrounding rock

1009-6825(2016)22-0172-03

2016-05-20

楊健民(1988- )，男，碩士，助理工程師

U455.1

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