三臂鑿巖臺車在隧道中心深埋水溝開挖施工中的應用

王 康

（中鐵七局集團有限公司，河南 鄭州 450000）

1 工程概況

1.1 阿拉套山隧道概況

阿拉套山隧道為新建博州支線鐵路控制性工程，為單線隧道，起訖里程為D1K1+815～D1K4+400，全長2585m。隧區(qū)位于阿拉套山南麓丘陵區(qū)，地形起伏，隧道通過區(qū)地勢呈中間高，兩邊低，海拔高程220～310m，最大埋深83.1m。沿隧道分布地層主要為第四系全新統(tǒng)洪積細角礫土及泥盆系上統(tǒng)砂巖，其中洞口部分為Ⅳ、Ⅴ圍巖，洞身部分為Ⅲ級圍巖。

1.2 隧道中心深埋水溝設計概況

阿拉套山隧道通長設置中心深埋水溝，水溝采用預制直徑φ800mm、壁厚80mm的鋼筋混凝土管,管頂面距內(nèi)軌頂2.87m，大于當?shù)刈畲髢鼋Y深度1.1m。鋼筋混凝土管采用承插式口管，管接口采用滑動就位橡膠圈密封，施工碎石反濾層前將環(huán)向盲管插入水管不小于3cm。管底鋪設10～20cm碎石墊層，設置C20混凝土基座，管頂30cm以內(nèi)采用C20混凝土回填固定管身。中心深埋水溝具體結構設計如圖1所示。

圖1 阿拉套山隧道中心深埋水溝橫斷面圖

1.3 三臂鑿巖臺車主要概況

阿拉套山隧道采用阿特拉斯·科普柯Boomer XL3D三臂掘進鑿巖臺車，采用先導液壓控制方式，配有三條BUT35型鉆臂，同時還配有鷹式高臂座，大大增加了斷面作業(yè)面積，適用于隧道掘進、洞室開挖及地下廠房開挖等各項地下鑿巖工作，可進行鉆爆孔、錨桿孔、掏槽孔、超前灌漿孔、管棚施工、裝藥、安裝錨桿、灌漿、安裝風管等高空作業(yè)。阿特拉斯·科普柯Boomer XL3D三臂掘進鑿巖臺車如圖2所示。

圖2 阿特拉斯·科普柯Boomer XL3D三臂掘進鑿巖臺車

2 中心深埋水溝開挖工藝

2.1 開挖步驟

文章以阿拉套山隧道Ⅲ級圍巖無仰拱地段為例，具體介紹中心深埋水溝開挖工藝，如圖3所示。第一步：三臂鑿巖臺車完成掌子面鉆眼工序；第二步：三臂鑿巖臺車退出，臺架移動到掌子面開始安裝炸藥；第三步：三臂鑿巖臺車在距掌子面與15～20m處開始倒退式鉆中心深埋水溝炮眼，每循環(huán)開挖長度為3.5m，掌子面裝完藥后，繼續(xù)安裝中心水溝處炸藥；第四步：中心水溝和掌子面先后間隔起爆，中心水溝暫時不出渣，待施工到一定長度后集中出渣，安裝預制管片。

2.2 爆破設計

Ⅲ級圍巖無仰拱地段中心深埋水溝采用全斷面深孔預裂爆破，中心水溝頂寬2.27m，底寬1.1m，深度3.3m，斷面面積為4.9m2。掏槽眼采用正向連續(xù)裝藥起擴孔和產(chǎn)生臨空面的作用；輔助眼采用反向間隔裝藥起破碎巖體擴槽作用；周邊眼采用小藥卷反向間隔裝藥起到控制開挖輪廓的作用，并加深10cm確保水溝爆破深度。炮眼裝藥量宜根據(jù)圍巖具體情況確定，施工過程中進行動態(tài)調(diào)整。中心深埋水溝炮眼設計圖如圖4所示，裝藥結構圖如圖5所示。

2.3 開挖控制要點

（1）合理組織工序，水溝開挖作業(yè)應在掌子面裝藥的時候進行，不影響掌子面循環(huán)時間，水溝應在掌子面前面起爆，防止掌子面洞渣覆蓋水溝影響水溝爆破效果。

（2）嚴格進行測量復核交底，每循環(huán)開挖前要進行施工測量，對中心水溝深度及寬度進行有效控制，在隧底用油漆標出水溝開挖開口線及炮眼的準確位置。

圖3 Ⅲ級圍巖無仰拱地段掌子面與中心深埋水溝開挖示意圖

圖4 Ⅲ級圍巖無仰拱地段中心深埋水溝炮眼設計圖

圖5 裝藥結構圖

（3）現(xiàn)場施工應配備滿足三臂鑿巖臺車作業(yè)的電壓及水壓，操作手能夠熟練控制臺車，確保鉆眼的精度，角度偏差不大于2°，位置偏差不大于1cm。

（4）中心水溝鉆孔前應對隧底作業(yè)面的虛渣進行清理，防止虛渣堵塞炮孔。

（5）三臂鑿巖臺車鉆孔過程中要及時清理孔內(nèi)排出的粉渣，每鉆完1個孔鉆桿退出后立即采用同直徑的PVC管插入炮孔，防止塌孔。

（6）嚴格按照爆破設計進行鉆眼、裝藥、連線，裝藥連線應固定專人進行，炮泥堵塞不小于10cm，起爆網(wǎng)絡連接完畢后爆破員應仔細檢查，確保無誤后方可起爆。

（7）起爆完，通風15min之后爆破員才能進入現(xiàn)場檢查爆破情況，有無盲炮。處理盲炮應嚴格按《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-2014）執(zhí)行。

（8）無仰拱地段水溝深度達3.27m，受深度及臨空面影響，部分圍巖較完整，石質(zhì)較硬地段，水溝底部約1m范圍內(nèi)圍巖外拋效果較差，現(xiàn)場應配備機械開挖設備，鑿除水溝底部已爆破的松散圍巖。

3 三臂鑿巖臺車開挖中心水溝的優(yōu)缺點

3.1 優(yōu)點

（1）與手持風動鑿巖機對比。①風動鑿巖機無法鉆豎向孔，三臂鑿巖機可以自由控制角度。②風動鑿巖機采用分臺階水平抬炮，工序復雜，耗時長，三臂鑿巖臺車采用深孔預裂爆破，中心水溝一次成型。③風動鑿巖機開挖超欠挖難以控制，若超挖過大會嚴重影響隧道施工安全質(zhì)量和施工成本，如圖6所示。三臂鑿巖臺車鉆眼角度精確，通過預裂爆破可以有效控制超欠挖。④三臂鑿巖臺車可以減少鉆眼作業(yè)人員，極大提高作業(yè)安全，是未來隧道機械化施工的趨勢。

（2）與潛孔鉆對比。①三臂鑿巖臺車可以三臂同時鉆孔，如圖7所示，且鉆孔速度是潛孔鉆的2倍以上，總體工效達5倍以上。②潛孔鉆一般是干鉆，鉆孔過程中粉塵過大，導致其他工序無法進行，而三臂鑿巖臺車采用濕鉆，鉆孔過程中無粉塵。③三臂鑿巖臺車鉆完孔后，孔內(nèi)基本滿水符合水壓爆破的原理，爆破能量通過介質(zhì)水傳播并撕裂圍巖，爆破效果較好，可以減少炸藥用量，降低爆破煙塵。

3.2 缺點

（1）三臂鑿巖臺車前期一次性投入較大，需要配套一定外接電壓和水壓。

圖6 風動鑿巖機爆破超挖圖

圖7 三臂鑿巖臺車鉆孔圖

（2）三臂鑿巖臺車需要熟練的操作手和相關維護保養(yǎng)人員，對作業(yè)維護及管理人員的素質(zhì)要求較高。

4 結束語

文章以新疆博州支線阿拉套山隧道為例，詳細、系統(tǒng)介紹了三臂鑿巖臺車在隧道中心深埋水溝開挖施工中的應用，包括總體開挖步驟、爆破設計、開挖控制要點，并和傳統(tǒng)的風動鑿巖機、潛孔鉆進行對比，分析其優(yōu)缺點，得出結論：采用三臂鑿巖臺車可以有效提高工效，加快進度，降低成本，確保安全質(zhì)量，可以為后續(xù)類似工程施工提供一定借鑒。