軟弱圍巖公路隧道機械化鉆爆施工技術

王 鑫

（中國建筑土木建設有限公司，北京 100071）

某軟弱圍巖隧道工程，全線圍巖等級為Ⅳ、Ⅴ級。鑒于現階段鉆爆法在軟弱圍巖隧道工程中應用較為廣泛的特點，提出兩項機械化鉆爆方案，并展開對比分析。方案一以單臺鑿巖臺車為主體施工設備，適配立拱臺車，開展聯合作業；方案二以雙臺鑿巖臺車為主體施工設備，輔以立拱臺車，開展聯合作業。

1 兩種機械化鉆爆法的施工工藝流程

1.1 方案一

方案一的流程具體如圖1所示。

圖1 方案一施工施工流程

1.2 方案二

方案二的流程具體如圖2所示。

圖2 方案二施工工藝流程

2 機械化鉆爆法（兩種方案）的關鍵施工內容

2.1 機械鉆孔

鉆孔利用液壓鑿巖臺車完成，由具有資質的工作人員操控，確保鉆臂定位的準確性。踐行信息化施工的現代化工程理念，為雙臂鑿巖臺車適配全電腦系統，以期通過該手段改善設備的運行狀態，提高運行水平，但從實際施工情況來看，并未取得良好的效果。

現場圍巖地質條件欠佳，以Ⅳ、Ⅴ級為主，若啟用全電腦系統，運行期間容易發生空打的情況，拖慢施工進程。對此，在后續的施工中不再采用全電腦系統，采用人工操作的方式代替，有利于提高控制的精細化水平，兼顧鉆孔質量和效率的雙重要求。

上部斷面施工階段，單臂鑿巖臺車采取“先左后右、先上后下”的順序。相比于開挖斷面的尺寸（偏大）而言，單臂鑿巖臺車提供的作業寬度有限，為滿足全斷面施工要求，需要完成一次橫向移動操作。

一臺單臂鑿巖臺車作業區間如圖3所示。

圖3 一臺單臂鑿巖臺車作業區間

單臂鑿巖臺車位于A處時，可覆蓋的區域為1和2；待該設備轉移至B處時，可覆蓋的范圍則轉移至2和3。經過一次橫向移動后，可以完成全斷面炮眼的鑿巖作業。上部鉆孔工作落實到位后，調整單臂鑿巖臺車的位置，使其退至下部掌子面，以便在該范圍內鉆孔，此時鉆孔的空間跨度較小，無須移動。

在鑿巖臺車運行全過程中，定位是基礎工作，精準的定位有利于提高后續作業的精度。在該隧道工程中，斷面的最小施工尺寸為10.25 m×6 m，兩臺鑿巖臺車運行時，彼此間需要保持1 m的間距，有序施工。

上部斷面鉆孔完成后，轉至下部斷面，但該區域空間有限，難以滿足兩臺鑿巖臺車同步運行的要求，轉為單臂鑿巖臺車作業的方式，雙臂鑿巖臺車無須參與作業。鉆眼時按照“掏槽眼→周邊眼→輔助眼”的順序依次鉆孔。

鑿巖臺車應由具有豐富經驗的員工操作，以提高設備運行精度。

（1）正式運行前進行全面檢查，例如操作桿、停車制動系統、擋位轉換開關等，各裝置均要維持穩定運行的狀態，否則需要查明成因，采取維護措施。

（2）施工期間密切關注現場的情況，判斷是否存在障礙物，若有則及時清理，以免影響鑿巖臺車的正常運行；對于上坡或下坡路段，不宜采用空擋滑行的駕駛模式；隨鑿巖臺車施工進程的推進，待其接近掌子面時，以緩慢的速度伸出前支撐腿并進行調整，目的在于確保鑿巖臺車可始終維持水平狀態且具有足夠的穩定性[1-3]。

（3）雙臺車協同運行時，加強對各作業臂工作姿態的控制，避免交叉干擾的情況。

（4）鉆孔完成后，退回推進梁，根據大臂的實際位置進行調整，直至其到達行走位置，推進梁應當與車身保持水平的位置關系。

（5）完成對推進梁的調整后，若無誤則關閉液壓泵，斷開電源；開啟水龍頭，使原本匯集鑿巖臺車內的水可以高效排出，以便深度清洗推進梁上附著的各類雜物，使推進梁恢復潔凈的狀態。

（6）清洗作業完成后，收回支撐液壓缸，調整臺車的位置，下放支撐裝置，使輪胎可以在支撐裝置提供的支撐作用下脫離地面。

2.2 機械立鋼拱架

縱觀現階段的公路隧道建設狀況，立鋼拱架安裝普遍以人工作業的方式為主，需要由施工人員完成拱架的搬運、安裝等一系列工作。拱架的自重較大，單個節段的重量普遍達到160 kg甚至更重，若僅采用人工作業的方式，存在費時、費力的情況，且施工安全性難以得到全面保證。經過多方的協同商討后，決定采用優化后的新型立拱臺車，可以改善現場施工條件，確保施工的安全性，且有助于降低員工的工作量，使其能夠以更飽滿的精神面貌和生理狀態參與鋼拱架的安裝工作。

結合圖中內容展開分析，結構組成方面以車架為主要框架，安裝液壓支腿、工作平臺、駕駛棚等裝置，適配操作系統及控制系統等軟件裝置，共同組成立拱臺車。

3 人工鉆爆法與機械化鉆爆法的對比分析

軟弱圍巖公路隧道施工中，鉆爆法的細分形式較多，例如人工鉆爆、機械鉆爆是較為典型的形式。

人工鉆爆法得以有效應用的關鍵前提在于得到大量人力資源的支持，導致現場協調工作難度較大，員工之間易出現溝通不及時、溝通內容不全面等問題。

機械化鉆爆的方法可以精簡人員配置，發揮出機械設備的生產力優勢，達到提質增效的效果，是現代公路隧道鉆爆施工中應用較為廣泛的形式。

兩種方案關鍵工序施工的人員配置情況如表1所示。

表1 不同方案重要工序人數統計 單位：人

（1）鉆孔施工期間若采用人工鉆爆法，可以增強施工的靈活性，工作人員可及時掌握實際情況，以全局化的視野對相關問題進行判斷，采取針對性控制措施。人工鉆爆施工對于人員數量以及人員的“質量（綜合工作水平）”均提出了較高的要求，且現場施工環境復雜，面對突發安全事故時難以有效組織疏散工作。立鋼拱架環節需要由人工將鋼拱架提升至拱頂處，精準就位后再采取固定措施，工作量大、安全隱患多。人工鉆爆法在施工安全和施工效率方面均有較明顯的局限性。

（2）針對人工鉆爆法存在的不足之處，進一步提出機械化鉆爆法，經技術可行性驗證后，將其作為軟弱圍巖公路隧道施工的關鍵方法。在鉆孔施工環節，通過鑿巖頭臺車的應用，可以有效保證施工的安全性，創設良好的施工條件，鉆孔效率得以提高。對于工作人員而言，則遠離掌子面，因此不會受到安全因素的影響，自身的安全得到保證。在立鋼拱架施工環節，配套立拱臺車，機械手可以根據相關要求靈活操作，將鋼拱架穩定轉移至拱頂位置，待前述主體工作落實到位后，由人工采取固定措施即可，全程各項工作緊密銜接。立拱臺車的作業能力較強，在面對較大尺寸、較大重量的鋼拱架時，仍能夠將鋼拱架抬立至指定位置[4-5]。

因此，鉆工鉆爆法可以取得較好的施工效果，實際結果也予以了充分的論證，施工全程安全狀況良好，能夠高效完成各項工作。

4 結語

綜上所述，機械化鉆爆法在軟弱圍巖公路隧道工程中具有良好的應用效果，可切實解決人工鉆爆等傳統方法存在的安全隱患多、效率低、質量可控性差等問題。通過對軟弱圍巖公路隧道工程的分析得知，利用鑿巖臺車和立拱臺車能夠形成工作合力，將鉆爆循環周期有效縮短，提升施工質量。機械化鉆爆法的可行性較高，在后續類似的軟弱圍巖公路隧道工程中，有關工作人員可以從中借鑒，靈活應用該方法。