鑿巖臺車在高鐵軟圍巖隧道工程施工中的應用技術

摘要：介紹某單洞雙線式高鐵隧道工程概況，結合其大斷面軟圍巖隧道工程施工的實際情況，闡述了三臂鑿巖臺車在作業前的準備工作、鉆爆施工、斷面掃描、錨桿施工、優化施工作業方案等方面的應用技術，以及取得的加快施工進度、提高經濟效益的應用效果，可供地鐵隧道工程施工技術人員參考。

關鍵詞：高鐵隧道;大斷面軟圍巖;鑿巖臺車

1" "工程概況

某單洞雙線式高鐵隧道工程位于湖北省襄陽市，屬于大斷面軟圍巖隧道工程。該隧道工程的設計時速為350km/h，

隧道起訖里程為D1K468+230～D1K476+237，全長7827.279m，

隧道最大埋深209.4m，全程隧道內可能出現有害氣體，需加強隧道內通風及監測。D1K471+670及D1K475+033兩處為淺埋，開挖時要嚴格按照監測措施控制，勤測量、早預報、強支護、早封閉。該隧道施工難度較大、工期緊張。

2" "三臂鑿巖臺車應用技術

在高鐵大斷面軟圍巖隧道工程施工中，三臂鑿巖臺車的主要功用就是鉆爆破孔，其鉆孔深度為4～5m。該鑿巖臺車在施工中所鉆爆破孔的種類有周邊孔、底板孔、掏槽孔和輔助孔，其鉆孔質量直接影響隧道爆破施工效果。

2.1" "作業前準備工作

在該鑿巖臺車作業之前，要檢查其臂架的收回和居中情況。在鑿巖臺車移動之前，須將其支腿、電纜和水管等完全回收，并確認臺車能夠通過施工區域所有狹窄、低矮的地段。

為了提高鑿巖臺車的作業效率，在安裝電纜和水管的同時可安裝定位板，用于鑿巖臺車定位。定位時，鑿巖臺車鉆臂最前端距離掌子面約0.8～1.0m。施工人員應在停好鑿巖臺車后，做好電纜連接電源、水管連接水源以及定位工作。

隧道在D1K472+150～D1K474+600（2450m）段的圍巖施工中，配置了ZYS-113型全電腦三臂鑿巖臺車進行開挖作業，擬采用“全斷面+微臺階法”的開挖支護方式進行開挖。鑿巖臺車定位時，必須保證其就位區域地面平坦、堅硬。

2.2" "鉆爆施工

2.2.1" "鉆爆參數

三臂鑿巖臺車在全斷面法、微臺階法施工時工效最高。下面以全斷面法、微臺階法為例進行簡要說明。全斷面法鉆爆炮眼參數如1表所示，微臺階法鉆爆炮眼參數如表2所示。

2.2.2" "鉆孔作業

鉆孔深度根據圍巖軟硬程度、節理發育、掌子面的平整度進行適當調整，盡量使孔眼底部在同一個斷面上。以全斷面法為例，單循環進尺4m時，單個鉆孔所用時間約為1min30s，全斷面每循環鉆孔時間約為2h;以IV級圍巖微臺階法為例，單循環進尺3.5m時，單個鉆孔所用時間約為1min30s，上臺階每循環鉆孔時間約為1h20min。底板眼成孔后，為防止炮孔堵塞，要采用PE管等材料封堵孔口。

2.2.3" "安裝炸藥

掏槽眼、輔助眼采用連續裝藥，周邊眼、底板眼采用間隔裝藥，其間距為50cm。用透明膠帶將藥卷固定在竹片上，間隔藥卷之間通過導爆管串連。使用三臂鑿巖臺車作業平臺裝藥，作業時工人均穿上專用防墜物背心保護脊椎。

2.2.4" "爆破

爆破聯線采用復式網路連接，以保證起爆的可靠性和準確性。孔內非電雷管采用段發為1～13段，以改善爆破效果和防止地震波疊加而產生較大的地震波。裝好雷管后將各段非電毫秒雷管導爆管集束于掌子面中央，用電雷管起爆。為了確保周邊眼同時起爆，保證光面爆破效果，將各孔內的導爆索延長至孔外。用1根長主干導爆索順拱部周邊眼進行串聯，使每個周邊眼孔內有兩套獨立的起爆系統，確保同時起爆，從而取得理想爆破效果。

2.2.5" "檢查爆破效果

為了控制好超欠挖現象，現場成立光面爆破技術小組，每排炮爆破后安排技術員記錄炮眼間距，并按照管理制度對施鉆操作手進行考核，同時根據爆破效果對鉆爆參數進行微調。

2.3" "斷面掃描

使用全電腦三臂鑿巖臺車3D激光掃描儀對大斷面軟圍巖隧道工程進行掃描，采集實施爆破后的隧道輪廓數據，轉換生成結構模型，計算出開挖數據，檢查是否出現超挖、欠挖情況，實時掌握開挖動態和鉆孔質量，優化鉆爆方案，為技術人員優化隧道開挖設計提供數據參考。

2.4" "錨桿施工

搭建移動作業平臺，便于三臂鑿巖臺車全方位開展隧道錨桿作業，節約更換施工設備的時間，高效率、高質量完成隧道掌子面、拱部等區域的錨桿鉆孔、安裝和注漿作業。

2.5" "優化施工作業方案

為了使三臂鑿巖臺車更好地適應高鐵在IV、V級大斷面軟圍巖隧道工程施工的實際情況，保證掌子面的穩定性，避免對軟圍巖造成巨大干擾，要優化施工組織，編制科學合理的施工方案，現從5個方面優化三臂鑿巖臺車在軟圍巖中的施工作業方案，如下所述。

2.5.1" "辨識圍巖穩定性和等級

做好前期地質勘察工作，如實記錄地層巖性、地下水及掌子面的變形特征，并根據掌子面的穩定情況對其進行等級劃分，并根據軟圍巖的不同等級調整施工技術參數。

2.5.2" "優化初期支護措施

以新奧法原理為指導，從多個方面優化初期支護措施，具體可從以下3個方面進行優化：

一是結合軟圍巖穩定性和等級等實際情況，提高噴射混凝土的等級，噴射纖維混凝土;二是采用超前大管棚等支護技術，加固掌子面;三是加強對初期支護參數的設計，根據實際情況優化初期支護施工，采用預應力錨桿配合加長鎖腳錨桿，調整鋼架型號，改善連接方式，使得初期支護與襯砌施工符合設計要求[1]。

2.5.3" "優化施工工藝

綜合比較傳統三臺階、CRD等多種傳統施工工藝，最終確定在本高鐵軟圍巖隧道工程中應用全斷面或微臺階工藝，配合三臂鑿巖臺車開展鉆爆開挖作業，提高施工效率和施工質量。

2.5.4" "動態調整施工作業方案

統籌各項資源，完善自行式仰拱棧橋、錨桿鉆機等配套施工設備，全過程動態跟蹤爆破開挖施工，做好施工階段性總結，并根據施工實際動態調整施工作業方案。

2.5.5" "增加應力變化測試

設計單位應在隧道施工前期，即在開展初期支護和二次襯砌施工期間，在隧道內部設置監控點，測試和分析初期支護、二次襯砌、圍巖的受力及其變化情況，為后續施工提供指導。

3" "應用效果分析

3.1" "加快施工進度

在同樣開展超前支護作業，支護效果基本一致的前提下，全電腦三臂鑿巖臺車的施工工序更加簡單，施工效率明顯優于傳統鉆爆法。該鑿巖臺車在IV級和V級圍巖施工過程中的具體表現為：全電腦式三臂鑿巖臺車每循環進尺深度為3m的工況下，在IV級圍巖施工中鉆爆施工時間約為4～5h，在IV級相對應的工序時間約為17～21h，折合月進尺約為103m;在V級圍巖施工中鉆爆施工時間約為3.8h，在IV級相對應的工序時間約為18h，折合月進尺約為65m。以上2種工況的月進尺均明顯高于相關規范中的月進尺要求。

3.2" "提高經濟效益

與傳統的人工鉆爆施工相比，在高鐵大斷面軟圍巖隧道工程中使用三臂鑿巖臺車進行鉆爆施工的工程的成本多出了10%。但是綜合考慮施工進度、鉆孔精度以及施工安全性等方面因素，使用三臂鑿巖臺車進行鉆爆施工比人工鉆爆施工的作業效率提高了30%。按此作業效率計算，使用三臂鑿巖臺車進行鉆爆施工，比人工鉆爆施工的經濟效益提高了15%左右。

4" "結語

綜上所述，在高鐵大斷面軟圍巖隧道工程施工中應用全電腦三臂鑿巖臺車，優化施工設計，編制科學合理的施工方案，增加應力變化測試，完善初期支護和優化二次襯砌施工，全過程動態跟蹤鉆爆開挖作業，能夠保證高效率、高質量完成隧道掘進作業。其彌補了傳統鉆爆開挖施工技術的不足，性能穩定性突出，優勢明顯，應用效果良好，代表了隧道工程今后的發展方向，值得在大斷面軟圍巖隧道工程中推廣應用。

參考文獻

[1] 王增帥.三臂鑿巖臺車在鐵路隧道施工中的應用管理[J].中國設備工程，2020（7）：180-181.