三臂鑿巖臺車在隧道施工中的應用

劉立

（中鐵十八局集團第五工程有限公司 天津 300459）

1 工程概況

大尖山隧道位于寧洱～普洱站區，里程范圍DK246+026～DK260+223，全長14 197 m，本隧為雙線隧道，左右線線間距為4.2～4.313 m。隧道洞身最大埋深約600 m，最小埋深約30 m。為滿足工期進度，及后期維護運營等要求，全隧道共設3座斜井，1號、2號、3號斜井全長分別為1 189 m、1 592 m、676 m。于DK257+000線路左側設置3#斜井，斜井中線與線路大里程方向平面夾角為46°，其凈空尺寸為7.5 m(寬)×6.2 m(高)，3號斜井工區起始里程：DK254+060，終止里程：DK258+601，工區長度4 541 m。3#斜井工區主要穿越思茅幅白堊系下統曼崗組砂巖、泥巖、礫巖；位于青藏滇緬印尼“歹”字型構造中段的東支哀牢山西側及永平-思茅槽地的東南部，構造行跡屬于經向構造體系，地質構造復雜。隧道洞身DK257+680～DK257+850淺埋段，圍巖風化強烈。該段隧道通過的構造有箐山河逆沖斷層、大團山斷層；地下水主要為基巖裂隙水及構造裂隙水。

2 三臂鑿巖臺車的施工優勢

2.1 技術對比

手持式風鉆打眼，靠人工控制鉆桿方向，鉆桿穩定性差，眼位不夠精準,特別是開挖臺架二架、三架平臺部位，無法保證炮眼方向、間距，超挖控制平均達到20 cm,光爆效果不理想。三臂鑿巖臺車施工，則無障礙物影響，可以通過自動分析系統定位炮眼位置，超欠挖可以控制在10 cm以內，光爆效果明顯比人工開挖效果好，能有效的控制開挖質量，減少噴射混凝土用量，降低施工成本[1]。

2.2 安全對比

傳統鉆爆開挖已不能滿足現在施工要求指標。手持風鉆成孔速度慢，施工工效低，施工人員距離掌子面比較近，上面沒有遮擋物，風鉆鉆孔時對圍巖穩定性有較大擾動，容易造成巖石掉落，威脅人員安全，高壓風、高壓水易產生高分貝的噪音和導致施工人員身上淋濕，對施工人員的身體造成長期傷害[2]。三臂鑿巖臺車操作平臺上設有安全頂棚，且操作平臺離掌子面十多米，在初期支護下方，人身安全有足夠的保障，避免落石傷人，安全風險遠遠小于人工開挖，衣服也不會被淋濕，避免患風濕等疾病。

2.3 成本對比

從手持式風鉆施工成本與三臂鑿巖臺車施工成本對比可以看出，三臂鑿巖臺車施工成本略高。在施工材料使用中，人工開挖比三臂鑿巖臺車開挖每方多使用噴射混凝土量費：3.886×500÷117.96=16.47元/m3。結合人、機、料費用，三臂鑿巖臺車施工成本差不多與人工施工成本一致，但每循環開挖時間要比人工開挖時間短,可提高15%的功效，有效的縮短了施工工期，降低施工成本等。

3 三臂鑿巖臺車施工管理

3.1 工藝流程

根據新奧法施工原理，結合施工地質情況，采用三臂鑿巖臺車開挖[3]，可選用全斷面或兩臺階法施工，不同地質的圍巖分別設計光面爆破方案，保證開挖后隧道的輪廓，以此達到最好的光爆效果，最大的進尺，最小的超欠挖[4],工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3.2 施工方法

3.2.1 臺車就位

每循環開挖前，測量員采用全站儀在掌子面精準的放出控制點，供臺車就位。臺車根據控制點校正在施工坐標系中的初始位置，兩臺車之間的間距控制在2 m左右，相鄰兩臂有效距離控制在2.4 m左右，防止施工時造成機械碰撞。

3.2.3 鉆眼

開挖前需要把開挖斷面錄入臺車，選好炮眼布置方式，臺車可以根據炮眼布置圖自動跟蹤炮眼位置。

（1）周邊眼。操作人員按照臺車自動定位的炮眼位置，操作臺車大臂，將定頂盤頂在要打設的炮眼位置，調整臺車推進梁后開始鉆眼，時刻觀察鉆桿鉆進長度，確保每一個炮眼的底部在同一截面。炮眼鉆進的位置應選擇那片范圍最平整的地方，避免鉆桿角度傾斜，炮孔脫離預設位置。如果掌子面凹凸不平，先緩慢地鉆進，直到形成淺眼時，方可加快速度。開鉆前還需控制好推進梁的方向，當推進梁的方向與線路方向處于平行關系時方可開鉆，杜絕較大超欠挖。每次爆破后通知測量員進行斷面測量，查看爆破效果，并對超欠挖部位進行原因分析，及時調整爆破參數。

（2）掏槽眼。鑿巖臺車開挖掏槽方式采用楔形水平斜眼掏槽，鉆眼前根據臺車推進梁尾部與隧道邊墻間可調整的距離，編制爆破設計，現場由臺車根據炮眼布置圖跟蹤指導操作人員進行炮眼定位。操作人員施鉆時對炮眼位置、角度、眼深等方面一點要嚴格控制，盡量保證兩側的炮眼相互對稱，與爆破方案一致，掏槽眼是循環進尺的關鍵一環，掏槽眼打設若未達到設計深度，進尺將受影響。

（3）輔助眼。操作人員根據炮眼布置圖進行鉆眼，施鉆時，左右兩側鉆臂要協調一致，相互比較，盡量使左右兩側的炮眼對稱，符合爆破設計的要求。

3.2.3 裝藥起爆

三臂鑿巖臺車鉆孔直徑φ45 mm，炸藥采用直徑φ32 mm的乳化炸藥。周邊眼用半節炸藥間隔裝藥，其余炮眼采用連續裝藥，均采用反向起爆方式，炮眼口采用炮泥或水袋堵塞，加強爆破效果和降塵。起爆順序：起爆器→起爆雷管→非電毫秒雷管→導爆索→炸藥。經過試驗，爆破參數如表1。

表1 光面爆破參數表

3.3 施工保障措施

（1）為保證鑿巖臺車的用電電壓，進洞500 m后，采用高壓進洞。由于臺車用水量大、水壓要求高，需要考慮足夠的供水排水設備，洞口設高位蓄水池。為確保炮眼布置的準確，掌子面附近需要至少3個控制點，滿足臺車就位后的自動建站和復核。（2）為了進一步加快進度，裝藥孔和鉆孔在保證安全距離達到3 m以上時，可以同步進行。（3）炮眼鉆好后，很容易被泥石，水等遮擋尤其是周邊眼和底部炮眼，及時用紙盒、竹片等填塞作為標記，方便找到炮眼進行裝藥。

4 結語

大尖山隧道采用三臂鑿巖臺車施工以來，取得了良好的成績，正常施工后每月進尺基本穩定，最高紀錄月進尺高到180 m，平均每月進尺150 m，與傳統人工鉆爆開挖相比施工進度有了很大的突破，主要體現在以下方面：（1）三臂鑿巖臺車鉆孔效率快，相比手持式風鉆優勢明顯，特別是在中硬巖上優勢尤為突出。（2）三臂鑿巖臺車打破傳統施工模式，機械代替人工更有利于安全質量保證，超欠挖控制較好，節省材料，隧道實際開挖斷面輪廓與設計開挖輪廓基本一致，成型效果好，節省了處理欠挖時間。（3）三臂鑿巖臺車在鉆孔過程中數據采集能力強大[5]，通過鉆孔過程中自動產生的實時數據分析，可以初步判斷前面的圍巖情況，并及時有效的采取措施。（4）鑿巖臺車施工效率高，總體成本低。通過在大尖山隧道的實踐，三臂鑿巖臺車在解決鉆孔、地質勘探分析、超欠挖控制、注漿、管棚支護、進度等多方面有更多優勢，可以降低施工成本，提高施工效率。