凿岩台车在山岭隧道施工中的应用与分析

2020-08-05王全洲

中华建设 2020年6期

王全洲

山岭隧道工程项目数量和规模逐渐扩大，对工程施工技术提出了较高要求。这类工程建设过程中，隧道挖掘作业的行进速度会直接影响到工程建设工期，而挖掘作业又受到了作业设备本身质量、作业时间、作业顺序以及作业步骤等情况的制约。

一、凿岩台车在山岭隧道施工中的实例分析

某条铁路起讫里程是DK220+680～DK337+201，正线全长为416.245km，其中共涉及到了34座隧道，隧道总长为155.753km，占据总体铁路线路长度的37.42%。隧道中长度＞15km的有4座，长度共计68.125km；隧道长度为10～15km之间的有3座，长度为31.456km；隧道长度为4～10km之间的有8座，长度共计24.421km；隧道长度为1～4km之间的有8座，长度共计18.128km；隧道长度＜1km的隧道共有11座，长度共计为13.623km。

途经该路段的铁路面临着较为复杂的地质环境，包含黄土隧道、粉细砂隧道、低瓦斯隧道以及大涌水量隧道。工程在途经长度为4～10km之间的某条隧道时，Ⅱ级围岩长度占总体20.1%；Ⅲ级围岩长度占总体46.9%；Ⅳ级围岩长度占总体的27.9%；Ⅴ级围岩长度占总体的4.1%。其中该隧道实际允许超挖值见表1。该隧道埋深约为70～400m，极限埋深约为700m，隧道2#斜井小里程作业面使用三臂凿岩台车开展挖掘支护施工。

表1 隧道允许超挖值（单位：mm）

二、凿岩台车在山岭隧道施工中的应用效果与价值

1.钻孔速率较快。大多数的凿岩台车都是使用液压式凿岩机型号，其能够在较短时间内单孔成孔，远超于风动凿岩的速率，具体作业中还可以多孔同时操作，首次成孔数量较多，减少钻孔作业时间。面对隧道硬岩施工作业，三臂凿岩台车更是显现出极大优势，相较于气动凿岩机钻孔速度加快60%～120%，且实际应用中可以快速定位钻杆，不需要另外搭建辅助工作平台，优化工作流程。

2.安全环保性能较高。使用三臂凿岩台车开挖时，在固定操作台上有作业人员负责钻机的操作，施工人员可以距离施工掌子面10m，减少了施工作业人员受到三臂凿岩台车作业安全风险的威胁。同时三臂凿岩台车机组人员的劳动强度较低，施工面的噪音较小，基本不会造成负面影响。且作业过程中不会产生较大灰尘，空气无污染，只需处理好施工后的废水即可。

3.拥有较高的自动化水平。凿岩台车实际应用过程中，借助于电脑控制、半控制方式可以解析各项传感器信号，使其转换为数字信号模式，相应的驾驶室内部显示器中可以及时显示出凿岩台车大臂和推进梁的具体位置、倾斜角度。发挥计算机的控制优势，使得钻臂系统始终维持正常的运行状态，台车电脑可以及时定位和调整好钻臂、推进梁的位置。钻孔在计算机事先设定好的布孔图中，可以精确选好钻孔位置，减少钻孔失误情况的出现。

4.拥有丰富的运行功能。将凿岩台车应用在山岭隧道工程挖掘作业中，可以利用三臂凿岩台车的机械手全方位地开展多项施工作业，包含预测预报深孔地质、开展径向系统锚杆作业，并实施超前小导管施工作业等，相较于传统手持气动凿岩机来说，这种凿岩台车拥有着广泛的使用范围，在Ⅱ～Ⅴ的破碎风化岩施工环境下都能起到良好的效果，且具有安全、高效的优势。

三、凿岩台车在山岭隧道施工中的应用

1.施工准备

（1）通水。凿岩台车挖掘作业过程中会使用到大量水资源，一方面是因为其机械体积过大，由于密集管线的存在，出现了较多发热单位，要有大量水源作为降温支撑；另一方面则是具体钻孔中需要使用大量水源不断冲刷钻孔体内的钻碴，减少卡钻情况的出现。现场施工作业时，需要配置专门蓄水池，达到300m3即可满足三臂凿岩台车的使用要求。

（2）通风准备。隧道工程挖掘作业会涉及到较大的断面，其中需使用钻爆方式，在无轨道运输体系之中出碴量较大，且设备运行中存在较多内燃机械装置，想要切实推进装碴、输送以及二次衬砌等施工环节的顺利实施，需要针对作业过程中的各项情况加以控制，如过长的通风管线、过大的空气阻力、爆破后没有及时通风而残存的烟尘、一氧化碳等，从而给施工作业人员创造出更为健康的环境。对此，需要选择好合适风机型号，不断完善风袋装配工作，按照2台160kW风机组作为一套模式，强化作业过程中的通风效果。

（3）通电准备工作。三臂凿岩台车想要保持正常运行状态，应控制好电压，在作业区域范围内装置400V升压器，能够起到良好的效果。具体开挖中始终保持着安全间距，即将升压器端头和挖掘面控制在100m左右，同时随着洞体的挖掘，需不断延展升压器的位置。

2.施工流程

（1）钻孔

在三臂凿岩台车的作用下推进山岭隧道工程施工。

①使用徕卡120+全站仪开展放样采样作业，重点针对全断面挖掘轮廓进行放样，一般情况下，控制50cm左右的点间隔可以起到良好效果。

②控制好钻孔工作的实施效果。准备工作做好后，按照事先设定好的爆破设计方案实施钻孔作业。遵守测量线的各项标准排布炮眼，借助于楔形掏槽爆破。本次开挖钻进工作中，岩石本身质地较硬，前半段主要使用了钻杆，再加上钻头本身的强度等级、使用速率不够高，影响了实际钻进效果，最终及时联系商家，专门定制了强度更高的钻头和钻杆，从而有效地提升了作业的速率。

（2）清孔和爆破

积极开展炮孔的清洁和装填作业，使用装药台车，装填好钻孔的间隔，保证装药工作的效果。结束装药之后，爆破地区直径300m范围内要确保无任何机械、人员的参与，在确保无任何多余物质后开展爆破工作。三臂凿岩台车钻孔直径为45mm，开展爆破工作，需要采用岩石乳化炸药，由半径为φ32mm转变为φ19mm，如此一来，能够增强药卷、炮孔之间的耦合度，使得炮孔总数有所降低，提升爆破效益。装药平台直接装载炸药，所拥有的空间较小，需要将炸药、雷管之类的物品重复运输，总体的作业效率不高。为改进这种情况，可以在作业区装置装药台车，增加炸药装填的实际速率。

（3）出碴

发挥三臂凿岩台车的优势，控制好爆破作业实施效果，及时开展通风作业，全面排除掌子面的危险因素之后，及时推进出碴作业的实施。首先，实际出碴过程中针对隧道中碎碴的块度细致检查，如果块度较大则适当增加下循环炮眼；而如果碎碴块度较小则适当减少下循环炮眼。同时及时调整装药数量。其次，碎碴出碴后针对初支断面进行实时检测，寻找到超欠挖现象，良好支持下循环爆破数据的调整工作，这样能在很大程度上增加光爆效益，减少具体爆破作业在围岩的扰动影响，减少后续作业的时间。