三臂凿岩台车在隧道施工中的应用

刘立

（中铁十八局集团第五工程有限公司 天津 300459）

1 工程概况

大尖山隧道位于宁洱～普洱站区，里程范围DK246+026～DK260+223，全长14 197 m，本隧为双线隧道，左右线线间距为4.2～4.313 m。隧道洞身最大埋深约600 m，最小埋深约30 m。为满足工期进度，及后期维护运营等要求，全隧道共设3座斜井，1号、2号、3号斜井全长分别为1 189 m、1 592 m、676 m。于DK257+000线路左侧设置3#斜井，斜井中线与线路大里程方向平面夹角为46°，其净空尺寸为7.5 m(宽)×6.2 m(高)，3号斜井工区起始里程：DK254+060，终止里程：DK258+601，工区长度4 541 m。3#斜井工区主要穿越思茅幅白垩系下统曼岗组砂岩、泥岩、砾岩；位于青藏滇缅印尼“歹”字型构造中段的东支哀牢山西侧及永平-思茅槽地的东南部，构造行迹属于经向构造体系，地质构造复杂。隧道洞身DK257+680～DK257+850浅埋段，围岩风化强烈。该段隧道通过的构造有箐山河逆冲断层、大团山断层；地下水主要为基岩裂隙水及构造裂隙水。

2 三臂凿岩台车的施工优势

2.1 技术对比

手持式风钻打眼，靠人工控制钻杆方向，钻杆稳定性差，眼位不够精准,特别是开挖台架二架、三架平台部位，无法保证炮眼方向、间距，超挖控制平均达到20 cm,光爆效果不理想。三臂凿岩台车施工，则无障碍物影响，可以通过自动分析系统定位炮眼位置，超欠挖可以控制在10 cm以内，光爆效果明显比人工开挖效果好，能有效的控制开挖质量，减少喷射混凝土用量，降低施工成本[1]。

2.2 安全对比

传统钻爆开挖已不能满足现在施工要求指标。手持风钻成孔速度慢，施工工效低，施工人员距离掌子面比较近，上面没有遮挡物，风钻钻孔时对围岩稳定性有较大扰动，容易造成岩石掉落，威胁人员安全，高压风、高压水易产生高分贝的噪音和导致施工人员身上淋湿，对施工人员的身体造成长期伤害[2]。三臂凿岩台车操作平台上设有安全顶棚，且操作平台离掌子面十多米，在初期支护下方，人身安全有足够的保障，避免落石伤人，安全风险远远小于人工开挖，衣服也不会被淋湿，避免患风湿等疾病。

2.3 成本对比

从手持式风钻施工成本与三臂凿岩台车施工成本对比可以看出，三臂凿岩台车施工成本略高。在施工材料使用中，人工开挖比三臂凿岩台车开挖每方多使用喷射混凝土量费：3.886×500÷117.96=16.47元/m³。结合人、机、料费用，三臂凿岩台车施工成本差不多与人工施工成本一致，但每循环开挖时间要比人工开挖时间短,可提高15%的功效，有效的缩短了施工工期，降低施工成本等。

3 三臂凿岩台车施工管理

3.1 工艺流程

根据新奥法施工原理，结合施工地质情况，采用三臂凿岩台车开挖[3]，可选用全断面或两台阶法施工，不同地质的围岩分别设计光面爆破方案，保证开挖后隧道的轮廓，以此达到最好的光爆效果，最大的进尺，最小的超欠挖[4],工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图

3.2 施工方法

3.2.1 台车就位

每循环开挖前，测量员采用全站仪在掌子面精准的放出控制点，供台车就位。台车根据控制点校正在施工坐标系中的初始位置，两台车之间的间距控制在2 m左右，相邻两臂有效距离控制在2.4 m左右，防止施工时造成机械碰撞。

3.2.3 钻眼

开挖前需要把开挖断面录入台车，选好炮眼布置方式，台车可以根据炮眼布置图自动跟踪炮眼位置。

（1）周边眼。操作人员按照台车自动定位的炮眼位置，操作台车大臂，将定顶盘顶在要打设的炮眼位置，调整台车推进梁后开始钻眼，时刻观察钻杆钻进长度，确保每一个炮眼的底部在同一截面。炮眼钻进的位置应选择那片范围最平整的地方，避免钻杆角度倾斜，炮孔脱离预设位置。如果掌子面凹凸不平，先缓慢地钻进，直到形成浅眼时，方可加快速度。开钻前还需控制好推进梁的方向，当推进梁的方向与线路方向处于平行关系时方可开钻，杜绝较大超欠挖。每次爆破后通知测量员进行断面测量，查看爆破效果，并对超欠挖部位进行原因分析，及时调整爆破参数。

（2）掏槽眼。凿岩台车开挖掏槽方式采用楔形水平斜眼掏槽，钻眼前根据台车推进梁尾部与隧道边墙间可调整的距离，编制爆破设计，现场由台车根据炮眼布置图跟踪指导操作人员进行炮眼定位。操作人员施钻时对炮眼位置、角度、眼深等方面一点要严格控制，尽量保证两侧的炮眼相互对称，与爆破方案一致，掏槽眼是循环进尺的关键一环，掏槽眼打设若未达到设计深度，进尺将受影响。

（3）辅助眼。操作人员根据炮眼布置图进行钻眼，施钻时，左右两侧钻臂要协调一致，相互比较，尽量使左右两侧的炮眼对称，符合爆破设计的要求。

3.2.3 装药起爆

三臂凿岩台车钻孔直径φ45 mm，炸药采用直径φ32 mm的乳化炸药。周边眼用半节炸药间隔装药，其余炮眼采用连续装药，均采用反向起爆方式，炮眼口采用炮泥或水袋堵塞，加强爆破效果和降尘。起爆顺序：起爆器→起爆雷管→非电毫秒雷管→导爆索→炸药。经过试验，爆破参数如表1。

表1 光面爆破参数表

3.3 施工保障措施

（1）为保证凿岩台车的用电电压，进洞500 m后，采用高压进洞。由于台车用水量大、水压要求高，需要考虑足够的供水排水设备，洞口设高位蓄水池。为确保炮眼布置的准确，掌子面附近需要至少3个控制点，满足台车就位后的自动建站和复核。（2）为了进一步加快进度，装药孔和钻孔在保证安全距离达到3 m以上时，可以同步进行。（3）炮眼钻好后，很容易被泥石，水等遮挡尤其是周边眼和底部炮眼，及时用纸盒、竹片等填塞作为标记，方便找到炮眼进行装药。

4 结语

大尖山隧道采用三臂凿岩台车施工以来，取得了良好的成绩，正常施工后每月进尺基本稳定，最高纪录月进尺高到180 m，平均每月进尺150 m，与传统人工钻爆开挖相比施工进度有了很大的突破，主要体现在以下方面：（1）三臂凿岩台车钻孔效率快，相比手持式风钻优势明显，特别是在中硬岩上优势尤为突出。（2）三臂凿岩台车打破传统施工模式，机械代替人工更有利于安全质量保证，超欠挖控制较好，节省材料，隧道实际开挖断面轮廓与设计开挖轮廓基本一致，成型效果好，节省了处理欠挖时间。（3）三臂凿岩台车在钻孔过程中数据采集能力强大[5]，通过钻孔过程中自动产生的实时数据分析，可以初步判断前面的围岩情况，并及时有效的采取措施。（4）凿岩台车施工效率高，总体成本低。通过在大尖山隧道的实践，三臂凿岩台车在解决钻孔、地质勘探分析、超欠挖控制、注浆、管棚支护、进度等多方面有更多优势，可以降低施工成本，提高施工效率。