凿岩台车施工技术在旗杆山隧道中的应用分析

蒋 波

(深圳高速工程顾问有限公司，广东 深圳 518034)

1 工程概况

旗杆山隧道为重庆市城口(陕渝界)至开州高速公路土建A3合同段，为分离式隧道，单洞全长7 660 m，在整个高速公路建设项目中占有重要地位。同时，旗杆山隧址区岩溶现象发育，可溶岩总长度达6.18 km，占隧道总长的80.7%。其斜井全长1 860 m，隧道净空8.5 m，净宽6.6 m，最大纵坡7.25%，最大埋深820 m。

2 凿岩台车特点

相较于传统施工方式，凿岩台车对大断面、长隧道、高类围岩的适应性更强，具有钻进速度快、耗能低等优点，同时机械化水平较高，可预防出现超挖或欠挖等不利情况，实现施工成本的控制[1]。操作人员在固定的操作台上操作台车，钻臂的控制精度高，能够实现精准定位，提升开挖效果与质量，降低开挖误差，将超欠挖控制在11～15 cm，同时距离掌子面较远，加上安全顶棚，大大提升了施工安全性，避免发生落石伤人现象。

与人工风钻相比，凿岩台车采用电力进行控制，污染小，无明显粉尘产生，噪声也相对较小，加上施工人员佩戴防噪声弹性耳塞以及做好其他安全防护措施，开挖施工对施工人员人身的伤害较小[2]。

本文以ZYS113全电脑三凿岩台车为例进行说明。其主要有以下部件：底盘、钻臂、3台凿岩机、推进梁、液压系统、过滤系统、吊篮臂及吊篮、水系统、压缩空气系统、电气系统、计算机辅助系统、钻进系统，如图1所示。在工作的具体开展过程中，作业面覆盖范围的高度上限是11.3 m，宽度上限是16.6 m。钻孔直径下限是42 mm，上限是127 mm。钻进深度为35 m。ZYS113全电脑三凿岩台车可以进行全自动炮眼钻孔、超前地质勘探、地质分析、断面扫描、锚杆施工、辅助检测、高空施工、灌浆施工、管棚施工、配合装药、撬毛等作业，其显著特点在于以台行式进行行走、非常灵活、比较迅速。

图1 凿岩台车示意图

3 全电脑三臂凿岩台车在隧道施工中的应用

3.1 全自动高效智能化

(1)台车定位：场地处于平整状态，台车准备就位后，利用3D扫描仪对后视固定点P1与P2进行扫描。对检测点P3进行核对，以获取与台车位置相关的精确数据。

(2)选择钻孔设计图：在对钻孔设计图进行设计时，必须全面考量各方面信息，如隧道断面情况、支护参数、台车性能等。有必要将车载电脑提前导入，并对钻孔参数进行有效设置。在具体使用时，只要将钻孔设计图及时调出即可。

(3)全自动钻孔、清孔：将台车的全自动钻孔系统进行全面激活，充分发挥操作系统的作用进行智能布孔。钻孔结束后，凿岩机退钻时要及时地进行清孔。

3.2 超前地质勘探和地质分析

台车加杆系统主要包括两方面内容：加杆器与钻杆库。如果使用自动加杆钻孔的形式，30 m的超前探孔工作需要在20 min内结束。

操作系统要对钻进速率、水压流速等数据进行全面监控，利用有关软件对数据进行处理，对地质情况进行复原，以形成较为系统全面的报告。

3.3 断面扫描

台车到达既定位置后，用3D扫描仪对隧道轮廓进行扫描，主要扫描的是台车前后6 m的范围。利用软件算法获取精度高、密度大的数据，以形成三维结构模型，对隧道断面的超欠状况进行全面显示，以为后续循环隧道钻爆参数的动态设计提供重要参照。

3.4 锚杆及管棚施工

凿岩台车钻臂的升降最低为30°，最高为60°，推进倾斜的范围也是如此。推进梁倾斜的范围最低为0°，最高为110°。推进旋转范围可达到360°，不仅能够适应各类型锚杆的需求，而且能够适应管棚的需求。需要注意的是，凿岩钻杆可以用锚杆替代，不仅可以推动帮锚作业，而且可以推动顶锚作业。

3.5 高空作业台车

吊篮臂的倾斜范畴主要集中在-60°～30°，摆动范畴主要集中在-45°～45°。不仅控制起来非常灵活，而且定位非常精准。吊篮规格主要是1.2 m×2 m，安全工作所担负荷最高可达450 kg。内部含有高压空气接口，能够满足锚杆安装、注浆施工等各类需求。吊篮上方还设置了伸缩顶棚，能够充分保障高空作业的安全性。

4 全电脑三臂凿岩台车的优势

4.1 节省测量放样时间

对于传统液压三臂凿岩台车来说，其长度达到150 m。如果用人工形式进行放点，需要花费2 h左右的时间，而且有必要提供平台；岩台车在进行定位时，只需花费5 min左右即可，台车就位后有必要及时接通水、电，这样能够有效缩短钻孔的准备时间。

4.2 操作人员依赖程度低

(1)对于传统液压三臂凿岩台车单机来说，需要4～6人才能进行操作，而全电脑三臂凿岩台车单机，只需1～2人就能进行操作。人力大为降低，工作效率有所提高。

(2)全电脑三臂凿岩台车则严格按照设计图，对钻孔参数进行有效设定，自动进行钻孔、清孔工作。以充分保障钻孔按照有关设计展开。

5 施工技术

凿岩台车施工流程如图2所示。

图2 凿岩台车施工流程

5.1 测量放线

在综合比较各类型全站仪的前提下，旗杆山隧道测量放线工作选择莱卡全站仪TPS1201(精度1″)，配合凿岩台车的中间云梯台架，定位后用红色油漆标识出周边眼孔位。测量放线工作的注意事项主要有以下几点：

(1)根据轮廓开挖线标识出周边眼孔位，并在边墙2 m高拱部与边墙分界点画出弧线。

(2)严格按照爆破设计所确定的固定间距确定并标识辅助眼的位置，控制炮眼距离，具体距离为60 cm。

(3)加强对周边眼钻进角度与坡度的控制，沿着掌子面后方延伸画出5条坡度控制线、1条拱肩与4条坡度线，精准定位中心位置。

5.2 行走作业

(1)为便利行走，操作手应降下凿岩台车升降平台，倒回滑动工作台，缩回臂架，并使导杆处于平衡状态。

(2)操作人员操作凿岩台车收缩回支腿，并观察施工现场周围情况，确定周围无人与其他障碍物后，严格按照指导人员的指导规范操作台车行走。

(3)控制液压油的温度，确保其不超出30～70 ℃安全允许范围内，若液压油温度>70 ℃，操作人员应紧急中止行走。

5.3 凿岩作业

在实施凿岩及升降平台时不得移动台车，以免损伤钻臂与导杆。如果钻臂需要移动，要避免软管影响钻臂，操作人员先操作导杆，将其退回原来位置，并且规范操作钻臂，防止钻臂与机体其他部位发生碰撞，破坏油管。在升降平台时必须安排引导人员，用手势和信息提醒前后作业工作人员，确保周围无人与无其他障碍物后实施升降，并确保下方的臂与导杆位置一一对应，精准科学[3]。

5.4 凿岩台车就位

根据旗杆山隧道围岩情况采用三臂凿岩台车，三臂凿岩台车能够良好地适应于Ⅱ、Ⅲ级围岩台阶法和全断面法隧道开挖项目。按照测量放线工作精准定位台车位置，再指挥台车在稳定性与安全性均符合施工要求的区域就位，控制钻臂与掌子面的距离，通常情况下台车钻臂与掌子面的距离应在0.8～1.0 m的范围内。

5.5 凿岩台车辅助准备工作

凿岩台车在安全区域就位后，工作人员应及时安装配套设施，将高压水管、供电线缆等安装到位，配套设施安装完毕后即可启动台车电气系统，并通过液压系统对凿岩台车进行调整，确保台车整体处于平衡。爆破班组基于整个场所所具备的稳定性开展进一步分析，对掌子面的虚渣与浮石情况进行调研，并清理开挖底眼位置的虚渣，结合测量放线工作标记底眼孔位。

5.6 凿岩台车钻眼

(1)三臂台车钻孔施工顺序为：底眼→抬炮→周边眼→辅助眼→拱部辅助眼→掏槽眼→中心辅助眼。凿岩台车钻孔步骤示意图如图3所示。

图3 凿岩台车钻孔步骤示意图

(2)围岩情况复杂多变，钻孔作业也会受到诸多因素的影响，为了保证钻孔质量与达到预期的光爆效果，安排专员加强对钻孔作业的管理，提高施工人员的安全责任意识，实现对整个开挖作业的全过程动态监督[4，5]。

(3)科学布置钻孔，钻孔孔径为45 mm，拱部扩大眼共计7个，3个以拱形状态布置，4个以水平状态布置；以中心掏槽眼(楔形掏槽)为中心线，在中心线左右210 cm两侧布置掏槽眼，左右两侧分别布置11个，布置间距为60 cm。

(4)为保证钻进质量，应控制进尺程度，确保每循环不超出3.5 m。

(5)加强对光面爆破的控制，使得在一个施工区段内炮孔残留线性相同，并要求操作人员继续沿着上次炮孔位置进尺。

(6)结合爆破参数调查比较炮孔残留率、超欠挖数值以及周边眼情况。考核爆破效果，在岩面统计超欠挖数值，保证周边眼底位置的爆破达到设计要求。表1为光面爆破参数表。

表1 光面爆破参数表

5.7 凿岩台车清孔、装药、爆破

(1)根据施工规划确定旗杆山隧道爆破工作的重难点区域为拱肩与边墙，为提升开挖成型效果，对这两个区域进行重点控制。

(2)周边眼装药方式采用导爆索连接分段式不耦合连接，严格根据确定的爆破方案确定装药量，不得超量或少量，同时严格按照装药步骤进行装药，用炮棍将药推送到爆破区域。

(3)根据凿岩台车钻孔孔径选择恰当的装药炸药卷，具体选择直径为32 mm乳岩石化炸药卷，按照分段分区域装药的原则，在一个施工区段装药应按照由底脚到拱部和由周边到中间的装药顺序[6，7]。

(4)爆破效果与爆破起爆顺序密切相关，因而必须保证中心掏槽眼与周边眼的爆破效率，周边眼按照分段分区域实施爆破的原则，共分2段实施爆破，并且在拱墙位置的爆破点应放置到最后起爆，以确保起爆效率。

5.8 凿岩台车超欠挖处理

(1)加强对超欠挖的控制，Ⅱ、Ⅲ级围岩超挖不得超出10 cm。

(2)提升光面爆破质量，控制前2个爆破循环的爆破进度，严格按照设计规范调整钻机角度与控制坡度，继续在前2个爆破循环的基础上进尺钻进，必须保证2个循环炮眼孔位线性相同[8]。

(3)逐步调整修整超欠挖部位，不得一次性完成超欠挖部位的修整作业，若出现局部欠挖或欠挖值<10 cm，可使用钻臂对欠挖部位继续实施开挖，并保持开挖轮廓线平直流畅，以免影响后续支护作业。

6 结束语

综上所述，凿岩台车优势突出，性能强大，符合绿色发展理念的需要，不仅能够保证隧道开挖施工质量，而且对隧道的安全长期使用也有积极意义。本文依托实际工程，探讨了凿岩台车施工技术的应用情况，希望所提内容能够对相关工作人员有所指导与帮助。