全电脑三臂凿岩台车在锦屏隧道中的开挖应用技术研究

2023-01-12王勇蒋松余

工程技术与管理 2022年1期

王勇蒋松余

四川省交通建设集团股份有限公司，中国·四川成都 610000

1 引言

为确保隧道施工安全、质量以及施工工人的职业健康，加快隧道施工进度，在隧道施工中逐渐减少人工开挖，开始采用三臂凿岩台车进行大断面施工[1]。三臂凿岩台车是目前隧道钻爆技术的先进设备，尤其是针对硬质岩隧道具有应用价值。论文依托沿江宜金高速公路锦屏隧道工程，重点研究全电脑三臂凿岩台车在玄武岩段落开挖掘进中的应用技术，以期达到提高炮孔钻眼精度，提升循环进尺等目的[2]。

2 工程概况

锦屏隧道是沿江宜金高速公路全线最长隧道，左线全长9.93km，右线全长9.92km，属特长隧道。沿江XJ9合同段项目部负责锦屏隧道（金阳端）施工，左线长度5.27km，右线长度5.261km，围岩以玄武岩为主，III、IV级围岩占比达95.8%。该隧道右洞采用ZYS113全电脑三臂凿岩台车开挖，在大幅提升每循环进尺及缩短钻孔时间的同时，可以有效地控制炮孔钻眼的精度从而提高光面爆破效果。

3 近期隧道数据对比

传统人工风钻开挖，开挖深度约3.0m，钻眼时间4.0～4.5h，参与施工17人，超欠挖难以保证，导致下一步喷射混凝土用量远超设计方量。

三臂凿岩台车开挖深度3.5～4.3m，钻眼时间2～2.5h，参与施工2人，且超欠挖可控制在10～15cm，同时减少了喷射混凝土用量，节约成本，方便了后期防水板的铺设以及二衬混凝土的浇筑。

且从最近的36个循环中，全电脑三臂凿岩台车采用4.5m长钻杆，总开挖10501m3，超挖总量745m3，占总方量7.1%，欠挖总量99.88m3，占总方量的0.95%。炸药使用10920kg，雷管4825发，平均每循环134发，导爆索35000m，连接线35000m。易损件损失钻头、钻杆、锁紧扣、导向块、钎尾、油等价值26563.4元，平均每循环易损件损失738元。

平均每循环进尺4.3m，开挖量290m3，超挖量20m3，欠挖量2.77m3，钻孔数162个，钻孔长度565m，炸药使用303kg，雷管134发。

由以上数据可看出无论从进尺、钻眼时间、施工人员，还是控制喷射混凝土用量上，机械开挖各方面都优于传统人工开挖。

4 安全管理

传统人工开挖台车贴近掌子面，施工人员安全难以保障，在围岩较差的隧道易发生掉块、坍塌等危险砸伤作业人员[3]。而三臂凿岩台车操作时距离掌子面超过10m，避免了传统作业因风钻开挖时冲击振动岩面，产生落石造成人员伤害的风险，同时较大程度地减少了噪声和扬尘，有利于职业健康保护。

5 环境保护

传统人工风钻开挖采用高压风做动力，由于风钻孔数较多（平均155孔），对开挖面周围的空气污染大；风钻产生噪音分贝较高，对施工人员的身体健康以及施工安全造成极大危险，且长期从事该类工作可能导致尘肺病、听力下降甚至失聪等疾病。

三臂凿岩台车采用电力作为动力，对空气状况改变较小，清洁无污染，与风钻相比噪声较小，可大大减少噪声对人体的危害。

6 三臂凿岩台车工作原理以及相关参数

根据新奥法施工的原理，ZYS113三臂凿岩台车进行隧道开挖掘进，利用光面爆破一次性开挖，尽量减少对围岩的扰动，通过掌子面围岩情况动态调整光面爆破参数，保证开挖整体成型效果最优，进尺最大化，达到隧道施工光面爆破高效应用。

三臂凿岩台车主要工作流程：测量放线→台车就位→辅助准备工作→炮孔定位→台车钻眼→移除台车→装药台架就位→清孔、装药、爆破→通风排险。

6.1 测量放线

现场测量员提前将隧道水平方向参数、垂直方向参数、掌子面轮廓参数以及设计的炮孔图同步到台车电脑中。

设计炮孔参数：对于围岩出现变化的岩层提前准备好轮廓图和跑眼图，并及时修改钻爆方案。

6.2 台车就位

工作前检查泵、空压机正常；并检查管路、接头等有无漏油、漏水和漏气现象。将台车停到掌子面时，应尽量位于隧道中心线，待台车开至钻臂末端离掌子面约为1.5～2m处时，放下支腿，轻微动作臂架，观察整机的摇晃程度，调整前后支腿的高度。

6.3 辅助准备工作台车钻眼

台车就位后，严格按着爆破设计进行钻孔。钻眼顺序：底板眼—周边眼—辅助眼—掏槽眼。在靠近设备的三个靶点安装定位标靶，标靶安装应紧固牢靠，螺钉底面紧贴预埋件。在钻孔前需要明确钻孔类型，对于不同的钻臂可配置不同参数。

钻孔后若需要进行锚杆支护，可在钻孔完毕后打锚杆孔，由于打锚杆孔时臂架摆动幅度较大，应避免碰到拱璧与其他钻臂，尽量收拢臂架，保持臂架与台车车身的平行。钻孔完成后收水管电缆时应先拆卸外接水电的连接处，再通过水管电缆收回按钮，边行走边收水管卷筒，整个过程中操作手与指挥人员必须使用对讲机实时沟通，避让障碍物，防止由于车速过快导致设备后车轮倾轧水管电缆。