淺談液壓鑿巖臺車在小斷面隧道中的應用

蔡明利1，胡 炫1，朱 亞1，張海君2，晉永琦3

（1.中油管道建設工程有限公司，河北 廊坊 065001；

2.中國石油天然氣管道通信電力工程總公司 河北 廊坊 065001；

3.渤海裝備遼河重工有限公司 遼寧 盤錦 124000）

隨著近幾年我國能源戰(zhàn)略實施地加強，小斷面山嶺隧道穿越工程在輸氣、輸油、引水管線中的施工數(shù)量越來越多，施工工期的要求也越來越高，提高施工效率，優(yōu)化施工資源，成為確保工期的有效手段。由于小斷面隧道具有斷面小、空間有限、交叉工序多并且大型高效機械無法綜合運用等問題，導致隧道洞身施工無法有效提高施工效率，提高生產進度。在隧道施工工序循環(huán)中，消耗工時最多的鉆孔放炮工序一直是制約施工速度的關鍵。

液壓鑿巖臺車在大、中斷面隧道及礦山施工中應用較廣，但在小斷面隧道施工中，特別是在輸油、輸氣、引水管線凈斷面小于20m2的小斷面隧道施工中，由于受到空間限制，應用較少見。

1 走馬崗隧道工程概況

西氣東輸二線東段廣深支干線走馬崗山嶺隧道工程隧道全長2 075m，凈斷面為3.8m×3.3m。隧道出口位于樟木頭鎮(zhèn)裕豐村，隧道整體成“人”字坡，進洞口坡面（北坡）坡度為3.95%，實際長度為1 351.62m。出洞口坡面（南坡）坡度為-1.12%，實際長度為724.01m。隧道總實長為2 075.63m。隧道凈斷面為3.8m×3.3m（寬×高）。

隧道圍巖級別劃分為Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ級，Ⅲ級圍巖實長1 339.28m，Ⅳ級圍巖實長726.35m，Ⅵ級圍巖實長10m。隧道主體為Ⅲ類圍巖，從實際的圍巖情況來看，圍巖為石英砂巖，巖體屬堅硬巖，整體性、完整性較好，巖體強度較高，圍巖穩(wěn)定性較好。

隧道采用全斷面開挖，鉆爆法施工。隧道支護形式為超前支護、初期支護和二次襯砌組合的復合式支護。

2 小斷面隧道特點

根據洞室斷面或跨度大小，隧道可劃分為小斷面（斷面面積20m2，等效直徑4.5m）、中斷面（斷面面積20～35m2，等效直徑4.5～6.5m）、大斷面（斷面面積35～120m2，等效直徑6.5～12m）和特大斷面（斷面面積＞120m2，等效直徑＞12m）4類。

小斷面隧道的特點就是“小”，小則受斷面尺寸的限制，在有限的空間內施工，互相干擾大；在同一工作面上，鉆孔、爆破、出碴等工作只能周期性循環(huán)進行；一旦一個工序耗時較長，將影響整個循環(huán)進行，從而總體影響施工工期和施工質量。

3 可行性分析

由于走馬崗隧道凈斷面面積12.54m2，斷面面積小于20m2，屬小斷面隧道，而襯砌規(guī)格尺寸類型的單一性，縱坡坡度不是太大，有利于隧道洞身開挖采用液壓鑿巖臺車施工的應用。

根據業(yè)主對隧道施工安全、施工工期，工程質量的要求，走馬崗隧道項目部成立了專項課題小組。根據專家的指導意見我項目部組織相關專業(yè)技術人員多次召開工程會議，前期考察了多家鑿巖臺車的生產廠家和經銷商，最終確定設備型號（A tlas booer123二臂液壓鑿巖臺車）并及時與多家電纜廠家聯(lián)系定做該型號電纜，為優(yōu)化方案的實施創(chuàng)造有利條件。研究此方案在斷面較小的情況下作業(yè)的特點；制定出相應的作業(yè)指導書，認真地做好現(xiàn)場的技術交底，把專家的意見和現(xiàn)場的實際情況結合起來組織施工。

4 液壓鑿巖臺車結構、技術參數(shù)及優(yōu)缺點分析

1）結構 走馬崗所用鑿巖臺車為A tlas booer123二臂液壓鑿巖臺車，其主要由鑿巖機、鉆臂（鑿巖機的承托、定位和推進機構）、鋼結構的車架、走行機構以及其他必要的附屬設備，和根據工程需要添加的設備所組成。

2）技術參數(shù) ①整體鑿巖臺車運輸高度2 250mm，寬 度1 990mm，長度10 500mm，轉彎半徑3 000～5 100mm，重13 400kg，地盤采用四輪驅動，液壓助力轉向，最大行走速度13Km/h，最大爬坡角度25%。發(fā)動機最大功率55k W/2 500rpm，最大扭矩230Nm/1 150rpm，鉸接連接+/-41，采用大臂型號BUT20，單臂重125kg，推進器可升長度1 250mm，推進器可旋轉角度360°，安裝鉆桿長度3 660mm，最大鉆孔深度3 457mm，工作范圍5 000×6 300mm。

3）優(yōu)缺點分析 ①小斷面隧道中采用傳統(tǒng)開挖方式，風鉆機加裝支架開鑿方法施工時，因隧道斷面有限，僅能同時并行兩臺風鉆作業(yè)，新機在硬度系數(shù)F＝14～18的石英巖和云母巖中作業(yè)，鉆直徑?42炮孔的速度是：當掌子面風壓達到5.5～6.5bar時，最大進尺為0.5m/m in，在花崗巖中一般平均為0.3～0.45m/m in，則取平均值：每臺風鉆0.38m/m in進尺。兩臺風鉆機為0.76m/m in，臺車鉆孔速度：查A tlas booer123二臂液壓鑿巖臺車使用說明書，當巖石的硬度在F=14～18的石英巖和云母巖中作業(yè)，當沖擊壓力在180kg/cm2時，最大鉆進速度為2m/m in，平均為1.6～2.0m/m in，取平均值：每鉆臂1.75m/m in進尺，兩臺鉆臂為3.5m/m in，如只考慮打眼因素，那么鑿巖臺車每一臺鉆臂相當于4.5把風鉆，每上一部兩臂臺車就等于上一臺配有9把風鉆的多功能臺架，工作效率為傳統(tǒng)施工方式的4.5倍，但在實際施工中應增加設備調試，電纜鋪設等輔助工序，實際工作效率約為風鉆機工作效率的3倍；②由于臺車施工前可對危石找頂，減少了落石的危險，再因掌子面人員少，減少了掌子面落石傷人的頻率，安全性是顯而易見的；③鉆深、長孔鑿巖優(yōu)勢：臺車單鉆的功率大效率高，因此可鉆d42～d127直徑范圍內各種巖孔（炮孔、注漿孔、錨桿孔、安裝孔、檢查孔、管棚孔、探水孔），并且在深5～15m（d48～89）優(yōu)勢最明顯，速度之快是現(xiàn)有任何風動、電動的深孔鉆、淺孔鉆都無法取代的，是深孔巖層注漿的首選設備。

4）其他配套機具 ①發(fā)電機（型號：康明斯500k V）2臺；②巷道穩(wěn)壓器（型號：300型）2臺；③排風機2臺。

5 實際施工運用

在走馬崗隧道實際施工中，采用傳統(tǒng)施工方式，Ⅲ類圍巖洞身施工平均每循環(huán)用時：測量放線30m in、打眼放炮300m in、排煙30m in、出碴280m in、排險修水溝40m in、錨噴支護40m in，共計720m in。每循環(huán)進尺約2.5m，平均每日完成2個施工循環(huán)，單向掘進支護約5m。改用鑿巖臺車后，其他工序消耗工時不變的情況下，打眼放炮時間縮短為150m in。施工工序循環(huán)用時570m in。平均每日完成2.5個施工循環(huán)，單向掘進支護約6.25m。采用液壓鑿巖臺車后，施工效率提高25%。

Ⅳ類圍巖采用傳統(tǒng)施工方式正常情況下平均每循環(huán)所用時間：測量放線30m in、打眼放炮300m in、排煙30m in、出渣250m in、排險修水溝40m in、錨噴支護60m in，共計710m in。每循環(huán)進尺2m，平均每日完成單向掘進支護約4m。改用鑿巖臺車后，其他工序消耗工時不變的情況下，打眼放炮時間縮短為150m in，施工工序循環(huán)用時560m in，平均每日完成2.5個施工循環(huán)，單向掘進支護約5m，采用液壓鑿巖臺車后，施工效率提高25%。

Ⅴ類圍巖正常情況下平均每循環(huán)所用時間：測量放線30m in、打眼放炮240m in、排煙30m in、出渣200m in、排險修水溝80m in、打錨桿立拱架350m in、錨噴支護360m in，共計1290m in，每循環(huán)立拱架兩榀進尺2m，平均每日完成單向掘進支護約2m。改用鑿巖臺車后，其他工序消耗工時不變的情況下，打眼放炮時間縮短為120m in，施工工序循環(huán)用時1 170m in，平均每日完成1.2個施工循環(huán)，單向掘進支護約2.4m，采用液壓鑿巖臺車后，施工效率提高20%。

經實際施工測算。采用液壓鑿巖臺車后，整體施工效率提高23.3%。

6 結 語

為了更好地配置各類資源，小斷面隧道工程項目會不斷在輸油、輸氣、引水等領域增加，為了保證安全，滿足機械化程度高、質量好和工期緊的要求，通過全液壓鑿巖臺車在走馬崗小斷面隧道施工中的成功使用，對新材料、新工藝、新方法在小斷面隧道項目中普遍應用起到重要的啟示作用。 O