長大隧道施工中三臂鑿巖臺車開挖施工技術(shù)

劉永福

（中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，山西 太原 030032）

對于多數(shù)鐵路隧道工程而言，通常會采用鉆爆法進(jìn)行開挖作業(yè)。從行業(yè)發(fā)展趨勢來看，三臂鑿巖臺車具有良好的應(yīng)用前景，它可以提升開挖成洞效率，鉆爆精度也得到了良好的控制，進(jìn)一步減少了超欠挖現(xiàn)象，所需的工程成本也相對更少[1]。因此，有必要對三臂鑿巖臺車施工技術(shù)展開針對性探討，進(jìn)一步推動(dòng)大長隧道施工的開展。

1 工程概況

本文以黃巖隧道為背景，黃巖總長達(dá)到了17 030 m，為典型的單洞雙線形式，竣工后通車時(shí)速達(dá)到了200 km/h。從施工內(nèi)容角度分析，工程共涉及了5座斜井，總共有11個(gè)作業(yè)面，黃巖隧道正洞主要為Ⅲ級、Ⅳ級圍巖以及少量Ⅴ級圍巖。

2 施工準(zhǔn)備

2.1 三臂鑿巖臺車基本信息

該三臂鑿巖臺車型號為阿斯特拉353E，由瑞典研發(fā)并引入到國內(nèi)，采用的是全液壓控制的方式，車身長14.5 m、寬2.5 m、高3.6 m，具體見圖1。

圖1 三臂鑿巖臺車

2.2 工作能力

（1） 除了完成掌子面的開挖打孔處理外，諸如錨桿以及管棚都可以進(jìn)行打孔施工。

（2） 在進(jìn)行水平孔施工時(shí)，往上距地面最大高度12 m，往下距地面最大深度2 m；此外，在進(jìn)行徑向孔施工時(shí)，與地面的間距需要控制在20 m以內(nèi)。

2.3 配套設(shè)施

（1） 采用的是高壓進(jìn)洞的原則，設(shè)備工作電壓以380 V為宜；對于單臺鑿巖臺車而言，其產(chǎn)生的總功率為178 kW。

（2） 確保水壓達(dá)到4 kg水平，此外，主管的直徑至少應(yīng)達(dá)到80 mm；對于鑿巖臺車而言，其各個(gè)分管的直徑至少應(yīng)達(dá)到35 mm。

（3） 任何一臺鑿巖臺車都需要配備4名工作人員，其中有1名負(fù)責(zé)現(xiàn)場指揮，余下的則進(jìn)行實(shí)際操作[2]。

2.4 測量放線

做好測量放線工作，此環(huán)節(jié)需要使用到全站儀設(shè)備，由此提升開挖輪廓的精確性，并需要標(biāo)記出開挖輪廓與炮眼的具體位置。為了醒目，以紅色油漆為宜。安排人員做好對輪廓線的測量工作，并做出相應(yīng)標(biāo)記，這些均是后續(xù)三臂鑿巖臺車得以順利施工的必要基礎(chǔ)。

3 三臂鑿巖臺車的施工

其工藝流程見圖2。

圖2 工藝流程圖

3.1 鉆爆設(shè)計(jì)

3.1.1 爆破材料

控制好炸藥的種類與藥卷的直徑，在本工程中選用的是二號巖石乳化炸藥，在展開光面爆破施工時(shí)，邊孔部分的藥卷直徑應(yīng)達(dá)到32 mm。

3.1.2 掏槽形式及裝藥結(jié)構(gòu)

關(guān)于掏槽眼的布置，以4排對稱的形式為宜，確保周邊孔與輔助孔二者的孔底能夠處于同一垂面上。基于提升爆破效果的目的，需要對周邊孔進(jìn)行合理的優(yōu)化，即將其綁扎在竹片+導(dǎo)爆索結(jié)構(gòu)之上，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行空氣間隔不禍盒裝藥結(jié)構(gòu)。

掏槽眼鉆孔：鑿巖臺車開挖掏槽方式采用楔形水平斜眼掏槽。鉆眼前，根據(jù)臺車推進(jìn)梁尾部與隧道邊墻間可調(diào)整的距離，編制爆破設(shè)計(jì)，現(xiàn)場由臺車根據(jù)炮眼布置圖跟蹤指導(dǎo)司鉆人員進(jìn)行炮眼定位。施鉆掏槽眼的2名司鉆工相互協(xié)調(diào)，在鉆眼位置、角度、眼深等方面嚴(yán)格控制。施鉆時(shí)，左右兩側(cè)2個(gè)鉆臂要步調(diào)一致，相互比較，盡量使左右兩側(cè)的炮眼對稱，符合爆破設(shè)計(jì)的要求。

輔助眼鉆孔：輔助炮眼交錯(cuò)均勻布置在周邊眼與掏槽眼之間，力求爆破出的石塊塊度適合裝碴的需要。由臺車根據(jù)炮眼布置圖指導(dǎo)司鉆人員進(jìn)行炮眼就位。施鉆時(shí)，左右兩側(cè)2個(gè)鉆臂要步調(diào)一致，相互比較，盡量使左右兩側(cè)的炮眼對稱，符合爆破設(shè)計(jì)的要求。

鑿巖臺車開挖鉆孔采用三臂鑿巖臺車鉆孔，鉆孔Ф45 mm，炸藥采用Ф32 mm的乳化炸藥。炮孔眼口均采用砂與黏土合制的炮泥堵塞。

炸藥選用低密度低爆速、低猛度的炸藥。采用2號巖石乳化炸藥，非電毫秒雷管起爆，采用微差爆破；周邊眼采用乳化炸藥，導(dǎo)爆索起爆，以減小起爆時(shí)差。

3.1.3 炮眼數(shù)量

關(guān)于上臺階掏槽眼，需要將其孔口距離控制在50～80 cm范圍內(nèi)，所得到的孔深以2.2 m為宜，共需要設(shè)置16個(gè)炮眼。關(guān)于輔助眼，首排與后續(xù)各排的間距存在差異，前者為50 cm，后者稍有加深，為60 cm。周邊眼數(shù)量需要達(dá)到54個(gè)，需要將其炮眼間距控制在40 cm水平，所得到的孔深以2 m為宜。以底眼為基礎(chǔ)，由此進(jìn)行開挖面打眼，二者應(yīng)處于高度垂直的關(guān)系。

3.2 臺車作業(yè)

本工程中采用的是鉆爆法，在對上臺階進(jìn)行施工作業(yè)時(shí)，需要使用到自制簡易臺車設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，綜合使用三臂鑿巖臺車展開施工；在對下臺階進(jìn)行施工時(shí)，則需要使用到4臺風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，其數(shù)量以4臺為宜。通常來說，掌子面都會存在一些不平整現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)當(dāng)確保眼底共處于相同的平面上，每結(jié)束單個(gè)孔鉆鑿施工后，都需要對其進(jìn)行水霧清理。避免碎石等雜物堆積孔底的現(xiàn)象，這也是后續(xù)施工得以順利進(jìn)行的必要基礎(chǔ)。

當(dāng)結(jié)束右半面底板的鉆眼施工后，則需要分配不同的機(jī)械臂，具有針對性的展開施工作業(yè)，其中1號與3號分別需要進(jìn)行上下兩部分的周邊眼鉆進(jìn)行處理，而2號則需要進(jìn)行掏槽眼的處理。需要注意的是，在鉆孔過程中，兩個(gè)作業(yè)臂不可以在同一垂面上同時(shí)工作，否則將會受到上方鉆擾的影響，甚至?xí)l(fā)巖塊掉落現(xiàn)象。對此，在鉆進(jìn)施工時(shí)應(yīng)當(dāng)高度關(guān)注如下幾點(diǎn)： （1） 在圍繞上臺階以及掌子面區(qū)域進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，受上循環(huán)爆破的影響，往往會預(yù)留下一些不平整的開挖面，此時(shí)鉆頭鉆進(jìn)難度明顯增加。為了解決這一問題，在施工中需要沿著弧面以低沖擊的方式擴(kuò)開一個(gè)淺孔，在確保無誤后方可展開后續(xù)鉆進(jìn)施工。 （2） 在鉆進(jìn)施工時(shí)，如果鉆進(jìn)方向發(fā)生了改變，則容易引發(fā)卡鉆現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)暫停鉆進(jìn)施工，做好清理工作后再次選取合適的眼位。以掌子面圍巖的實(shí)際情況為基準(zhǔn)，由此確定出合適的開眼位置，并對輔助眼的間距做以調(diào)整處理。 （3） 如果鉆進(jìn)方向出現(xiàn)了偏移，那么則需要以低沖擊的方式緩慢進(jìn)行施工，以便隨時(shí)檢查鉆進(jìn)方向；如果周邊圍巖特性較差，那么也需要以低沖擊、低推進(jìn)的方式進(jìn)行。

3.3 通風(fēng)出渣

為了確保隧道施工區(qū)域內(nèi)具有足夠良好的環(huán)境，就必須引入壓入式風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)作業(yè)。一旦完成爆破施工后，需要在第一時(shí)間進(jìn)行通風(fēng)排煙處理，當(dāng)達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)后方可繼續(xù)進(jìn)行推進(jìn)，確保自卸車的運(yùn)輸效率，以便滿足生產(chǎn)需求。對于上臺階部分而言，需要使用到2臺裝載機(jī)，在此基礎(chǔ)上配備自卸車進(jìn)行輔助作業(yè)；而對于下臺階而言，則需要使用到1臺挖掘機(jī)設(shè)備，在自卸車的輔助下完成出渣。

3.4 施工措施

（1） 做好施工準(zhǔn)備工作，應(yīng)當(dāng)圍繞設(shè)備特性、工程需求等多方面因素制定出可行的管理制度。需要對工程施工人員進(jìn)行培訓(xùn)，增強(qiáng)其安全意識，提升其專業(yè)技能水平。配件數(shù)量應(yīng)足夠充足，每結(jié)束一班施工后均需要安排人員及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，確保臺車能夠長期處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)[3]。后一班在開工之前，需要對上一次的開挖質(zhì)量做以檢驗(yàn)，分析其中的不足并采取可行的對策。為鑿巖臺車提供足夠的電壓支持。臺車對水量提出了較高的要求，需要為之提供足夠的水量，以便進(jìn)行鉆孔施工以及降溫操作，從而抑制揚(yáng)塵現(xiàn)象，通常情況下耗水量介于15～20 m3/h區(qū)間內(nèi)。需要在洞口區(qū)域設(shè)置一個(gè)高位蓄水池，同時(shí)應(yīng)在掌子面區(qū)域適配水泵。基于提升臺車鉆孔質(zhì)量的目的，需要在掌子面區(qū)域設(shè)置3個(gè)甚至更多的控制點(diǎn)，當(dāng)臺車到達(dá)指定位置后便可以展開自動(dòng)建站以及復(fù)核工作。

（2） 為了加快工程進(jìn)度，應(yīng)嚴(yán)格控制好裝藥孔與鉆孔的間距，其至少需要達(dá)到3 m，以便二者可以同時(shí)進(jìn)行施工作業(yè)。

（3） 當(dāng)鉆好炮眼后，極容易受到泥石等雜質(zhì)的遮擋，因此標(biāo)記工作至關(guān)重要。當(dāng)使用三臂鑿巖臺車進(jìn)行施工時(shí)，諸如鉆頭、鉆桿等都是高損耗產(chǎn)品，考慮到工程成本等方面的需求，需要做好如下幾點(diǎn)：嚴(yán)格控制設(shè)備使用費(fèi)用；做好對三臂鑿巖臺車的保養(yǎng)工作；提升操作人員的綜合素質(zhì)，增強(qiáng)操作規(guī)范性；創(chuàng)建設(shè)備管理小組，做好日常的調(diào)度、檢修與評估工作；建立檔案，當(dāng)后續(xù)發(fā)生故障后可以有據(jù)可循；準(zhǔn)備適量的配件，確保型號的一致性。

4 結(jié)語

當(dāng)前，隧道工程正在大規(guī)模展開，其已經(jīng)具備了機(jī)械化施工水平，三臂鑿巖臺車是極為重要的設(shè)備，它的施工速度較快，在不影響質(zhì)量的前提下能夠發(fā)揮出更為優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)效益，有助于隧道洞身開挖支護(hù)的進(jìn)行?？傮w來說，三臂鑿巖臺車開挖施工技術(shù)具有高度可行性，其未來發(fā)展前景良好。