三臂鑿巖臺車在特長隧道施工中的應(yīng)用及控制要點分析①

王閱章 李鳴 宿成智 張立爽 閆少澤

(中交路橋建設(shè)有限公司 北京 101121)

近年來，隨著我國交通運輸行業(yè)的飛速發(fā)展，公路、鐵路等重要的基礎(chǔ)設(shè)施被大量修建。發(fā)達地區(qū)所處的沿海平原地區(qū)修建公路、鐵路較內(nèi)地復(fù)雜山區(qū)環(huán)境容易得多，尤其在我國西南的云、貴、川等地區(qū)，往往呈現(xiàn)地勢險峻、溝壑縱橫的起伏地貌，公路和鐵路在修建過程中需要進行架橋、挖隧道等，這在一定程度上增加了工程施工的難度。隨著現(xiàn)代科技發(fā)展，先進的技術(shù)、設(shè)備不斷運用到工程建設(shè)中，這為項目施工帶來了便利。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國已成為世界上隧道建設(shè)較多的國家之一，根據(jù)地勢環(huán)境的不同，往往需要修建長且大的隧道，而隧道掘進通常使用全斷面開挖，同時，采用全智能化的電腦隧道多臂鑿巖臺車進行機械化開挖是隧道鉆爆法施工中最先進方式，它不僅能夠提高施工效率，還能提高施工的安全，對施工環(huán)境也有較好的改善。因此，本文以重慶城口（陜渝界）至開州高速公路B1標(biāo)雞鳴特長隧道為依托，對多臂臺車在特長隧道施工中的技術(shù)要點進行分析，其研究對雞鳴山特長隧道工程的順利推進具有重要意義。

1 工程概況

圖1 施工工藝

雞鳴隧道進口位于重慶市城口縣蓼子鄉(xiāng)梨坪村松林坡南面斜坡，出口位于重慶市城口縣雞鳴鄉(xiāng)雙岔河附近。該隧道為雙向四車道高速公路隧道。Ⅲ級圍巖占隧道總長的17.51%，Ⅳ級圍巖占隧道總長的72.40%，Ⅴ級圍巖占隧道總長的10.09%。隧址區(qū)屬高中山構(gòu)造溶蝕，侵蝕地貌，以構(gòu)造作用為主，具有強烈的剝蝕、溶蝕切割作用和部分冰川刨蝕作用，區(qū)域上按構(gòu)造形式分類為褶皺斷塊山。隧道穿越的主要地質(zhì)構(gòu)造有：興隆坡-黃家?guī)r背斜、棒棒梁-貓耳背復(fù)向斜、瓦廠坡-大院子背斜、鄭家溝向斜、團城-雙河背斜、學(xué)堂咀-王家灣向斜。穿越的斷裂構(gòu)造為簸箕凼-大埡口斷層。隧址區(qū)分布地層主要為寒武系、奧陶系、志留系、二疊系、三疊系地層及第四系殘坡積，碳酸鹽巖及占隧道總長度約55%。

2 雞鳴特長隧道開挖控制難點

（1）地勢復(fù)雜，存在較多不良地質(zhì)現(xiàn)象。通過前期地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)，雞鳴隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部含有溶洞、瓦斯等，且部分溶洞屬于隱伏溶洞，很難被預(yù)測和發(fā)現(xiàn)，施工過程中可能發(fā)生隧道涌水，需要在施工過程中做好排水措施。其次隧道瓦斯也及有可能溢出，瓦斯泄露遇見明火容易引起爆炸，嚴(yán)重的會造成人員傷亡和隧道垮塌，要做好監(jiān)測與隧道通風(fēng)。

（2）隧道圍巖主要為Ⅳ級、Ⅴ級，其質(zhì)量較差，掌子面開挖時圍巖穩(wěn)定性較差，當(dāng)掌子面擠出的位移超過一定限額時極有可能發(fā)生圍巖失穩(wěn)，出現(xiàn)巖體崩塌，隧道垮塌等現(xiàn)象，對施工設(shè)備和人員安全都會造成較大影響。需要對隧道進行邊開挖邊支護，并做好位移監(jiān)測。

（3）由于雞鳴隧道屬于特長隧道，其施工工期較長，需要控制好隧道內(nèi)的通風(fēng)。隧道內(nèi)形成的是雙向四車道，開挖斷面大，常規(guī)的施工方法在一定程度上很難滿足大型機械施工的需要，因此需要創(chuàng)新施工工藝，優(yōu)化施工設(shè)備。

3 三臂鑿巖臺車特點

3.1 基本信息

雞鳴特長隧道開挖使用全智能 ZYS113 三臂鑿巖臺車，外觀尺寸較大，屬于大型隧道施工機械。其主要參數(shù)為：長17.8m，寬2.9m，高3.6～5.2m，工作斷面達到11.6×16.3m2，其轉(zhuǎn)彎半徑為13.2m，總體質(zhì)量為50t。包含底盤、鉆臂、吊籃、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、水系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、推進器、鑿巖機等。

3.2 技術(shù)特點

（1）為了滿足隧道施工環(huán)保要求，確保隧道開挖過程中隧道內(nèi)空氣狀態(tài)良好，電腦三臂鑿巖臺車鑿巖動力為高壓電。施工時要求變壓器距離掌子面不能超過500m，一臺三臂鑿巖臺車施工要求變壓器應(yīng)為500kVA以上，兩臺三臂鑿巖臺車同時施工要求變壓器應(yīng)為800kVA以上。

（2）全電腦鑿巖臺車要求高壓水壓力為4～10 bar，流量300L/min。根據(jù)現(xiàn)場水源情況以及隧道坡度情況（正洞、平導(dǎo)及橫洞施工坡度較小，斜井坡度較大且一般為下坡），現(xiàn)場高壓用水一般要分為高處蓄水池供水和洞口蓄水池供水兩種情況。

（3）電腦鑿巖臺車鉆孔采用水鉆，鉆孔過程中會有水流出，因此在上坡隧道施工時應(yīng)挖好排水溝，把污水排至洞外。在下坡隧道施工時，現(xiàn)場應(yīng)做好集水坑，用水泵把污水抽至洞外排放。

（4）現(xiàn)場提前在掌子面附近安排鑿巖臺車會車道，掌子面開挖前提前把鑿巖臺車開到掌子面附近準(zhǔn)備，減少鑿巖臺車準(zhǔn)備時間。

（5）在以往的工程中，常采用人工手持鑿巖機進行鉆孔，三臂臺車鉆孔與人工鉆孔相比有明顯的不同特點和優(yōu)勢。人工鉆孔不能精確控制，其產(chǎn)生的爆破效果遠(yuǎn)不如臺車開挖形成的爆破，而臺車開挖能夠大大降低開挖后噴射混凝土的量，且能實現(xiàn)開挖爆破過程中的環(huán)保、經(jīng)濟、安全和高效。

4 特長隧道中臺車施工措施及要點控制

4.1 施工要點控制

（1）根據(jù)臺車施工技術(shù)要點，其施工工藝如圖1所示。

（2）爆孔設(shè)置。爆孔需要根據(jù)鑿巖臺車臂架擺動角度、隧道的凈空、現(xiàn)場圍巖情況以及現(xiàn)場毫秒雷管的段位等綜合考慮。由于隧道爆破施工需要在圍巖擾動后進行動態(tài)調(diào)整，因此，隧道爆破屬于動態(tài)管理。同時為了減小爆破對圍巖及周邊其他環(huán)境的擾動，要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件合理選擇爆孔距，將輔助爆孔與其交替均勻布置。實施爆破后，相關(guān)人員應(yīng)及時到現(xiàn)場查看爆破效果，若爆破效果不佳應(yīng)及時分析原因，不斷的對爆破設(shè)計進行優(yōu)化和調(diào)整，優(yōu)化出爆孔最少但是爆破效果最佳的爆破設(shè)計。

（3）裝藥控制。爆孔裝藥時要嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范實施，不能由施工人員憑經(jīng)驗自行裝藥。一般而言，在隧道開挖中遇Ⅲ級圍巖周邊眼間距為40cm，應(yīng)采取隔孔間隔裝藥，且單孔的裝藥含量不能超過3節(jié)。如果遇到Ⅵ級圍巖周邊眼間距40cm，單孔藥量不超過1.5節(jié)。當(dāng)設(shè)置V級圍巖周邊眼間距 30cm時，這類圍巖較軟弱，應(yīng)采取多打眼來使巖體進行分割，形成破碎結(jié)構(gòu)面，同時爆孔中應(yīng)少裝藥，利用炸藥的微爆作用可減小對周邊圍巖的擾動，這在一定程度上可保持圍巖的穩(wěn)定性。在爆破中若遇到圍巖變形較為集中，含大量軟弱圍巖，則可以多的進行鉆孔，不進行裝藥爆破，充分利用爆孔切割巖體，在其他爆孔爆破后依靠應(yīng)力擠壓使圍巖分裂，這樣也能較好的保護圍巖。

（4）鑿巖臺車鉆孔施工時要控制好鉆機推進壓力、沖擊壓力、旋轉(zhuǎn)壓力、鉆機鉆進速度等幾個關(guān)鍵因素。同時，施工前要把隧道設(shè)計中心線（或者隧道標(biāo)準(zhǔn)線）平曲線的幾個控制點對應(yīng)的設(shè)計坐標(biāo)以及豎曲線的相關(guān)參數(shù)導(dǎo)入電腦三臂鑿巖臺車，確定隧道線路走向和坡度。

（5）現(xiàn)場定位坐標(biāo)點埋設(shè)。電腦鑿巖臺車定位原理類似于測量的后方交匯法，因此現(xiàn)場在鑿巖臺車施工前需要在掌子面后方已經(jīng)完成初期支護的邊墻上埋設(shè)三個坐標(biāo)點，坐標(biāo)點埋設(shè)高度以方便人工操作及通視空間良好為準(zhǔn)，坐標(biāo)點埋設(shè)距離以10～15m為佳，現(xiàn)場可根據(jù)實際情況做輕微調(diào)整。坐標(biāo)點埋設(shè)有鑿巖臺車專用基座，人工手持電鉆鉆對應(yīng)基座大小的孔，人后把基座埋入到鉆好的孔內(nèi)，確保埋入的基座穩(wěn)定即可。基座埋入好后根據(jù)專用的鑿巖臺車標(biāo)靶進行測量坐標(biāo)。此步驟應(yīng)注意三點：第一點是坐標(biāo)點基座必須埋設(shè)穩(wěn)定牢固，不能輕易的造成坐標(biāo)點移動或者損壞；第二點是提供的定位坐標(biāo)點的坐標(biāo)必須和前面導(dǎo)入電腦鑿巖臺車中心線的坐標(biāo)在一個坐標(biāo)系統(tǒng)以內(nèi)（隧道坐標(biāo)一般有一個設(shè)計坐標(biāo)，現(xiàn)場測量為了測量方便會建立一個施工小坐標(biāo)），若兩個坐標(biāo)不在一個坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)，電腦鑿巖臺車無法定位；第三點是隨著掌子面的跟進應(yīng)及時跟進坐標(biāo)點，坐標(biāo)點基座可以鑿出重復(fù)利用。

4.2 安全要點控制

（1）鑿巖臺車屬于大型隧道施工設(shè)備，停放位置的地基基礎(chǔ)應(yīng)穩(wěn)定，禁止把鑿巖臺車停放在邊坡失穩(wěn)或者有失穩(wěn)征兆的地面附近，并且停放臺車的場地最好采用混凝土硬化。停車場地周圍排水應(yīng)通暢，防止地基被水浸泡后下沉，有條件的工地最好搭設(shè)專用的鑿巖臺車停車棚，滿足標(biāo)準(zhǔn)化施工要求并且方便鑿巖臺車日常維護。

（2）鑿巖臺車停放后必須把支腿升好，確保鑿巖臺車平衡。如果現(xiàn)場場地受限必須停在未硬化的地面上時，支腿下應(yīng)墊枕木或者鋼板。

（3）在鑿巖臺車行使之前，操作人員應(yīng)提前查勘道路的寬度、道路路面情況、道路邊坡穩(wěn)定情況、需要穿越建（構(gòu)）筑的凈空、轉(zhuǎn)彎半徑等是否滿足電腦鑿巖臺車行駛要求，如果道路路況存在安全隱患應(yīng)禁止通行。

（4）鑿巖臺車鉆孔過程中嚴(yán)禁閑雜人員在鑿巖臺車臂架下行走，堵底板炮孔的人員應(yīng)在鉆孔完成且臂架停止工作后進行堵孔。若需要在掌子面緊急維修時，應(yīng)停止臂架作業(yè)并且把出現(xiàn)故障的臂架移動到與另外兩個臂架不干擾的位置，方可進行維修作業(yè)，并應(yīng)盡量減少堵孔人員和維修人員的數(shù)量。

5 結(jié)語

隨著隧道建設(shè)工程的增多及難度增加，鑿巖臺車越來越多運用到隧道開挖施工中，能較好的滿足工程所需，可有效提高施工效率，能將環(huán)保、效率、安全等重要因素有機結(jié)合。本文以重慶雞鳴特長隧道為依托，分析了三臂臺車在特長隧道中的施工控制要點及安全注意事項，其結(jié)論可指導(dǎo)雞鳴隧道施工，對類似工程也有較好的指導(dǎo)作用。