三臂鑿巖臺(tái)車(chē)在隧道中心深埋水溝開(kāi)挖施工中的應(yīng)用

王 康

（中鐵七局集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450000）

1 工程概況

1.1 阿拉套山隧道概況

阿拉套山隧道為新建博州支線(xiàn)鐵路控制性工程，為單線(xiàn)隧道，起訖里程為D1K1+815～D1K4+400，全長(zhǎng)2585m。隧區(qū)位于阿拉套山南麓丘陵區(qū)，地形起伏，隧道通過(guò)區(qū)地勢(shì)呈中間高，兩邊低，海拔高程220～310m，最大埋深83.1m。沿隧道分布地層主要為第四系全新統(tǒng)洪積細(xì)角礫土及泥盆系上統(tǒng)砂巖，其中洞口部分為Ⅳ、Ⅴ圍巖，洞身部分為Ⅲ級(jí)圍巖。

1.2 隧道中心深埋水溝設(shè)計(jì)概況

阿拉套山隧道通長(zhǎng)設(shè)置中心深埋水溝，水溝采用預(yù)制直徑φ800mm、壁厚80mm的鋼筋混凝土管,管頂面距內(nèi)軌頂2.87m，大于當(dāng)?shù)刈畲髢鼋Y(jié)深度1.1m。鋼筋混凝土管采用承插式口管，管接口采用滑動(dòng)就位橡膠圈密封，施工碎石反濾層前將環(huán)向盲管插入水管不小于3cm。管底鋪設(shè)10～20cm碎石墊層，設(shè)置C20混凝土基座，管頂30cm以?xún)?nèi)采用C20混凝土回填固定管身。中心深埋水溝具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 阿拉套山隧道中心深埋水溝橫斷面圖

1.3 三臂鑿巖臺(tái)車(chē)主要概況

阿拉套山隧道采用阿特拉斯·科普柯Boomer XL3D三臂掘進(jìn)鑿巖臺(tái)車(chē)，采用先導(dǎo)液壓控制方式，配有三條BUT35型鉆臂，同時(shí)還配有鷹式高臂座，大大增加了斷面作業(yè)面積，適用于隧道掘進(jìn)、洞室開(kāi)挖及地下廠房開(kāi)挖等各項(xiàng)地下鑿巖工作，可進(jìn)行鉆爆孔、錨桿孔、掏槽孔、超前灌漿孔、管棚施工、裝藥、安裝錨桿、灌漿、安裝風(fēng)管等高空作業(yè)。阿特拉斯·科普柯Boomer XL3D三臂掘進(jìn)鑿巖臺(tái)車(chē)如圖2所示。

圖2 阿特拉斯·科普柯Boomer XL3D三臂掘進(jìn)鑿巖臺(tái)車(chē)

2 中心深埋水溝開(kāi)挖工藝

2.1 開(kāi)挖步驟

文章以阿拉套山隧道Ⅲ級(jí)圍巖無(wú)仰拱地段為例，具體介紹中心深埋水溝開(kāi)挖工藝，如圖3所示。第一步：三臂鑿巖臺(tái)車(chē)完成掌子面鉆眼工序；第二步：三臂鑿巖臺(tái)車(chē)退出，臺(tái)架移動(dòng)到掌子面開(kāi)始安裝炸藥；第三步：三臂鑿巖臺(tái)車(chē)在距掌子面與15～20m處開(kāi)始倒退式鉆中心深埋水溝炮眼，每循環(huán)開(kāi)挖長(zhǎng)度為3.5m，掌子面裝完藥后，繼續(xù)安裝中心水溝處炸藥；第四步：中心水溝和掌子面先后間隔起爆，中心水溝暫時(shí)不出渣，待施工到一定長(zhǎng)度后集中出渣，安裝預(yù)制管片。

2.2 爆破設(shè)計(jì)

Ⅲ級(jí)圍巖無(wú)仰拱地段中心深埋水溝采用全斷面深孔預(yù)裂爆破，中心水溝頂寬2.27m，底寬1.1m，深度3.3m，斷面面積為4.9m2。掏槽眼采用正向連續(xù)裝藥起擴(kuò)孔和產(chǎn)生臨空面的作用；輔助眼采用反向間隔裝藥起破碎巖體擴(kuò)槽作用；周邊眼采用小藥卷反向間隔裝藥起到控制開(kāi)挖輪廓的作用，并加深10cm確保水溝爆破深度。炮眼裝藥量宜根據(jù)圍巖具體情況確定，施工過(guò)程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。中心深埋水溝炮眼設(shè)計(jì)圖如圖4所示，裝藥結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

2.3 開(kāi)挖控制要點(diǎn)

（1）合理組織工序，水溝開(kāi)挖作業(yè)應(yīng)在掌子面裝藥的時(shí)候進(jìn)行，不影響掌子面循環(huán)時(shí)間，水溝應(yīng)在掌子面前面起爆，防止掌子面洞渣覆蓋水溝影響水溝爆破效果。

（2）嚴(yán)格進(jìn)行測(cè)量復(fù)核交底，每循環(huán)開(kāi)挖前要進(jìn)行施工測(cè)量，對(duì)中心水溝深度及寬度進(jìn)行有效控制，在隧底用油漆標(biāo)出水溝開(kāi)挖開(kāi)口線(xiàn)及炮眼的準(zhǔn)確位置。

圖3 Ⅲ級(jí)圍巖無(wú)仰拱地段掌子面與中心深埋水溝開(kāi)挖示意圖

圖4 Ⅲ級(jí)圍巖無(wú)仰拱地段中心深埋水溝炮眼設(shè)計(jì)圖

圖5 裝藥結(jié)構(gòu)圖

（3）現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)配備滿(mǎn)足三臂鑿巖臺(tái)車(chē)作業(yè)的電壓及水壓，操作手能夠熟練控制臺(tái)車(chē)，確保鉆眼的精度，角度偏差不大于2°，位置偏差不大于1cm。

（4）中心水溝鉆孔前應(yīng)對(duì)隧底作業(yè)面的虛渣進(jìn)行清理，防止虛渣堵塞炮孔。

（5）三臂鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔過(guò)程中要及時(shí)清理孔內(nèi)排出的粉渣，每鉆完1個(gè)孔鉆桿退出后立即采用同直徑的PVC管插入炮孔，防止塌孔。

（6）嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行鉆眼、裝藥、連線(xiàn)，裝藥連線(xiàn)應(yīng)固定專(zhuān)人進(jìn)行，炮泥堵塞不小于10cm，起爆網(wǎng)絡(luò)連接完畢后爆破員應(yīng)仔細(xì)檢查，確保無(wú)誤后方可起爆。

（7）起爆完，通風(fēng)15min之后爆破員才能進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)檢查爆破情況，有無(wú)盲炮。處理盲炮應(yīng)嚴(yán)格按《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-2014）執(zhí)行。

（8）無(wú)仰拱地段水溝深度達(dá)3.27m，受深度及臨空面影響，部分圍巖較完整，石質(zhì)較硬地段，水溝底部約1m范圍內(nèi)圍巖外拋效果較差，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配備機(jī)械開(kāi)挖設(shè)備，鑿除水溝底部已爆破的松散圍巖。

3 三臂鑿巖臺(tái)車(chē)開(kāi)挖中心水溝的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）與手持風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)對(duì)比。①風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)無(wú)法鉆豎向孔，三臂鑿巖機(jī)可以自由控制角度。②風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)采用分臺(tái)階水平抬炮，工序復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，三臂鑿巖臺(tái)車(chē)采用深孔預(yù)裂爆破，中心水溝一次成型。③風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)開(kāi)挖超欠挖難以控制，若超挖過(guò)大會(huì)嚴(yán)重影響隧道施工安全質(zhì)量和施工成本，如圖6所示。三臂鑿巖臺(tái)車(chē)鉆眼角度精確，通過(guò)預(yù)裂爆破可以有效控制超欠挖。④三臂鑿巖臺(tái)車(chē)可以減少鉆眼作業(yè)人員，極大提高作業(yè)安全，是未來(lái)隧道機(jī)械化施工的趨勢(shì)。

（2）與潛孔鉆對(duì)比。①三臂鑿巖臺(tái)車(chē)可以三臂同時(shí)鉆孔，如圖7所示，且鉆孔速度是潛孔鉆的2倍以上，總體工效達(dá)5倍以上。②潛孔鉆一般是干鉆，鉆孔過(guò)程中粉塵過(guò)大，導(dǎo)致其他工序無(wú)法進(jìn)行，而三臂鑿巖臺(tái)車(chē)采用濕鉆，鉆孔過(guò)程中無(wú)粉塵。③三臂鑿巖臺(tái)車(chē)鉆完孔后，孔內(nèi)基本滿(mǎn)水符合水壓爆破的原理，爆破能量通過(guò)介質(zhì)水傳播并撕裂圍巖，爆破效果較好，可以減少炸藥用量，降低爆破煙塵。

3.2 缺點(diǎn)

（1）三臂鑿巖臺(tái)車(chē)前期一次性投入較大，需要配套一定外接電壓和水壓。

圖6 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)爆破超挖圖

圖7 三臂鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔圖

（2）三臂鑿巖臺(tái)車(chē)需要熟練的操作手和相關(guān)維護(hù)保養(yǎng)人員，對(duì)作業(yè)維護(hù)及管理人員的素質(zhì)要求較高。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章以新疆博州支線(xiàn)阿拉套山隧道為例，詳細(xì)、系統(tǒng)介紹了三臂鑿巖臺(tái)車(chē)在隧道中心深埋水溝開(kāi)挖施工中的應(yīng)用，包括總體開(kāi)挖步驟、爆破設(shè)計(jì)、開(kāi)挖控制要點(diǎn)，并和傳統(tǒng)的風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)、潛孔鉆進(jìn)行對(duì)比，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，得出結(jié)論：采用三臂鑿巖臺(tái)車(chē)可以有效提高工效，加快進(jìn)度，降低成本，確保安全質(zhì)量，可以為后續(xù)類(lèi)似工程施工提供一定借鑒。