淺析三臂鑿巖機在特長隧道施工中的應(yīng)用

臧健 孫安濱

摘? 要：近年來，我國公路隧道施工應(yīng)用大型特種隧道專用施工機械已經(jīng)成為行業(yè)趨勢，其使用經(jīng)驗也越來越成熟，相比較于傳統(tǒng)的人工鉆爆法施工，三臂鑿巖機具有“安全、高效、經(jīng)濟”等綜合優(yōu)勢。本文以新疆G575線巴哈公路建設(shè)項目“東天山”特長隧道為例，介紹了三臂鑿巖機在具體施工中的應(yīng)用，以期為相關(guān)施工提供參考。

關(guān)鍵詞：三臂鑿巖機;特長隧道;綜合效益

中圖分類號：U455? 文獻標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）08-0000-00

0引言

G575線巴哈公路項目是新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃的五橫七縱的重要組成部分，“東天山”特長隧道是橫穿天山的項目主體工程?！皷|天山”特長隧道設(shè)計為左右分離式特長隧道，左線起訖樁號為：ZK8+809～ZK20+576，左線長度11767m;右線起訖樁號為：K8+783～K20+558，右線長度11775m，是全線的重點、難點工程。

施工期內(nèi)隧道進出口段均采用三臂鑿巖機進行開挖施工，均已取得良好的綜合效益。

1緊密結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報，合理確定隧道開挖工法

“東天山”特長隧道穿越的天山東部的隧址區(qū)域地質(zhì)條件十分復(fù)雜，根據(jù)工程地質(zhì)勘查材料，隧道通過區(qū)域通常會出現(xiàn)以下幾方面問題：局部斷層十分發(fā)育;連續(xù)長大段落會通過第四系松散層，松散層的掌子面含水率、塑性狀態(tài)等具有很大的差異性，自穩(wěn)能力嚴(yán)重不足;多次穿越含水淺埋溝谷，容易出現(xiàn)突涌水、坍塌、冒頂現(xiàn)象;隧道通過的巖石復(fù)雜，局部連續(xù)處在第四系和基巖的接觸面，隧道施工擁有很大的風(fēng)險;隧道施工期限和現(xiàn)場預(yù)報工作之間存有互相干擾[1]。

“東天山”特長隧道的工程量大，對于施工期限以及安全施工提出很高要求，而對于地質(zhì)災(zāi)害與特殊工程地質(zhì)問題的防治和預(yù)報而言其發(fā)揮著尤為重要的作用，所以在具體施工中，要事先探測后挖掘，如果不明確，一定不要挖掘，最大限度的降低災(zāi)害性、突發(fā)性事件，避免安全事故的出現(xiàn)，為施工的安全性提供保障，進而確保施工期限。

1.1超前地質(zhì)預(yù)報的主要內(nèi)容

（1）斷層破碎帶及影響帶、節(jié)理裂隙密集帶的位置、規(guī)模和產(chǎn)狀預(yù)報;

（2）不良地質(zhì)體發(fā)育位置、方向及規(guī)模大小;

（3）隧道涌水或涌泥的預(yù)報，其中涵蓋水量、涌水（涌泥）位置的預(yù)報;

（4）隧道圍巖級別變化及其分布位置的預(yù)報;

（5）第四系地層的物質(zhì)組成、富水性、塑性狀態(tài)等相關(guān)預(yù)報。

1.2確定開挖工法

Ⅲ級圍巖、IV級圍巖情況較好地段采用全斷面法開挖（全段落采用三臂鑿巖機）、IV級圍巖情況較差地段及V級圍巖情況較好地段采用微臺階法開挖（大部分段落采用三臂鑿巖機），V級圍巖情況較差采用三臺階開挖（人工鉆爆法）。

三臂鑿巖機進尺要求：Ⅲ級圍巖每循環(huán)進尺不大于4m，IV級圍巖每循環(huán)進尺不大于3m，V級圍巖采用人工鉆爆法施工，每循環(huán)進尺不大于1m。開挖施工堅持“預(yù)報超前，治水先行、管超前、嚴(yán)注漿、短進尺、強支護、勤量測、速反饋、控變形”的施工原則。隧道開挖采用精密全站儀控制中線、標(biāo)高，出渣采用挖掘機、裝載機配和自卸汽車出渣[2]。

1.3施工工藝流程

“東天山”特長隧道遵循新奧法隧道施工理念，采取鉆爆法開挖，開挖斷面施工工藝流程圖見圖1。

2三臂鑿巖機應(yīng)用成本分析

以“東天山”隧道進口段為例，在主洞投入兩臺阿特拉斯科普柯BOOmerL3D三臂鑿巖機，其中一臺加裝FAM3電腦系統(tǒng)，兩臺機械設(shè)備總價值1758萬元。三臂鑿巖機機械化施工成本核算（即為三臂鑿巖機開挖成本核算）分析通過人、材、機等劃分原則，主要分為以下四部分[3]。

（1）人工費：主要由三臂鑿巖機的臺車操作手、輔助人員、爆破裝藥人員費用組成。

自2018年3月28日三臂鑿巖機投入使用至2018年10月20日期間，共計發(fā)生1422567元人工費用。（2）設(shè)備維保、耗材費：主要包含設(shè)備日常維護保養(yǎng)、各種易耗品配件以及用電、燃油費等。包括設(shè)備輪胎修補、電器元件更換、機油、黃油、COP油更換、鉆頭、鉆桿、尾釬、行走用柴油、施工用電等。三臂鑿巖臺車投入使用至今每個作業(yè)班組現(xiàn)場收集的三臂鑿巖臺車耗材、配件使用原始數(shù)據(jù)，核算出IVb圍巖等級下對應(yīng)維保、耗材費用總計689554.98元，合計開挖施工時的成本單價為7.49元/m3。（3）爆破費：主要為爆破材料費及爆破后勤管理費。核算后開挖整體爆破費用每方單價為33.87元/m3。（4）設(shè)備攤銷費。兩臺三臂鑿巖臺車總價值為1758萬元，按照10年折舊后殘值為零、本項目按攤銷48個月計算，主洞預(yù)計開挖總方量969817.25m3。開挖每方的攤銷費用為7.25元/ m3。

在IVb級圍巖中，三臂鑿巖機鉆爆開挖施工綜合成本單價為64.06元/ m3。即人工費用（單價15.45元/ m3）+設(shè)備維保、耗材費（單價7.49元/m3）+爆破費用（每方單價33.87元/m3）+設(shè)備攤銷費用（單價7.25元/ m3）總計64.06元/ m3。

3三臂鑿巖機應(yīng)用工效成本分析

機械、人工鉆爆施工工效對比表，如表1所示。

4三臂鑿巖機應(yīng)用施工安全狀態(tài)分析

每臺三臂鑿巖機配置操作手2人，輔助人員2人，對比人工鉆爆法全斷面鉆孔作業(yè)時通常配置13～15人，大幅減少開挖作業(yè)時段掌子面作業(yè)人員數(shù)量，極大程度上降低了施工風(fēng)險因素。在實現(xiàn)機械化作業(yè)代替人工作業(yè)的同時，雙機工效用時明顯縮減，也降低了掌子面位置施工人員、機械的作業(yè)用時，減少安全風(fēng)險暴露時間，有效保證施工的安全狀態(tài)。

5結(jié)語

新疆G575線巴哈公路項目“東天山”特長隧道施工中采用了先進的機械化隧道配套設(shè)備，如多功能三臂鑿巖機、大型濕噴機、自行式液壓仰拱棧橋、自動掛布一體機、二襯行走臺車、自動噴淋養(yǎng)護臺車等，為長大公路隧道施工在安全、質(zhì)量、進度等方面的高標(biāo)準(zhǔn)進行進行了探索。特別是多功能三臂鑿巖機的成功應(yīng)用，填補了新疆維吾爾自治區(qū)內(nèi)公路隧道施工史上的一項空白，并凸顯出良好的綜合效益。綜上所述，多功能三臂鑿巖機在長大隧道施工技術(shù)應(yīng)用中具有“安全、高效、經(jīng)濟”等綜合優(yōu)勢。

參考文獻

[1]梅元貴，張成玉，周朝暉，等.單列高速列車通過特長隧道時耳感不適問題研究[J].機械工程學(xué)報，2015，51（14）：100-107.

[2]李東華.高速鐵路隧道三臂鑿巖臺車實用性研究[J].工程技術(shù)研究，2020，5（18）：127-128.

[3]付宏平，郭際明，張正祿.特長隧道貫通誤差預(yù)計方法研究[J].測繪通報，2015（2）：80-83.

收稿日期：2020-06-15

作者簡介：臧?。?988—），男，吉林長春人，本科，工程師，研究方向：公路橋梁技術(shù)。