重慶甘悅達到渝北段公路隧道單臂鑿巖臺車施工應(yīng)用研究

武浩浩

（徐州華清京昆能源有限公司，江蘇 徐州221001）

在非煤礦山巷道掘進施工中，以鑿巖臺車為主的機械化配套施工工藝以其對環(huán)境污染少、安全系數(shù)高、相對成本低、消耗能量少等優(yōu)勢，比傳統(tǒng)的隧道施工工藝有著顯著的優(yōu)勢，可有效地改善以往巷道施工存在的弊端，是在中小型礦山已經(jīng)廣泛推廣的施工設(shè)備和工藝。[1]單臂鑿巖臺車尤其適用于非煤礦山小型巷道鉆爆法施工。重慶甘悅大道地質(zhì)條件復雜，圍巖強度低，鉆孔直徑和孔深大，使單臂鑿巖臺車施工時的鉆具損耗非常大。

1 工程概況

重慶甘悅大道渝北段公路隧道設(shè)計為雙向四車道，斷面形狀如圖1 所示，項目總長2450m，隧道端面面積140m2-150m2，寬17.5m，高12.688m。隧道圍巖巖性主要為砂巖、砂質(zhì)泥巖，地質(zhì)條件復雜，包括斷層破碎帶、高巖爆風險、所在地區(qū)氣候濕潤多水，圍巖等級為Ⅳ級。

圖1 隧道下穿機場高速斷面圖

隧道前150m 需穿越機場高速，為控制風險源，不允許鉆爆法施工，項目擬采用雙側(cè)壁導坑法CRD 施工。雙側(cè)壁施工作業(yè)順序為：（1）左側(cè)壁導坑上臺階開挖初支及臨時支護（安裝鋼拱架、掛鋼筋網(wǎng)、安裝錨桿、噴混凝土）→（2）左側(cè)壁導坑下臺階開挖初支及臨時支護→（3）右側(cè)壁導坑上臺階開挖初支及臨時支護→（4）右側(cè)壁導坑下臺階開挖初支臨時支護→（5）核心土上臺階開挖及初支→（6）核心土中臺階開挖→（7）核心土下臺階開挖初支→（8）澆筑主洞仰拱及回填→（9）敷設(shè)防水板，模筑二次襯砌混凝土[2]。開挖順序如圖2 所示。

圖2 雙側(cè)壁導坑法施工順序圖

開挖過程為：采用全站儀進行測量放線，測量人員確定直掏孔布置方位，如圖3 所示。單臂鑿巖臺車鉆直掏孔（直徑Φ89mm，鉆深3m）；鉆孔完成后，由于隧道上方為機場高速路，對振動、沖擊要求嚴格，不允許爆破作業(yè)，故采用液壓劈裂機劈塊插入直掏孔，破碎圍巖；用挖掘機將破碎圍巖進一步擊碎后裝車運走。

2 單臂鑿巖臺車應(yīng)用情況

單臂鑿巖臺車整機采用直控式鉆進系統(tǒng)，具有沖擊/定位、回轉(zhuǎn)和緩沖功能，鉆孔時定位要直接、快速、準確。鉆臂具有全方位平行保持功能。四輪驅(qū)動，全液壓轉(zhuǎn)向并能實現(xiàn)緊急制動功能。主要適用于小直徑Φ48 爆破孔作業(yè)。重慶甘悅大道渝北段隧道項目采用了Φ89 深3m 大直徑大鉆深[3]。增大鉆孔直徑，導致鉆頭沖擊圍巖面積增大，施工初期出現(xiàn)了鉆具損耗過大，卡釬、鑿巖機頻繁損壞，電機功率不足等問題。由于設(shè)備與實際工況不匹配及保養(yǎng)意識單薄等問題，導致單臂鑿巖臺車故障率達到兩班一次，需對鑿巖臺車鑿巖機、鉆桿及整機液壓系統(tǒng)進行整改[4]。

2.1 鑿巖臺車技術(shù)改進

更換大功率鑿巖機、增加鑿巖機振動頻率，降低單次沖擊力。鉆桿螺紋磨損較快。每根鉆桿使用壽命約為600-700 鉆米。造成磨損較快的原因是鉆桿螺紋R32 較細，與直徑89 的鉆頭不匹配。將T38 螺紋以增加鉆桿鉆米數(shù)。選擇與配套T38 螺紋的鉆頭試驗。更換大功率電機，升級主回路，增強管路保護功能，增加水沖洗流量，降低了鑿巖機施工過程的沖擊作用力，提高了管路耐磨強度，降低了鉆具施工時產(chǎn)生的高溫損耗，提高鉆具使用壽命。

2.2 施工管理模式改進

聘用專業(yè)操作機手施工，并在施工前對設(shè)備技術(shù)性能和注意事項進行培訓；制定操作、保養(yǎng)、維護、交班檢查標準，強制執(zhí)行日、周、月度保養(yǎng)維護內(nèi)容；定期召開施工工況及設(shè)備使用情況分析會，根據(jù)圍巖變化對設(shè)備使用參數(shù)進行實施調(diào)整。

2.3 鑿巖臺車整改后施工應(yīng)用情況

經(jīng)過整改，采用鑿巖臺車鉆孔，每日臺班數(shù)三班，每班工作時間4 小時，鉆孔數(shù)量40 個，單孔完成時間2min，鑿巖機鉆孔速度＞1.5m/min，鉆孔深度3.1m，劈裂進尺3.2m，劈裂方量136m3。巷道掘進進度每日3m/min，設(shè)備故障頻率由原來的兩班一次降至1 月一次。改進后的超欠挖變化如圖3 所示?？梢姵吠谟勺畛醯?5cm 以上降至12cm 以下[3]，滿足客戶需求。

圖3 超欠挖值統(tǒng)計表

3 鑿巖臺車施工成本核算

單臂鑿巖臺車按要求完成周期5 個月的施工量，月進尺30m，共計開挖方量為42000m3。施工成本主要包括設(shè)備維保配件更換費用、油耗、電耗、水耗、鉆具消耗、設(shè)備折舊及人工成本。經(jīng)與人工鉆孔經(jīng)濟性比較，從單次循環(huán)的開挖進尺上看，采用鑿巖臺車掘進比人工開挖進尺要高1.1 米左右。就理論而言(出渣較為正常)，每天鑿巖臺車的掘進進度要高出3.3 米左右，每月則比人工開挖多掘進90 米以上。這樣不僅可以將施工工期提前4 個月，而且每個月還可節(jié)省掉各種辦公管理費用，總計的節(jié)省費用可達50 萬元以上，如表1 所示。為客戶節(jié)約成本20.5%，由于采用機械化施工，危險作業(yè)面人數(shù)大大減少，施工安全問題得到解決，提高了施工單位的社會效益。

表1 鑿巖臺車施工與人工施工經(jīng)濟性對比

4 結(jié)論

通過對重慶甘悅達到渝北段隧道單臂鑿巖臺車施工過程的應(yīng)用可知：單臂鑿巖臺車在雙側(cè)壁導坑法開發(fā)隧道的過程中存在一系列不適用當前工況的問題，經(jīng)過對液壓、電氣、鑿巖機、鉆臂、管路布置等內(nèi)容的改進，使設(shè)備在技術(shù)上滿足了大直徑深孔鉆進的需求；又通過全面的設(shè)備應(yīng)用、維護及備件管理方案的應(yīng)用保障了設(shè)備施工過程中核心部件的安全性和可靠性，采用單臂鑿巖臺車開挖隧道，在經(jīng)濟性、安全性上都比人工加小型風鉆施工有較大的優(yōu)勢，為單臂鑿巖臺車進一步應(yīng)用于小型地下通道的施工應(yīng)用提供了參考。