全電腦三臂鑿巖臺(tái)車在錦屏隧道中的開(kāi)挖應(yīng)用技術(shù)研究

王勇 蔣松余

四川省交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，中國(guó)·四川 成都 610000

1 引言

為確保隧道施工安全、質(zhì)量以及施工工人的職業(yè)健康，加快隧道施工進(jìn)度，在隧道施工中逐漸減少人工開(kāi)挖，開(kāi)始采用三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行大斷面施工[1]。三臂鑿巖臺(tái)車是目前隧道鉆爆技術(shù)的先進(jìn)設(shè)備，尤其是針對(duì)硬質(zhì)巖隧道具有應(yīng)用價(jià)值。論文依托沿江宜金高速公路錦屏隧道工程，重點(diǎn)研究全電腦三臂鑿巖臺(tái)車在玄武巖段落開(kāi)挖掘進(jìn)中的應(yīng)用技術(shù)，以期達(dá)到提高炮孔鉆眼精度，提升循環(huán)進(jìn)尺等目的[2]。

2 工程概況

錦屏隧道是沿江宜金高速公路全線最長(zhǎng)隧道，左線全長(zhǎng)9.93km，右線全長(zhǎng)9.92km，屬特長(zhǎng)隧道。沿江XJ9合同段項(xiàng)目部負(fù)責(zé)錦屏隧道（金陽(yáng)端）施工，左線長(zhǎng)度5.27km，右線長(zhǎng)度5.261km，圍巖以玄武巖為主，III、IV級(jí)圍巖占比達(dá)95.8%。該隧道右洞采用ZYS113全電腦三臂鑿巖臺(tái)車開(kāi)挖，在大幅提升每循環(huán)進(jìn)尺及縮短鉆孔時(shí)間的同時(shí)，可以有效地控制炮孔鉆眼的精度從而提高光面爆破效果。

3 近期隧道數(shù)據(jù)對(duì)比

傳統(tǒng)人工風(fēng)鉆開(kāi)挖，開(kāi)挖深度約3.0m，鉆眼時(shí)間4.0～4.5h，參與施工17人，超欠挖難以保證，導(dǎo)致下一步噴射混凝土用量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)方量。

三臂鑿巖臺(tái)車開(kāi)挖深度3.5～4.3m，鉆眼時(shí)間2～2.5h，參與施工2人，且超欠挖可控制在10～15cm，同時(shí)減少了噴射混凝土用量，節(jié)約成本，方便了后期防水板的鋪設(shè)以及二襯混凝土的澆筑。

且從最近的36個(gè)循環(huán)中，全電腦三臂鑿巖臺(tái)車采用4.5m長(zhǎng)鉆桿，總開(kāi)挖10501m3，超挖總量745m3，占總方量7.1%，欠挖總量99.88m3，占總方量的0.95%。炸藥使用10920kg，雷管4825發(fā)，平均每循環(huán)134發(fā)，導(dǎo)爆索35000m，連接線35000m。易損件損失鉆頭、鉆桿、鎖緊扣、導(dǎo)向塊、釬尾、油等價(jià)值26563.4元，平均每循環(huán)易損件損失738元。

平均每循環(huán)進(jìn)尺4.3m，開(kāi)挖量290m3，超挖量20m3，欠挖量2.77m3，鉆孔數(shù)162個(gè)，鉆孔長(zhǎng)度565m，炸藥使用303kg，雷管134發(fā)。

由以上數(shù)據(jù)可看出無(wú)論從進(jìn)尺、鉆眼時(shí)間、施工人員，還是控制噴射混凝土用量上，機(jī)械開(kāi)挖各方面都優(yōu)于傳統(tǒng)人工開(kāi)挖。

4 安全管理

傳統(tǒng)人工開(kāi)挖臺(tái)車貼近掌子面，施工人員安全難以保障，在圍巖較差的隧道易發(fā)生掉塊、坍塌等危險(xiǎn)砸傷作業(yè)人員[3]。而三臂鑿巖臺(tái)車操作時(shí)距離掌子面超過(guò)10m，避免了傳統(tǒng)作業(yè)因風(fēng)鉆開(kāi)挖時(shí)沖擊振動(dòng)巖面，產(chǎn)生落石造成人員傷害的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)較大程度地減少了噪聲和揚(yáng)塵，有利于職業(yè)健康保護(hù)。

5 環(huán)境保護(hù)

傳統(tǒng)人工風(fēng)鉆開(kāi)挖采用高壓風(fēng)做動(dòng)力，由于風(fēng)鉆孔數(shù)較多（平均155孔），對(duì)開(kāi)挖面周圍的空氣污染大；風(fēng)鉆產(chǎn)生噪音分貝較高，對(duì)施工人員的身體健康以及施工安全造成極大危險(xiǎn)，且長(zhǎng)期從事該類工作可能導(dǎo)致塵肺病、聽(tīng)力下降甚至失聰?shù)燃膊　?/p>

三臂鑿巖臺(tái)車采用電力作為動(dòng)力，對(duì)空氣狀況改變較小，清潔無(wú)污染，與風(fēng)鉆相比噪聲較小，可大大減少噪聲對(duì)人體的危害。

6 三臂鑿巖臺(tái)車工作原理以及相關(guān)參數(shù)

根據(jù)新奧法施工的原理，ZYS113三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行隧道開(kāi)挖掘進(jìn)，利用光面爆破一次性開(kāi)挖，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，通過(guò)掌子面圍巖情況動(dòng)態(tài)調(diào)整光面爆破參數(shù)，保證開(kāi)挖整體成型效果最優(yōu)，進(jìn)尺最大化，達(dá)到隧道施工光面爆破高效應(yīng)用。

三臂鑿巖臺(tái)車主要工作流程：測(cè)量放線→臺(tái)車就位→輔助準(zhǔn)備工作→炮孔定位→臺(tái)車鉆眼→移除臺(tái)車→裝藥臺(tái)架就位→清孔、裝藥、爆破→通風(fēng)排險(xiǎn)。

6.1 測(cè)量放線

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量員提前將隧道水平方向參數(shù)、垂直方向參數(shù)、掌子面輪廓參數(shù)以及設(shè)計(jì)的炮孔圖同步到臺(tái)車電腦中。

設(shè)計(jì)炮孔參數(shù)：對(duì)于圍巖出現(xiàn)變化的巖層提前準(zhǔn)備好輪廓圖和跑眼圖，并及時(shí)修改鉆爆方案。

6.2 臺(tái)車就位

工作前檢查泵、空壓機(jī)正常；并檢查管路、接頭等有無(wú)漏油、漏水和漏氣現(xiàn)象。將臺(tái)車停到掌子面時(shí)，應(yīng)盡量位于隧道中心線，待臺(tái)車開(kāi)至鉆臂末端離掌子面約為1.5～2m處時(shí)，放下支腿，輕微動(dòng)作臂架，觀察整機(jī)的搖晃程度，調(diào)整前后支腿的高度。

6.3 輔助準(zhǔn)備工作臺(tái)車鉆眼

臺(tái)車就位后，嚴(yán)格按著爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行鉆孔。鉆眼順序：底板眼—周邊眼—輔助眼—掏槽眼。在靠近設(shè)備的三個(gè)靶點(diǎn)安裝定位標(biāo)靶，標(biāo)靶安裝應(yīng)緊固牢靠，螺釘?shù)酌婢o貼預(yù)埋件。在鉆孔前需要明確鉆孔類型，對(duì)于不同的鉆臂可配置不同參數(shù)。

鉆孔后若需要進(jìn)行錨桿支護(hù)，可在鉆孔完畢后打錨桿孔，由于打錨桿孔時(shí)臂架擺動(dòng)幅度較大，應(yīng)避免碰到拱璧與其他鉆臂，盡量收攏臂架，保持臂架與臺(tái)車車身的平行。鉆孔完成后收水管電纜時(shí)應(yīng)先拆卸外接水電的連接處，再通過(guò)水管電纜收回按鈕，邊行走邊收水管卷筒，整個(gè)過(guò)程中操作手與指揮人員必須使用對(duì)講機(jī)實(shí)時(shí)溝通，避讓障礙物，防止由于車速過(guò)快導(dǎo)致設(shè)備后車輪傾軋水管電纜。

6.4 炮孔定位、鉆眼、清孔、裝藥、爆破

周邊眼的裝藥量要嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)方案執(zhí)行，嚴(yán)禁多裝和少裝，應(yīng)該確保裝藥的質(zhì)量，必須用跑棍送至指定位置，同時(shí)炮孔要做好封堵。為便于三臂鑿巖臺(tái)車操作區(qū)域快捷，應(yīng)遵循“分段位、分區(qū)域”“先底板、再拱部”“先周邊、再中間”的方式。

7 結(jié)語(yǔ)

要實(shí)現(xiàn)隧道快速開(kāi)挖，主要需解決如何縮短施工工序的作業(yè)時(shí)間和工序間的銜接時(shí)間。因此，必須選擇配套作業(yè)的施工機(jī)械，提高配套作業(yè)的整體效率，減少工序。

ZYS113三臂鑿巖臺(tái)車在本工程的應(yīng)用，縮短了鉆孔時(shí)間，較好地實(shí)現(xiàn)了隧道的快速開(kāi)挖，降低了成本，也對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的安全提供了保障。