凿岩台车在山岭隧道施工中的应用

1　工程概况

某条隧道起讫里程是DK789+556～DK804+089，整条隧道的长度为14533m。其中，Ⅱ级围岩为3085m，占总长度的21%；Ⅲ级围岩的长度大致为6830m，占总长度的47%；Ⅳ级围岩的总长度约为4059m，占总长度的28%；Ⅴ级围岩的长度为559m，占总长度的4%。借助单洞双线的方式，归结于整个线段重点隧道项目。隧道埋深大致控制在80～500m，极限埋深大致为710m，纵坡属于人字坡。项目主要是由中铁企业承建。在此当中，隧道1#斜井小里程作业面使用的是三臂凿岩台车展开对应的挖掘支护施工。

2　围岩适用性分析

作业面地层岩性质大多是二长花岗岩，块状架构，岩石性质相对较硬，微风化，质地坚固，架构紧密，岩体多半非常完整。隧道1#斜井小里程所担负正洞作业的任务长度为2400m，其中Ⅱ、Ⅲ级围岩的整体长度控制在2260m左右，所占比例为94.20%；Ⅳ级长度围岩的长度为140m，所占比例为5.8%；斜井整体坡度控制在7.870左右，输送公路到隧道进口山路的极限坡度超过了200，正洞挖掘的土方总量详情参见表1。

表1　正洞挖掘断面土方总量统计表

借助上述这些数据，切合之前的液压凿岩台车有关的使用经历与自身特征，在Ⅳ、Ⅴ级围岩作业的过程种使用液压凿岩台车进行挖掘是无法实现的，但是人工挖掘支护的形式会更加的方便快捷。Ⅱ、Ⅲ级全断面作业才可以更好地展开液压凿岩台车的优点，该隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩所占比例为94.2%，给凿岩台车的作业提供了充足的空间需求。

3　凿岩台车设计要求及选型

依照该隧道的作业有关的数据，决定了所需要的凿岩台车要求符合表2中有关的需求。

表2　台车数据参数

4　施工技术

4.1　施工前准备

4.1.1　通水

三臂凿岩台车挖掘所使用的水量是人工开挖用水量的3倍甚至更多，从一个层面出发，机械自身体积较大，管线较密，发热单位相对较多，作业之时要求使用大量水源进行降温；另一个层面，在钻眼过程中，要求不断冲刷孔体中的钻碴，以免出现卡钻，与此同时，钻头自身也能够得到降温养护。单钻进的用水量大致为15～20m³/h，因此现场要求单独配置一个容量为250m³的蓄水池，以满足设备的要求。

4.1.2　通风

隧道作业的断面相对较大，借助钻爆的形式进行挖掘，无轨运输体系出碴，内燃机械装置相对较多，洞体当中污染源相对较多，隧道长，全隧道所需要的总风量相对较大，装碴、输送、二次衬砌等施工对项目通风的影响相对较大，通风管线相对较长、空气阻力大，控制难度高，每以此爆破之后假若无法及时的进行通风，将会留存有大量的烟尘以及一氧化碳等有害气体，无法保障作业人员的人身安全。因此，经过严密的计算，在风机型号的选取、风袋装配等层面展开了全方位的完善，装备有160kW×2风机组一套，现如今通风效益较强，为炮后尽早出碴输送夺回了珍贵的时间，确保了挖掘操作人员的视野清晰，强化了钻爆法作业的整体效益。

4.1.3　通电

由于三臂凿岩台车需要将电压保持在380～420V，所以工区装配了一套400V升压器，端头直到挖掘面维持有100m的安全间距，并伴随着洞体挖掘的不断深入向前方延展。

4.2　施工工艺流程

4.2.1　测量放样

使用徕卡120+全站仪展开全断面挖掘轮廓的放样，点间隔控制在50cm，之后再放出轴线。

4.2.2　钻孔

三臂凿岩台车准备就绪之后，依照爆破设计展开对应的钻孔作业，严格依照测量线展开对应的炮眼排布，使用楔形掏槽爆破的形式，左右臂负责施作左右两边的炮孔，中间臂的主要任务就是负责钻中间区域的炮孔。

因为岩石质地较硬，前半段时间使用的钻杆以及其钻头的强度等级不够，使得速率较低，工区在联络商家之后，定制了强度更高的钻杆与钻头，加速了锁业的速率。

4.2.3　清孔、装药、爆破

借助装药台车分区展开炮孔的清洁与装填作业，附近眼间隔装填，其他炮眼借助孔底持续装药架构。装药结束之后，保证爆破地区300m的区间当中没有任何人员与机械，响哨示意之后进行爆破。

三臂凿岩台车钻孔的直径是45mm。座椅炸药使用定制的半径为Φ19mm的岩石乳化炸药，替换以往的直径为Φ32mm的岩石乳化炸药，增设了药卷以及炮孔的耦合程度，降低了炮孔的总数，加速了打钻速率，提升了爆破效益。

前期使用三臂凿岩台车配备的装药平台进行装药，空间相对较小，要重复上下运输炸药、雷管等物品，作业效率较低。因此，工区自行配置了装药台车，极大限度地提升了装填炸药的速率。

4.2.4　出碴

爆破之后展开对应的通风作业，掌子面排险之后展开对应的出碴作业。

出碴之时，检测隧道碎碴的大小，块度较大，下循环炮眼要求适当增加，块度较小，下循环炮眼适当减少，不仅如此其装药数量可以进行对应的调节。

出碴之后，实时测定初支断面，研究超欠挖的状况，实时为下循环的爆破数据调整提供参照，极大限度地提升光爆效益，降低对围岩的扰动，节省资金，节约之后步序作业的时间。

5　优点分析

5.1　钻孔速率快

因为凿岩台车多借助液压式凿岩机展开，相对于风动凿岩机而言，单孔成孔的速率相对较快，是风动凿岩的速率的几倍，并且能够实现多孔同时推行，首次成多孔，极大限度地缩短了钻孔作业的时间。

5.2　简短非钻孔的作业效益

钻杆定位快速且精准，并且不必进行作业辅助台面的构建，节省非钻孔的时间，提升了作业效益。

5.3　作业相对较为安全

借助凿岩台车，作业人员撤离掌子面，并降低在工作面层之上的工人总量，作业全都借助机械装置完成，大大降低出现事故的概率。

6　施工进度保证措施

（1）设备的养护都借助循环当中的间隔时间开展，出现大故障之时就使用备用设备更换。只使用单性能高效益的作业设备，不配置多性能的设备。

（2）借助人工装药作业之时，在凿岩台车的升降作业的台面之上能够展开人工装填，与此同时能够在钻臂上配置自制的吊篮，以允许更多的人一同装填。譬如，二臂凿岩台车上就有3个钻臂以及1个升降台面，就能够同时容下8个人在不同区域一同装填，掌子面下面的底眼也能够和上层眼一同展开装填，以此加快装药速率。借助机械装填之时，使用装填台面配置的2个气压装药装置展开装填。

（3）在挖掘面上展开全天的连续作业，将钻孔、出碴直到喷混凝土构成一个工班展开作业。

（4）较短的循环进尺能够得到较快的挖掘速率，因此其衬砌速率也应到加速。能够借助长时间的衬砌模板台车作业，竖砌作业要求降低和出碴施工的影响。

（5）在可能出现不良地质的区段，要求使用水平钻孔探明地基以及地下水的状况，并针对地层状况进行判定，给出对应的支护次序并保障其安全，防止由于作业故障影响作业的速率。

（6）为了预防出碴路线质量的恶化，方便大型载重翻斗车输送，在高压涌水区间要求注重排水。

7　结论

三臂凿岩台车在大断面常见据隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩的环境之下，相对于手持风钻而言有着钻孔速率较快、机械化限度相对较高、功耗相对较低、作业安全、成孔效益相对较强、噪声空气污染将对较少、总体成本相对较低的优势，而提升作业人员的职业水准以及其素养降低超欠挖、强化装置养护是体现本文凿岩台车优点的重心。借助凿岩台车展开隧道挖掘是日后隧道构建发展的必然趋势。

参考文献

[1]周斌．基于全电脑凿岩台车及湿喷机组的公路隧道施工关键技术研究[D]．重庆：重庆交通大学，2015.

[2]杨健民．基于全电脑多臂凿岩台车和湿喷机组的公路隧道施工工艺研究[D]．重庆：重庆交通大学，2014.

[3]朱琴生．三臂凿岩台车施工技术在青岛胶州湾海底隧道中的应用研究[J]．隧道建设，2010，30（6）.

收稿日期：2018-06-11

作者简介：赵彦海（1984-），男，山西太原人，中铁十二局集团第二工程有限公司工程师，研究方向：路基隧道施工管理。