王文利

摘 要：在京沈高速鐵路客運(yùn)專線三棱山隧道施工中，針對(duì)圍巖較破碎、開挖斷面較大的Ⅳ級(jí)圍巖采用鉆爆法進(jìn)行開挖，上下臺(tái)階法分部平行開挖，采用上臺(tái)階三臂鑿巖臺(tái)車與下臺(tái)階人工鉆爆相結(jié)合的方式，充分利用三臂鑿巖臺(tái)車快速、定位精確、安全的特點(diǎn)，各臺(tái)階進(jìn)行平行交叉作業(yè)，通過優(yōu)化鉆爆參數(shù)，有效縮短循環(huán)作業(yè)時(shí)間、加快作業(yè)效率、提高鉆爆精度減少超欠挖，減少對(duì)圍巖的損傷，同時(shí)也節(jié)約初期支護(hù)成本，較好地實(shí)現(xiàn)了洞室的快速開挖。

關(guān)鍵詞：京沈客專 IV級(jí)圍巖 臺(tái)階法 三臂鑿巖臺(tái)車

中圖分類號(hào)：TV53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（a）-0097-02

隨著我國(guó)高速鐵路建設(shè)的迅猛發(fā)展，在地形復(fù)雜的地區(qū)會(huì)興建越來越多的長(zhǎng)大隧道，長(zhǎng)大隧道施工工期長(zhǎng)、投資大，合理的機(jī)械化施工方案通過減少勞動(dòng)力的投入，降低能源和資源的消耗，提高施工效率，能夠保證經(jīng)濟(jì)效益提高和安全質(zhì)量可靠。鐵路隧道施工常用鉆爆法開挖，當(dāng)前鉆爆法發(fā)展的一個(gè)方向?yàn)椋豪枚啾坫@（常用三臂鑿巖臺(tái)車）加快開挖成洞的速度，對(duì)于縮短循環(huán)作業(yè)時(shí)間、加快作業(yè)效率、提高鉆爆精度減少超欠挖、節(jié)約初期支護(hù)成本有著非常積極的作用，因此研究多臂鑿巖臺(tái)車在長(zhǎng)大隧道中的施工方法顯得極為迫切和必要。

1 工程概況

中國(guó)路橋承建京沈客專遼寧段TJ-1標(biāo)三棱山隧道位于遼寧省朝陽市、阜新市境內(nèi)，隧道全長(zhǎng)8 888 m。隧道進(jìn)口位于北票市馬友營(yíng)鄉(xiāng)東臺(tái)子村，與101國(guó)道相鄰。隧道進(jìn)口起始里程為DK493+415，設(shè)計(jì)縱坡為4.8‰的單面下坡，共承擔(dān)2 930 m的施工任務(wù)。其中開挖里程為DK493+880-918，圍巖等級(jí)為IV級(jí)，襯砌類型為IVa-2、IVa-1。該地段工程地質(zhì)情況為：凝灰?guī)r，局部夾凝灰質(zhì)砂頁巖，強(qiáng)至弱風(fēng)化，灰色，凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，塊石碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)。隧道開挖斷面面積為147.03 m2，其中三臂鑿巖臺(tái)車開挖上臺(tái)階斷面面積為86 m2，臺(tái)階高度7.53 m，開挖寬度15.06 m。

2 施工準(zhǔn)備

2.1 超前探孔

為及時(shí)掌握施工掌子面前方的地質(zhì)情況，對(duì)不良地質(zhì)地段要做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采用了地質(zhì)調(diào)查法和地震波反射法，分析圍巖的穩(wěn)定情況，據(jù)此預(yù)報(bào)掌子面前方圍巖的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件。

2.2 用水用電

施工用電直接從臨近電網(wǎng)中接入施工現(xiàn)場(chǎng)。鑿巖臺(tái)車開挖所用的高壓電纜線架設(shè)在隧道右側(cè)拱墻以上，進(jìn)洞500 m處放置50 kW的變壓器，進(jìn)洞500 m后，采用（3×240+1×120）mm2鋁芯電纜給三臂供電，用電電壓為380 V。

在洞內(nèi)550 m處安裝一個(gè)5×2.5×2.5=31.25 m3的儲(chǔ)水罐，在水罐上安裝一臺(tái)功率為22 kW的水泵向洞內(nèi)供水，洞內(nèi)水罐前采用Φ100mm供水管，水罐后采用Φ80mm供水管，洞內(nèi)臺(tái)車施工前從水井向儲(chǔ)水罐注水，直至洞內(nèi)用水結(jié)束。

2.3 測(cè)量放線

測(cè)量人員應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)放線，放線利用全站儀精確放出上、下臺(tái)階開挖輪廓線、隧道中線，用紅色油漆畫開挖輪廓與布置炮眼，測(cè)量組應(yīng)在鉆眼前及時(shí)對(duì)上一循環(huán)輪廓線進(jìn)行復(fù)核并做標(biāo)記，便于三臂鑿巖臺(tái)車操作手鉆孔作業(yè)。

3 三臂鑿巖臺(tái)車的施工要點(diǎn)

3.1 鉆爆設(shè)計(jì)

3.1.1 爆破材料

炸藥種類及藥卷直徑。三棱山隧道爆破采用二號(hào)巖石乳化炸藥，光面爆破周邊孔采用φ32mm直徑普通藥卷，掏槽孔及輔助孔均采用φ32mm直徑藥卷。

3.1.2 掏槽形式及裝藥結(jié)構(gòu)

掏槽眼采用4排對(duì)稱斜眼掏槽的形式，周邊孔與輔助孔的孔底在同一垂直面上。為更好地達(dá)到爆破效果，周邊孔采用縱向間隔綁扎在竹片+導(dǎo)爆索上進(jìn)行空氣間隔不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，其他炮孔采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。炮孔堵塞采用炮泥堵塞，長(zhǎng)度不小于20～25 cm，松緊適度。

3.1.3 炮眼數(shù)量

上臺(tái)階掏槽眼采用4排對(duì)稱的斜眼掏槽的形式，孔口距50～80 cm，孔深為2.2 m，炮眼數(shù)量為16個(gè)。輔助眼間距第一排為50 cm，后排眼間距為60 cm，炮眼數(shù)量為98個(gè)。周邊眼炮眼的數(shù)量為54個(gè)，炮眼間距為40 cm，炮眼深度為2 m。底眼設(shè)置一排，垂直于開挖面打眼，炮眼間距為80 cm，炮眼數(shù)量為19個(gè)。下臺(tái)階輔助眼橫向間距為80 cm，縱向間距為100 cm，孔深為2 m，炮眼數(shù)量為25個(gè)。周邊眼間距為40 cm，數(shù)量為25個(gè)，底板眼間距為70 cm，數(shù)量為25個(gè)。鉆爆設(shè)計(jì)圖見圖1。

3.2 臺(tái)車作業(yè)

該隧道采用鉆爆法施工，Ⅳ級(jí)圍巖采用正臺(tái)階光面爆破施工，上臺(tái)階施工采用自制簡(jiǎn)易臺(tái)車配合1臺(tái)三臂鑿巖臺(tái)車施鉆，下臺(tái)階采用4臺(tái)風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆眼。由于掌子面存在不平整的情況，盡量保證眼底在同一平面上，每個(gè)孔完成鉆鑿后，鉆臂自動(dòng)進(jìn)行水霧吹渣清孔。為防止后期鉆眼過程中危石掉落使掌子面底部堆滿影響底眼鉆進(jìn)先進(jìn)行底板眼施工，然后再同時(shí)施工周邊眼及其他炮眼。在右半面底板眼鉆完后，1號(hào)、3號(hào)臂分別鉆上部周邊眼、下部周邊眼，2號(hào)臂鉆掏槽眼。周邊眼鉆完之后1號(hào)臂鉆上部輔助眼、3號(hào)臂鉆下部輔助眼。鉆孔時(shí)應(yīng)避免兩作業(yè)臂在一個(gè)垂直面上下作業(yè)，以免在作業(yè)過程中因上方施鉆擾動(dòng)可能的掉落巖塊將下方作業(yè)臂砸損。在鉆進(jìn)過程中需要注意的事項(xiàng)如下：（1）在上臺(tái)階對(duì)掌子面及周邊輪廓進(jìn)行鉆孔的過程中，上循環(huán)的爆破導(dǎo)致存在開挖面不平整的情況，這就加大了鉆頭鉆進(jìn)的難度，在施工時(shí)應(yīng)先沿弧面低沖擊低推進(jìn)開一個(gè)淺孔，在卡好位之后控制好鉆頭方向進(jìn)行鉆進(jìn)。（2）鉆頭鉆進(jìn)過程中鉆進(jìn)方向發(fā)生變化或者發(fā)生坍孔導(dǎo)致卡鉆現(xiàn)象，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，進(jìn)行清鉆工作并重新選取眼位。鉆眼過程中應(yīng)根據(jù)掌子面圍巖的具體情況來選擇開眼位置以及調(diào)整輔助眼間距。（3）鉆進(jìn)方向易偏移的位置，要低沖擊、低推進(jìn)慢慢鉆進(jìn)并隨鉆進(jìn)隨時(shí)檢查鉆進(jìn)方向；開孔或圍巖較差時(shí)，要低沖擊、低推進(jìn)鉆進(jìn)；圍巖較好，鉆進(jìn)一定深度后，采用高沖擊、高推進(jìn)鉆進(jìn)。

3.3 通風(fēng)出渣

隧道施工通風(fēng)采用AD-三速木林森壓入式風(fēng)機(jī)，直徑為1.5 m，來實(shí)現(xiàn)盡快的出渣作業(yè)。爆破后及時(shí)進(jìn)行通風(fēng)排煙，達(dá)到規(guī)范要求后，隨著循環(huán)進(jìn)尺的推進(jìn)，增加自卸卡車的數(shù)量以滿足施工的進(jìn)度，滿足生產(chǎn)需要。上臺(tái)階采用2臺(tái)裝載機(jī)配合自卸汽車，下臺(tái)階采用1臺(tái)挖掘機(jī)配合自卸汽車進(jìn)行出渣作業(yè)。

4 與人工鉆爆法施工對(duì)比分析

（1）進(jìn)度方面。對(duì)于中、硬巖每分鐘1.5 m，三臂鑿巖臺(tái)車鉆進(jìn)單孔時(shí)間約為2 min，而人工成孔約為10 min/孔，三臂鑿巖臺(tái)車開挖Ⅲ級(jí)圍巖最高紀(jì)錄為171 m/月。

（2）安全方面。人工開挖時(shí)，操作工人距離掌子面較近，直接暴露在初支后的巖體下，掌子面圍巖及以開挖的巖體受到震動(dòng)容易發(fā)生掉塊、塌方等現(xiàn)象，作業(yè)工人安全性差。操作人員在操作平臺(tái)上進(jìn)行作業(yè)，距掌子面較遠(yuǎn)，極大地增加了操作人員安全系數(shù)，另一方面三臂鑿巖臺(tái)車鉆進(jìn)過程中，掌子面工作人員為1名觀察員+3名司鉆工，而人工開挖掌子面需要至少14把風(fēng)槍，配備不少于16名作業(yè)人員，總的受風(fēng)險(xiǎn)人數(shù)上大大降低。

（3）質(zhì)量方面。人工開挖受工人技術(shù)水平及勞動(dòng)強(qiáng)度限制，周邊眼間距經(jīng)常出現(xiàn)超出爆破設(shè)計(jì)，外插角度也會(huì)由于作業(yè)工人責(zé)任心問題出現(xiàn)外插角過大，影響爆破效果。三臂鑿巖臺(tái)車打孔作業(yè)時(shí)，采用機(jī)械臂定位，開孔位置準(zhǔn)確，鉆孔間距全部在爆破設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，外插角用機(jī)械臂控制，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，相同進(jìn)尺情況下，三臂鑿巖臺(tái)車開挖效果好于人工開挖。

（4）作業(yè)環(huán)境方面。人工開挖采用空壓機(jī)風(fēng)動(dòng)提供動(dòng)力，作業(yè)時(shí)排出的是濕霧狀廢氣，空氣質(zhì)量差。通常采用的YT-28風(fēng)槍重量28 kg，作業(yè)工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，風(fēng)槍噪音大，雖沒有實(shí)測(cè)，感覺從事開挖作業(yè)人員幾乎無法承受，初步估計(jì)超過90 Hz，作業(yè)環(huán)境也較臟。三臂鑿巖臺(tái)車采用封閉式油路系統(tǒng)，空氣較清新，污染少，為施工人員提供了一個(gè)良好的作業(yè)環(huán)境。

5 結(jié)語

在隧道機(jī)械化施工技術(shù)不斷進(jìn)步的今天，三臂鑿巖臺(tái)車應(yīng)用于Ⅳ級(jí)圍巖臺(tái)階法光面爆破中，鉆眼單循環(huán)速度快、安全性能高、超挖量少，通過鉆爆參數(shù)的不斷優(yōu)化，很好地實(shí)現(xiàn)了隧道洞身開挖鉆孔作業(yè)，實(shí)現(xiàn)隧道洞身開挖支護(hù)的快速施工，改善作業(yè)環(huán)境，節(jié)約工程成本，為相關(guān)隧道機(jī)械化開挖施工提供工程經(jīng)驗(yàn)借鑒。

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