劉彬，張慶明，王不凡，李良平，王羽

（1重慶交通建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 400010；2重慶交通大學(xué) 土木學(xué)院，重慶 400074）

0 引言

目前公路隧道和鐵路隧道一樣，總的趨勢(shì)是向長(zhǎng)大化和深層化發(fā)展。隧道施工關(guān)鍵在于開(kāi)挖。傳統(tǒng)的人工鉆爆法，雖然成本較低，但是工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工的作業(yè)環(huán)境較惡劣，施工的效率也低。顯然以前的隧道開(kāi)挖施工工藝已不能滿足國(guó)家對(duì)環(huán)保、低耗能、經(jīng)濟(jì)性、高安全和高質(zhì)量的要求，而三臂鑿巖臺(tái)車（圖1）具有鉆孔耗時(shí)少、自動(dòng)化程度高、施工較為安全、施工質(zhì)量高、較好的隧道開(kāi)挖作業(yè)工作環(huán)境、較高的施工作業(yè)機(jī)械化水平、自定位鉆孔技術(shù)以及可以很好地控制超欠挖等優(yōu)勢(shì)。

圖1 三臂鑿巖臺(tái)車示意圖

1 工程概況

城開(kāi)高速公路青龍?zhí)亻L(zhǎng)隧道是重慶境內(nèi)目前最長(zhǎng)的在修公路隧道，工程地質(zhì)環(huán)境極為復(fù)雜，施工工期長(zhǎng)，隧道進(jìn)口位于重慶市城口縣咸宜鄉(xiāng)青龍村，出口位于開(kāi)縣滿月鄉(xiāng)天子村鎖口廟附近。隧道左洞長(zhǎng)度為11489m，右洞長(zhǎng)度為11456m。隧道公路等級(jí)為雙向四車道高速公路，隧道路面橫坡單向坡2%（直線段）。 左洞起止樁號(hào)：ZK71+781～ZK83+270，右洞起止樁號(hào)：K71+778～K83+234。該地段工程地質(zhì)情況主要為：塊狀角礫巖、白云巖，局部夾泥灰?guī)r、頁(yè)巖，泥質(zhì)粉砂巖與灰綠色互巖互層。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)。基于這種巖層狀況，項(xiàng)目部果斷引進(jìn)三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行隧道挖掘，并對(duì)國(guó)外引進(jìn)的三臂鑿巖臺(tái)車增加自定位開(kāi)挖系統(tǒng)，進(jìn)一步減少人工放線的時(shí)間，提高施工效率。三臂鑿巖臺(tái)車開(kāi)挖成本控制度高，通過(guò)提高生產(chǎn)進(jìn)度，提高工人的操作水平以減少超欠挖等手段來(lái)降低成本。同時(shí)由于極大地改善了施工環(huán)境，為工人的健康和安全提供了保障。

2 三臂鑿巖臺(tái)車施工技術(shù)特點(diǎn)

2.1 發(fā)展現(xiàn)狀、工作原理、適用范圍

隧道傳統(tǒng)的人工手持風(fēng)鉆鉆爆開(kāi)挖已逐漸不能滿足國(guó)家對(duì)環(huán)保、低耗能、經(jīng)濟(jì)性和高安全的要求，而液壓鑿巖臺(tái)車是目前隧道鉆爆法施工中先進(jìn)的開(kāi)挖設(shè)備，隨著勞動(dòng)力成本節(jié)節(jié)攀升，以及業(yè)主對(duì)工程安全、質(zhì)量、工期的高度重視，液壓鑿巖臺(tái)車施工技術(shù)成為專業(yè)化施工隊(duì)伍做大做強(qiáng)所理應(yīng)發(fā)展的技術(shù)，在降低人工開(kāi)挖勞動(dòng)強(qiáng)度、改善作業(yè)環(huán)境、充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備效率等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，符合現(xiàn)代隧道施工潮流，是今后隧道施工機(jī)械化發(fā)展的必然[1]。

采用鉆爆法進(jìn)行開(kāi)挖，可運(yùn)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(guò)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(kāi)挖。

2.2 鉆爆設(shè)計(jì)

城開(kāi)高速公路青龍隧道鉆孔設(shè)計(jì)采用二號(hào)巖石乳化炸藥，光面爆破周邊孔采用Φ28mm直徑普通藥卷，掏槽孔和輔助孔則使用Φ24mm直徑藥卷。炮孔堵塞采用炮泥堵塞，松緊合適，長(zhǎng)度大于25cm。隧道掏槽眼采取4排對(duì)稱斜眼掏槽形式設(shè)計(jì)，周邊孔與輔助孔的孔底在同一垂直面上。施工中為達(dá)到爆破預(yù)期效果，外圍孔使用縱向綁扎間隔竹片+導(dǎo)爆索上空氣非耦合間隔裝藥方式，而其余炮孔則用連續(xù)裝藥方式。

三臂鑿巖臺(tái)車開(kāi)挖斷面設(shè)計(jì)面積為118.6m2，為控制超挖，循環(huán)進(jìn)尺保持在3.5～4.1m區(qū)間。同時(shí)，為滿足施工工期要求，使用大楔形掏槽光面爆破技術(shù)，并運(yùn)用瑞典ATLASR353E三臂液壓臺(tái)車進(jìn)行鉆眼，孔深3.4～3.9m，孔徑為48mm，運(yùn)用非電毫秒導(dǎo)爆管系統(tǒng)、40mm乳化炸藥，炮眼布置具體如圖2所示。

圖2 三臂鑿巖臺(tái)車炮眼圖

2.3 三臂鑿巖臺(tái)車參數(shù)選取原則

依據(jù)城開(kāi)高速公路青龍隧道的三臂鑿巖臺(tái)車的施工建設(shè)質(zhì)量控制體系，三臂鑿巖臺(tái)車必須滿足表1相關(guān)要求。

2.4 三臂鑿巖臺(tái)車技術(shù)選型參數(shù)

根據(jù)城開(kāi)高速公路青龍隧道的施工相關(guān)參數(shù)要求，施工中采用的三臂鑿巖臺(tái)車主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

2.5 質(zhì)量檢查

表1 三臂鑿巖臺(tái)車建設(shè)質(zhì)量控制體系

利用挖掘機(jī)進(jìn)行排險(xiǎn)和扒碴作業(yè)。檢查爆破效果及炮眼殘眼率，測(cè)量人員用全站儀對(duì)超欠挖部位測(cè)量標(biāo)識(shí)，若有欠挖部位，進(jìn)行補(bǔ)炮處理，及時(shí)調(diào)整炮眼位置、外插角度、裝藥量，以達(dá)到最佳爆破效果。在施工地段巖性差、圍巖破碎、節(jié)理發(fā)育時(shí)，應(yīng)該提高爆破炮眼痕跡的保存率，盡量達(dá)到平均炮眼利用率90%，平均炮痕保存率70%，減少超欠挖量。在每次爆破完成、通風(fēng)完畢、清理完石渣后，爆破人員應(yīng)根據(jù)巖層的節(jié)理裂隙發(fā)育情況，及時(shí)調(diào)整爆破設(shè)計(jì)，調(diào)整裝藥量，合理分配周邊眼裝藥的集中度，增大炮眼痕跡保存率，減少超挖量。

3 三臂鑿巖臺(tái)車實(shí)施效果分析

月直山隧道工程使用三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行施工，在各方人員的不懈努力下，獲得了顯著的效果。相比普通人工鉆爆，極大提升了施工進(jìn)度，通過(guò)檢查實(shí)施效果，主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）可以快速鑿巖成孔，且開(kāi)挖成型較好。一般情況下，堅(jiān)硬巖中三臂鑿巖臺(tái)車單臂造孔速度為2.5m/min，常規(guī)氣腿鉆每臺(tái)0.25m/min，且隨著巖石強(qiáng)度的提升，更能夠?qū)⑷坭弾r臺(tái)車的造孔速度優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)出來(lái)[2]。鉆孔期間，充分考慮各種圍巖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)鉆機(jī)推進(jìn)壓力與沖擊壓力做出適當(dāng)調(diào)整，能夠讓所有鉆進(jìn)參數(shù)都保持最佳狀態(tài)，這樣能夠更加精確與快速，使鉆孔質(zhì)量得到提升。通過(guò)有效控制周邊眼外插角，能夠保證開(kāi)挖成型好，減少超挖；

（2）能夠節(jié)省動(dòng)力。利用三臂鑿巖臺(tái)車動(dòng)力消耗較少，能量利用率高，動(dòng)力消耗（尤其是油料）僅為風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)的1/4～1/2。能量利用率是風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)的兩倍有余，大大節(jié)約了資源；

（3）能夠保證安全。操作人員在固定操作平臺(tái)操作機(jī)械，與掌子面距離超過(guò)10m，且平臺(tái)上面設(shè)置有安全頂棚，有效防止了拱頂與掌子面塌方掉塊對(duì)作業(yè)人員造成的傷害。且三臂鑿巖臺(tái)車鉆臂沖擊力較大，可以徹底清理危石，節(jié)省時(shí)間；

（4）改善了施工環(huán)境。三臂鑿巖臺(tái)車機(jī)組人員勞動(dòng)強(qiáng)度不高，出現(xiàn)卡鉆的幾率較小，為濕式鉆進(jìn)，可以減少粉塵。同時(shí)鉆進(jìn)過(guò)程中噪音降低了10～15dB，施工掌子面視線很好，整體顯得整齊和簡(jiǎn)潔；

（5）節(jié)省欠挖與出渣時(shí)間。出現(xiàn)欠挖后，用長(zhǎng)鉆桿一次性處理完成，不會(huì)對(duì)下一循環(huán)正常開(kāi)挖造成影響，每個(gè)循環(huán)能夠節(jié)省時(shí)間1h左右。三臂鑿巖臺(tái)車比人工鉆爆臺(tái)架窄，寬度只有2.9m，在裝最后一輛車渣時(shí)，人工臺(tái)架鉆爆開(kāi)挖要將余渣除盡，將底面平整后方可臺(tái)架就位，而三臂鑿巖臺(tái)車開(kāi)挖能夠把最后余渣從挖掘機(jī)抓扒至兩側(cè)邊墻腳的地方，避免對(duì)臺(tái)車就位造成影響，每個(gè)循環(huán)能夠減少的時(shí)間約為45 min。

表2 城開(kāi)高速公路青龍隧道三臂鑿巖臺(tái)車參數(shù)取值

4 結(jié)語(yǔ)

三臂鑿巖臺(tái)車在大斷面特長(zhǎng)隧道Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖的條件下，較手持風(fēng)鉆具有鉆孔速度快、機(jī)械化程度高、能耗低、施工安全、成孔質(zhì)量好、噪音空氣污染少和綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)，而提高操作人員的專業(yè)水平和素質(zhì)減少超欠挖、加強(qiáng)設(shè)備保養(yǎng)是實(shí)現(xiàn)上述鑿巖臺(tái)車優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵[3]。這對(duì)于類似的特長(zhǎng)公路隧道快速開(kāi)挖施工，提高施工的安全性，提升施工機(jī)械自動(dòng)化施工，減少施工人員的工作量和降低事故率，有較大的參考意義，具有很大的推廣價(jià)值。