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(jìn)施工中，以鑿巖臺(tái)車為主的機(jī)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(tái)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(fù)雜，圍巖強(qiáng)度低，鉆孔直徑和孔深大，使單臂鑿巖臺(tái)車施工時(shí)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(jì)為雙向四車道，斷面形狀如圖1 所示，項(xiàng)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(fù)雜，包括斷層破碎帶、高巖爆風(fēng)險(xiǎn)、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(jī)場高速斷面圖

隧道前150m 需穿越機(jī)場高速，為控制風(fēng)險(xiǎn)源，不允許鉆爆法施工，項(xiàng)目擬采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法CRD 施工。雙側(cè)壁施工作業(yè)順序?yàn)椋海?）左側(cè)壁導(dǎo)坑上臺(tái)階開挖初支及臨時(shí)支護(hù)（安裝鋼拱架、掛鋼筋網(wǎng)、安裝錨桿、噴混凝土）→（2）左側(cè)壁導(dǎo)坑下臺(tái)階開挖初支及臨時(shí)支護(hù)→（3）右側(cè)壁導(dǎo)坑上臺(tái)階開挖初支及臨時(shí)支護(hù)→（4）右側(cè)壁導(dǎo)坑下臺(tái)階開挖初支臨時(shí)支護(hù)→（5）核心土上臺(tái)階開挖及初支→（6）核心土中臺(tái)階開挖→（7）核心土下臺(tái)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(dǎo)坑法施工順序圖

開挖過程為：采用全站儀進(jìn)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(tái)車鉆直掏孔（直徑Φ89mm，鉆深3m）；鉆孔完成后，由于隧道上方為機(jī)場高速路，對振動(dòng)、沖擊要求嚴(yán)格，不允許爆破作業(yè)，故采用液壓劈裂機(jī)劈塊插入直掏孔，破碎圍巖；用挖掘機(jī)將破碎圍巖進(jìn)一步擊碎后裝車運(yùn)走。

2 單臂鑿巖臺(tái)車應(yīng)用情況

單臂鑿巖臺(tái)車整機(jī)采用直控式鉆進(jìn)系統(tǒng)，具有沖擊/定位、回轉(zhuǎn)和緩沖功能，鉆孔時(shí)定位要直接、快速、準(zhǔn)確。鉆臂具有全方位平行保持功能。四輪驅(qū)動(dòng)，全液壓轉(zhuǎn)向并能實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)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(xiàng)目采用了Φ89 深3m 大直徑大鉆深[3]。增大鉆孔直徑，導(dǎo)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(jī)頻繁損壞，電機(jī)功率不足等問題。由于設(shè)備與實(shí)際工況不匹配及保養(yǎng)意識(shí)單薄等問題，導(dǎo)致單臂鑿巖臺(tái)車故障率達(dá)到兩班一次，需對鑿巖臺(tái)車鑿巖機(jī)、鉆桿及整機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行整改[4]。

2.1 鑿巖臺(tái)車技術(shù)改進(jìn)

更換大功率鑿巖機(jī)、增加鑿巖機(jī)振動(dòng)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(xì)，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(yàn)。更換大功率電機(jī)，升級主回路，增強(qiáng)管路保護(hù)功能，增加水沖洗流量，降低了鑿巖機(jī)施工過程的沖擊作用力，提高了管路耐磨強(qiáng)度，降低了鉆具施工時(shí)產(chǎn)生的高溫?fù)p耗，提高鉆具使用壽命。

2.2 施工管理模式改進(jìn)

聘用專業(yè)操作機(jī)手施工，并在施工前對設(shè)備技術(shù)性能和注意事項(xiàng)進(jìn)行培訓(xùn)；制定操作、保養(yǎng)、維護(hù)、交班檢查標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)制執(zhí)行日、周、月度保養(yǎng)維護(hù)內(nèi)容；定期召開施工工況及設(shè)備使用情況分析會(huì)，根據(jù)圍巖變化對設(shè)備使用參數(shù)進(jìn)行實(shí)施調(diào)整。

2.3 鑿巖臺(tái)車整改后施工應(yīng)用情況

經(jīng)過整改，采用鑿巖臺(tái)車鉆孔，每日臺(tái)班數(shù)三班，每班工作時(shí)間4 小時(shí)，鉆孔數(shù)量40 個(gè)，單孔完成時(shí)間2min，鑿巖機(jī)鉆孔速度＞1.5m/min，鉆孔深度3.1m，劈裂進(jìn)尺3.2m，劈裂方量136m3。巷道掘進(jìn)進(jìn)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(jìn)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(jì)表

3 鑿巖臺(tái)車施工成本核算

單臂鑿巖臺(tái)車按要求完成周期5 個(gè)月的施工量，月進(jìn)尺30m，共計(jì)開挖方量為42000m3。施工成本主要包括設(shè)備維保配件更換費(fèi)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(jì)性比較，從單次循環(huán)的開挖進(jìn)尺上看，采用鑿巖臺(tái)車掘進(jìn)比人工開挖進(jìn)尺要高1.1 米左右。就理論而言(出渣較為正常)，每天鑿巖臺(tái)車的掘進(jìn)進(jìn)度要高出3.3 米左右，每月則比人工開挖多掘進(jìn)90 米以上。這樣不僅可以將施工工期提前4 個(gè)月，而且每個(gè)月還可節(jié)省掉各種辦公管理費(fèi)用，總計(jì)的節(jié)省費(fèi)用可達(dá)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(jī)械化施工，危險(xiǎn)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(huì)效益。

表1 鑿巖臺(tái)車施工與人工施工經(jīng)濟(jì)性對比

4 結(jié)論

通過對重慶甘悅達(dá)到渝北段隧道單臂鑿巖臺(tái)車施工過程的應(yīng)用可知：單臂鑿巖臺(tái)車在雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開發(fā)隧道的過程中存在一系列不適用當(dāng)前工況的問題，經(jīng)過對液壓、電氣、鑿巖機(jī)、鉆臂、管路布置等內(nèi)容的改進(jìn)，使設(shè)備在技術(shù)上滿足了大直徑深孔鉆進(jìn)的需求；又通過全面的設(shè)備應(yīng)用、維護(hù)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(tái)車開挖隧道，在經(jīng)濟(jì)性、安全性上都比人工加小型風(fēng)鉆施工有較大的優(yōu)勢，為單臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)一步應(yīng)用于小型地下通道的施工應(yīng)用提供了參考。