趙前進(jìn)

（中國(guó)鐵路昆明局集團(tuán)有限公司，昆明650000）

1 引言

20 世紀(jì)80～90 年代，大瑤山隧道的鉆爆機(jī)械化施工與西康鐵路秦嶺隧道的全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工，是我國(guó)鐵路隧道開挖作業(yè)向機(jī)械化發(fā)展的標(biāo)志，對(duì)我國(guó)的隧道建設(shè)以及施工技術(shù)的發(fā)展有重要的影響。

2 鐵路隧道開挖概述

在隧道開挖工程中，鉆爆法由于其適用性強(qiáng)、高效的特點(diǎn)成為最主要的隧道施工方法[1]。傳統(tǒng)鉆爆法通常為人工手持風(fēng)動(dòng)鉆工設(shè)備和簡(jiǎn)易開挖臺(tái)架配合實(shí)施鉆爆，雖然操作難度小，但由于人工操作的原因，對(duì)施工環(huán)境與人員安全的保障無(wú)法得到滿足，并且人工操作效率低，施工質(zhì)量難以保證，超挖、欠挖現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生。近年來(lái)，隨著隧道建設(shè)數(shù)量的增加，人們對(duì)工程質(zhì)量的要求不斷提高，鐵路建設(shè)單位面臨著諸多困境，如不斷提升的建設(shè)難度、逐漸上漲的勞動(dòng)力成本、不斷提高的技術(shù)要求以及隧道建設(shè)的機(jī)械化快速施工等。傳統(tǒng)人工鉆爆無(wú)法滿足當(dāng)前施工需求，機(jī)械化設(shè)備與技術(shù)的配套迫在眉睫。

隧道鑿巖套車是為了解決隧道施工開挖作業(yè)機(jī)械化而誕生的產(chǎn)物，我國(guó)在20 世紀(jì)60 年代開始研發(fā)和應(yīng)用。在之后的30 年中，隨著鐵路隧道建設(shè)的不斷推進(jìn)，對(duì)鑿巖臺(tái)車技術(shù)的研發(fā)，逐漸實(shí)現(xiàn)了全電腦導(dǎo)向以及全自動(dòng)控制。但與國(guó)際先進(jìn)公司的研發(fā)成果相比，還有一定的差距。

3 工程概況

某鐵路隧道全長(zhǎng)6 563m，起止里程為DK365+150～DK371+713，采用進(jìn)、出口雙向掘進(jìn)，最大深埋316m。隧道圍巖成分主要由粉質(zhì)黏土、頁(yè)巖及灰?guī)r構(gòu)成，巖性復(fù)雜?；?guī)r地區(qū)有巖溶地質(zhì)發(fā)育，頁(yè)巖地層橫穿灰質(zhì)頁(yè)巖夾煤線，碳質(zhì)頁(yè)巖層巖體易破碎，施工過程容易造成突水突泥、瓦斯泄漏以及巖體塌方。隧道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Ⅱ。

4 機(jī)械化設(shè)備選型

通過將鐵建重工ZYS113 全電腦三臂鑿巖臺(tái)車與德國(guó)阿特拉斯全電腦鑿巖臺(tái)車各項(xiàng)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析（見表1），結(jié)合隧道工程單洞單線雙向掘進(jìn)的施工要求，以及隧道的實(shí)際地質(zhì)情況，選用2 臺(tái)鐵建重工ZYS113 全電腦鑿巖臺(tái)車。

表1 鐵建重工與阿特拉斯全電腦鑿巖臺(tái)車數(shù)據(jù)對(duì)比

5 機(jī)械化施工配套技術(shù)

5.1 機(jī)械化配套原則

施工機(jī)械與施工方法配套；單線鐵路長(zhǎng)隧道斷面較小，無(wú)軌運(yùn)輸阻礙通風(fēng)，因此，采用有軌運(yùn)輸；動(dòng)力選型以電-液為主；充分考慮機(jī)械可靠性、經(jīng)濟(jì)性、生產(chǎn)能力；考慮引進(jìn)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，易損件、零配件供應(yīng)方便。

5.2 成本要求

鐵路隧道施工機(jī)械設(shè)備配套，不必盲目追求性能、技術(shù)和產(chǎn)量，從整機(jī)性能出發(fā)，單機(jī)性能與生產(chǎn)力匹配即可；保證在規(guī)定作業(yè)條件和作業(yè)時(shí)間下保持穩(wěn)定功率和機(jī)械性能，從施工質(zhì)量、機(jī)械穩(wěn)定性、時(shí)間損失中取得平衡；機(jī)械運(yùn)行對(duì)操作人員及周邊施工人員有安全保障機(jī)制，如防護(hù)裝置、過載保護(hù)、自動(dòng)手動(dòng)切換控制等；機(jī)械壽命與設(shè)計(jì)相符，耐用性達(dá)標(biāo)；維修、檢查和保養(yǎng)方便，易損件、配件采購(gòu)渠道通暢；充分考慮經(jīng)濟(jì)成本，優(yōu)先選擇節(jié)能型設(shè)備；兼容性強(qiáng)，能滿足多地形、地質(zhì)作業(yè)；優(yōu)先選擇低噪音、低污染、弱震動(dòng)、防潮性能好的設(shè)備。

6 鑿巖臺(tái)車超欠挖控制方法

隧道超欠挖控制是隧道施工的主控項(xiàng)目，欠挖會(huì)導(dǎo)致后期襯砌厚度不足，提高運(yùn)營(yíng)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，超挖會(huì)導(dǎo)致初支混凝土數(shù)量增加，增加施工成本，所以，利用開挖機(jī)械有效控制隧道超欠挖有極為重要的意義[2]。

初支超欠挖的線行控制能有效減少爆破后超挖所造成的空洞、圍巖擾動(dòng)?？稍谌坭弾r臺(tái)車上配備全站儀，對(duì)圍巖進(jìn)行線行掃描，獲取超欠挖數(shù)據(jù)并分析，以便于及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)。

6.1 鑿巖臺(tái)車開挖施工流程

整個(gè)開挖流程按定位、鉆爆設(shè)計(jì)導(dǎo)入、自動(dòng)鉆孔、裝藥、爆破、排險(xiǎn)出渣的順序進(jìn)行。施工過程中需注意以下幾點(diǎn)問題：鉆爆設(shè)計(jì)，通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與全站儀掃描結(jié)果相結(jié)合取得圍巖數(shù)據(jù)，經(jīng)過綜合分析后調(diào)整鉆爆參數(shù)，導(dǎo)入鑿巖臺(tái)車電腦；鐵建重工ZYS113 型鑿巖臺(tái)車可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)鉆孔作業(yè)，需在作業(yè)前將鉆孔位置、孔位、角度、深度輸入車載電腦即可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)作業(yè)；鐵建重工ZYS113 型鑿巖臺(tái)車自配工作吊籃，為施工人員提供安全的裝藥環(huán)境。

6.2 長(zhǎng)短眼爆破控制超欠挖

全斷面開挖采用鐵建重工ZYS113 型三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行全斷面鉆研爆破，遭遇軟弱圍巖無(wú)法垂直開挖輪廓線時(shí)，會(huì)造成鉆研過程出現(xiàn)外插角，可采用長(zhǎng)眼爆破對(duì)開挖進(jìn)尺短進(jìn)行有效超挖控制。抬高常眼起眼高度，外插短眼能有效控制全斷面隧道遂底超挖、欠挖。使用鑿巖臺(tái)車鑿孔更加精準(zhǔn)，減少了超欠挖量，這樣也減少了因?yàn)樘幚沓吠谠斐傻馁M(fèi)用。

6.3 爆破效果

結(jié)合施工地的地質(zhì)情況，實(shí)時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，通過縮小眼間距、減少裝藥量、局部縮小開挖輪廓等措施減少超欠挖，保證周邊圍巖穩(wěn)定性。

7 鑿巖臺(tái)車裝藥作業(yè)平臺(tái)數(shù)量?jī)?yōu)化

鑿巖臺(tái)車的裝藥作業(yè)采用人工完成，鉆爆臺(tái)架可實(shí)現(xiàn)全斷面同時(shí)裝藥。但是鐵建重工ZYS113 型三臂鑿巖臺(tái)車操作筐數(shù)量有限，僅有的2 個(gè)操作筐作業(yè)面較少，裝藥速度不能滿足施工需求。可通過加裝快速作業(yè)筐在鉆臂前端，通過2部臺(tái)車共6 個(gè)作業(yè)臂同時(shí)進(jìn)行裝藥作業(yè)，提高鑿巖臺(tái)車施工效率。鐵建重工ZYS113 型三臂鑿巖臺(tái)車沒有快速裝藥的功能，可通過增加吊籃的方式改善裝藥效率，吊籃裝藥試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表2），吊籃尺寸以及數(shù)量要根據(jù)實(shí)際裝藥需求定制，承重量需超過150kg。

表2 裝藥分布與時(shí)間對(duì)比

8 結(jié)語(yǔ)

單線鐵路長(zhǎng)隧道作業(yè)范圍小、工程環(huán)境較差，隧道開挖機(jī)械化施工的關(guān)鍵還是在機(jī)械化配套設(shè)備的選擇以及施工技術(shù)的研究。不同長(zhǎng)度、不同地質(zhì)特點(diǎn)的隧道所需的機(jī)械化配套方案及施工技術(shù)不同，合理運(yùn)用鑿巖臺(tái)機(jī)性能優(yōu)勢(shì)，選擇最優(yōu)爆破方案，能有效地實(shí)現(xiàn)鐵路隧道開挖作業(yè)的快速施工。在保證好設(shè)備的正常維修、保養(yǎng)的同時(shí)，盡量減少資金占用。機(jī)械化作業(yè)線是我國(guó)鐵路隧道建設(shè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，具有很高的研究?jī)r(jià)值。