蔣 波

(深圳高速工程顧問(wèn)有限公司，廣東 深圳 518034)

1 工程概況

旗桿山隧道為重慶市城口(陜渝界)至開(kāi)州高速公路土建A3合同段，為分離式隧道，單洞全長(zhǎng)7 660 m，在整個(gè)高速公路建設(shè)項(xiàng)目中占有重要地位。同時(shí)，旗桿山隧址區(qū)巖溶現(xiàn)象發(fā)育，可溶巖總長(zhǎng)度達(dá)6.18 km，占隧道總長(zhǎng)的80.7%。其斜井全長(zhǎng)1 860 m，隧道凈空8.5 m，凈寬6.6 m，最大縱坡7.25%，最大埋深820 m。

2 鑿巖臺(tái)車(chē)特點(diǎn)

相較于傳統(tǒng)施工方式，鑿巖臺(tái)車(chē)對(duì)大斷面、長(zhǎng)隧道、高類(lèi)圍巖的適應(yīng)性更強(qiáng)，具有鉆進(jìn)速度快、耗能低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)機(jī)械化水平較高，可預(yù)防出現(xiàn)超挖或欠挖等不利情況，實(shí)現(xiàn)施工成本的控制[1]。操作人員在固定的操作臺(tái)上操作臺(tái)車(chē)，鉆臂的控制精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定位，提升開(kāi)挖效果與質(zhì)量，降低開(kāi)挖誤差，將超欠挖控制在11～15 cm，同時(shí)距離掌子面較遠(yuǎn)，加上安全頂棚，大大提升了施工安全性，避免發(fā)生落石傷人現(xiàn)象。

與人工風(fēng)鉆相比，鑿巖臺(tái)車(chē)采用電力進(jìn)行控制，污染小，無(wú)明顯粉塵產(chǎn)生，噪聲也相對(duì)較小，加上施工人員佩戴防噪聲彈性耳塞以及做好其他安全防護(hù)措施，開(kāi)挖施工對(duì)施工人員人身的傷害較小[2]。

本文以ZYS113全電腦三鑿巖臺(tái)車(chē)為例進(jìn)行說(shuō)明。其主要有以下部件：底盤(pán)、鉆臂、3臺(tái)鑿巖機(jī)、推進(jìn)梁、液壓系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)、吊籃臂及吊籃、水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)、鉆進(jìn)系統(tǒng)，如圖1所示。在工作的具體開(kāi)展過(guò)程中，作業(yè)面覆蓋范圍的高度上限是11.3 m，寬度上限是16.6 m。鉆孔直徑下限是42 mm，上限是127 mm。鉆進(jìn)深度為35 m。ZYS113全電腦三鑿巖臺(tái)車(chē)可以進(jìn)行全自動(dòng)炮眼鉆孔、超前地質(zhì)勘探、地質(zhì)分析、斷面掃描、錨桿施工、輔助檢測(cè)、高空施工、灌漿施工、管棚施工、配合裝藥、撬毛等作業(yè)，其顯著特點(diǎn)在于以臺(tái)行式進(jìn)行行走、非常靈活、比較迅速。

圖1 鑿巖臺(tái)車(chē)示意圖

3 全電腦三臂鑿巖臺(tái)車(chē)在隧道施工中的應(yīng)用

3.1 全自動(dòng)高效智能化

(1)臺(tái)車(chē)定位：場(chǎng)地處于平整狀態(tài)，臺(tái)車(chē)準(zhǔn)備就位后，利用3D掃描儀對(duì)后視固定點(diǎn)P1與P2進(jìn)行掃描。對(duì)檢測(cè)點(diǎn)P3進(jìn)行核對(duì)，以獲取與臺(tái)車(chē)位置相關(guān)的精確數(shù)據(jù)。

(2)選擇鉆孔設(shè)計(jì)圖：在對(duì)鉆孔設(shè)計(jì)圖進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須全面考量各方面信息，如隧道斷面情況、支護(hù)參數(shù)、臺(tái)車(chē)性能等。有必要將車(chē)載電腦提前導(dǎo)入，并對(duì)鉆孔參數(shù)進(jìn)行有效設(shè)置。在具體使用時(shí)，只要將鉆孔設(shè)計(jì)圖及時(shí)調(diào)出即可。

(3)全自動(dòng)鉆孔、清孔：將臺(tái)車(chē)的全自動(dòng)鉆孔系統(tǒng)進(jìn)行全面激活，充分發(fā)揮操作系統(tǒng)的作用進(jìn)行智能布孔。鉆孔結(jié)束后，鑿巖機(jī)退鉆時(shí)要及時(shí)地進(jìn)行清孔。

3.2 超前地質(zhì)勘探和地質(zhì)分析

臺(tái)車(chē)加桿系統(tǒng)主要包括兩方面內(nèi)容：加桿器與鉆桿庫(kù)。如果使用自動(dòng)加桿鉆孔的形式，30 m的超前探孔工作需要在20 min內(nèi)結(jié)束。

操作系統(tǒng)要對(duì)鉆進(jìn)速率、水壓流速等數(shù)據(jù)進(jìn)行全面監(jiān)控，利用有關(guān)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行復(fù)原，以形成較為系統(tǒng)全面的報(bào)告。

3.3 斷面掃描

臺(tái)車(chē)到達(dá)既定位置后，用3D掃描儀對(duì)隧道輪廓進(jìn)行掃描，主要掃描的是臺(tái)車(chē)前后6 m的范圍。利用軟件算法獲取精度高、密度大的數(shù)據(jù)，以形成三維結(jié)構(gòu)模型，對(duì)隧道斷面的超欠狀況進(jìn)行全面顯示，以為后續(xù)循環(huán)隧道鉆爆參數(shù)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供重要參照。

3.4 錨桿及管棚施工

鑿巖臺(tái)車(chē)鉆臂的升降最低為30°，最高為60°，推進(jìn)傾斜的范圍也是如此。推進(jìn)梁傾斜的范圍最低為0°，最高為110°。推進(jìn)旋轉(zhuǎn)范圍可達(dá)到360°，不僅能夠適應(yīng)各類(lèi)型錨桿的需求，而且能夠適應(yīng)管棚的需求。需要注意的是，鑿巖鉆桿可以用錨桿替代，不僅可以推動(dòng)幫錨作業(yè)，而且可以推動(dòng)頂錨作業(yè)。

3.5 高空作業(yè)臺(tái)車(chē)

吊籃臂的傾斜范疇主要集中在-60°～30°，擺動(dòng)范疇主要集中在-45°～45°。不僅控制起來(lái)非常靈活，而且定位非常精準(zhǔn)。吊籃規(guī)格主要是1.2 m×2 m，安全工作所擔(dān)負(fù)荷最高可達(dá)450 kg。內(nèi)部含有高壓空氣接口，能夠滿足錨桿安裝、注漿施工等各類(lèi)需求。吊籃上方還設(shè)置了伸縮頂棚，能夠充分保障高空作業(yè)的安全性。

4 全電腦三臂鑿巖臺(tái)車(chē)的優(yōu)勢(shì)

4.1 節(jié)省測(cè)量放樣時(shí)間

對(duì)于傳統(tǒng)液壓三臂鑿巖臺(tái)車(chē)來(lái)說(shuō)，其長(zhǎng)度達(dá)到150 m。如果用人工形式進(jìn)行放點(diǎn)，需要花費(fèi)2 h左右的時(shí)間，而且有必要提供平臺(tái)；巖臺(tái)車(chē)在進(jìn)行定位時(shí)，只需花費(fèi)5 min左右即可，臺(tái)車(chē)就位后有必要及時(shí)接通水、電，這樣能夠有效縮短鉆孔的準(zhǔn)備時(shí)間。

4.2 操作人員依賴(lài)程度低

(1)對(duì)于傳統(tǒng)液壓三臂鑿巖臺(tái)車(chē)單機(jī)來(lái)說(shuō)，需要4～6人才能進(jìn)行操作，而全電腦三臂鑿巖臺(tái)車(chē)單機(jī)，只需1～2人就能進(jìn)行操作。人力大為降低，工作效率有所提高。

(2)全電腦三臂鑿巖臺(tái)車(chē)則嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖，對(duì)鉆孔參數(shù)進(jìn)行有效設(shè)定，自動(dòng)進(jìn)行鉆孔、清孔工作。以充分保障鉆孔按照有關(guān)設(shè)計(jì)展開(kāi)。

5 施工技術(shù)

鑿巖臺(tái)車(chē)施工流程如圖2所示。

圖2 鑿巖臺(tái)車(chē)施工流程

5.1 測(cè)量放線

在綜合比較各類(lèi)型全站儀的前提下，旗桿山隧道測(cè)量放線工作選擇萊卡全站儀TPS1201(精度1″)，配合鑿巖臺(tái)車(chē)的中間云梯臺(tái)架，定位后用紅色油漆標(biāo)識(shí)出周邊眼孔位。測(cè)量放線工作的注意事項(xiàng)主要有以下幾點(diǎn)：

(1)根據(jù)輪廓開(kāi)挖線標(biāo)識(shí)出周邊眼孔位，并在邊墻2 m高拱部與邊墻分界點(diǎn)畫(huà)出弧線。

(2)嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)所確定的固定間距確定并標(biāo)識(shí)輔助眼的位置，控制炮眼距離，具體距離為60 cm。

(3)加強(qiáng)對(duì)周邊眼鉆進(jìn)角度與坡度的控制，沿著掌子面后方延伸畫(huà)出5條坡度控制線、1條拱肩與4條坡度線，精準(zhǔn)定位中心位置。

5.2 行走作業(yè)

(1)為便利行走，操作手應(yīng)降下鑿巖臺(tái)車(chē)升降平臺(tái)，倒回滑動(dòng)工作臺(tái)，縮回臂架，并使導(dǎo)桿處于平衡狀態(tài)。

(2)操作人員操作鑿巖臺(tái)車(chē)收縮回支腿，并觀察施工現(xiàn)場(chǎng)周?chē)闆r，確定周?chē)鸁o(wú)人與其他障礙物后，嚴(yán)格按照指導(dǎo)人員的指導(dǎo)規(guī)范操作臺(tái)車(chē)行走。

(3)控制液壓油的溫度，確保其不超出30～70 ℃安全允許范圍內(nèi)，若液壓油溫度>70 ℃，操作人員應(yīng)緊急中止行走。

5.3 鑿巖作業(yè)

在實(shí)施鑿巖及升降平臺(tái)時(shí)不得移動(dòng)臺(tái)車(chē)，以免損傷鉆臂與導(dǎo)桿。如果鉆臂需要移動(dòng)，要避免軟管影響鉆臂，操作人員先操作導(dǎo)桿，將其退回原來(lái)位置，并且規(guī)范操作鉆臂，防止鉆臂與機(jī)體其他部位發(fā)生碰撞，破壞油管。在升降平臺(tái)時(shí)必須安排引導(dǎo)人員，用手勢(shì)和信息提醒前后作業(yè)工作人員，確保周?chē)鸁o(wú)人與無(wú)其他障礙物后實(shí)施升降，并確保下方的臂與導(dǎo)桿位置一一對(duì)應(yīng)，精準(zhǔn)科學(xué)[3]。

5.4 鑿巖臺(tái)車(chē)就位

根據(jù)旗桿山隧道圍巖情況采用三臂鑿巖臺(tái)車(chē)，三臂鑿巖臺(tái)車(chē)能夠良好地適應(yīng)于Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖臺(tái)階法和全斷面法隧道開(kāi)挖項(xiàng)目。按照測(cè)量放線工作精準(zhǔn)定位臺(tái)車(chē)位置，再指揮臺(tái)車(chē)在穩(wěn)定性與安全性均符合施工要求的區(qū)域就位，控制鉆臂與掌子面的距離，通常情況下臺(tái)車(chē)鉆臂與掌子面的距離應(yīng)在0.8～1.0 m的范圍內(nèi)。

5.5 鑿巖臺(tái)車(chē)輔助準(zhǔn)備工作

鑿巖臺(tái)車(chē)在安全區(qū)域就位后，工作人員應(yīng)及時(shí)安裝配套設(shè)施，將高壓水管、供電線纜等安裝到位，配套設(shè)施安裝完畢后即可啟動(dòng)臺(tái)車(chē)電氣系統(tǒng)，并通過(guò)液壓系統(tǒng)對(duì)鑿巖臺(tái)車(chē)進(jìn)行調(diào)整，確保臺(tái)車(chē)整體處于平衡。爆破班組基于整個(gè)場(chǎng)所所具備的穩(wěn)定性開(kāi)展進(jìn)一步分析，對(duì)掌子面的虛渣與浮石情況進(jìn)行調(diào)研，并清理開(kāi)挖底眼位置的虛渣，結(jié)合測(cè)量放線工作標(biāo)記底眼孔位。

5.6 鑿巖臺(tái)車(chē)鉆眼

(1)三臂臺(tái)車(chē)鉆孔施工順序?yàn)椋旱籽邸凇苓呇邸o助眼→拱部輔助眼→掏槽眼→中心輔助眼。鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔步驟示意圖如圖3所示。

圖3 鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔步驟示意圖

(2)圍巖情況復(fù)雜多變，鉆孔作業(yè)也會(huì)受到諸多因素的影響，為了保證鉆孔質(zhì)量與達(dá)到預(yù)期的光爆效果，安排專(zhuān)員加強(qiáng)對(duì)鉆孔作業(yè)的管理，提高施工人員的安全責(zé)任意識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)開(kāi)挖作業(yè)的全過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)督[4，5]。

(3)科學(xué)布置鉆孔，鉆孔孔徑為45 mm，拱部擴(kuò)大眼共計(jì)7個(gè)，3個(gè)以拱形狀態(tài)布置，4個(gè)以水平狀態(tài)布置；以中心掏槽眼(楔形掏槽)為中心線，在中心線左右210 cm兩側(cè)布置掏槽眼，左右兩側(cè)分別布置11個(gè)，布置間距為60 cm。

(4)為保證鉆進(jìn)質(zhì)量，應(yīng)控制進(jìn)尺程度，確保每循環(huán)不超出3.5 m。

(5)加強(qiáng)對(duì)光面爆破的控制，使得在一個(gè)施工區(qū)段內(nèi)炮孔殘留線性相同，并要求操作人員繼續(xù)沿著上次炮孔位置進(jìn)尺。

(6)結(jié)合爆破參數(shù)調(diào)查比較炮孔殘留率、超欠挖數(shù)值以及周邊眼情況。考核爆破效果，在巖面統(tǒng)計(jì)超欠挖數(shù)值，保證周邊眼底位置的爆破達(dá)到設(shè)計(jì)要求。表1為光面爆破參數(shù)表。

表1 光面爆破參數(shù)表

5.7 鑿巖臺(tái)車(chē)清孔、裝藥、爆破

(1)根據(jù)施工規(guī)劃確定旗桿山隧道爆破工作的重難點(diǎn)區(qū)域?yàn)楣凹缗c邊墻，為提升開(kāi)挖成型效果，對(duì)這兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)控制。

(2)周邊眼裝藥方式采用導(dǎo)爆索連接分段式不耦合連接，嚴(yán)格根據(jù)確定的爆破方案確定裝藥量，不得超量或少量，同時(shí)嚴(yán)格按照裝藥步驟進(jìn)行裝藥，用炮棍將藥推送到爆破區(qū)域。

(3)根據(jù)鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔孔徑選擇恰當(dāng)?shù)难b藥炸藥卷，具體選擇直徑為32 mm乳巖石化炸藥卷，按照分段分區(qū)域裝藥的原則，在一個(gè)施工區(qū)段裝藥應(yīng)按照由底腳到拱部和由周邊到中間的裝藥順序[6，7]。

(4)爆破效果與爆破起爆順序密切相關(guān)，因而必須保證中心掏槽眼與周邊眼的爆破效率，周邊眼按照分段分區(qū)域?qū)嵤┍频脑瓌t，共分2段實(shí)施爆破，并且在拱墻位置的爆破點(diǎn)應(yīng)放置到最后起爆，以確保起爆效率。

5.8 鑿巖臺(tái)車(chē)超欠挖處理

(1)加強(qiáng)對(duì)超欠挖的控制，Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖超挖不得超出10 cm。

(2)提升光面爆破質(zhì)量，控制前2個(gè)爆破循環(huán)的爆破進(jìn)度，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范調(diào)整鉆機(jī)角度與控制坡度，繼續(xù)在前2個(gè)爆破循環(huán)的基礎(chǔ)上進(jìn)尺鉆進(jìn)，必須保證2個(gè)循環(huán)炮眼孔位線性相同[8]。

(3)逐步調(diào)整修整超欠挖部位，不得一次性完成超欠挖部位的修整作業(yè)，若出現(xiàn)局部欠挖或欠挖值<10 cm，可使用鉆臂對(duì)欠挖部位繼續(xù)實(shí)施開(kāi)挖，并保持開(kāi)挖輪廓線平直流暢，以免影響后續(xù)支護(hù)作業(yè)。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鑿巖臺(tái)車(chē)優(yōu)勢(shì)突出，性能強(qiáng)大，符合綠色發(fā)展理念的需要，不僅能夠保證隧道開(kāi)挖施工質(zhì)量，而且對(duì)隧道的安全長(zhǎng)期使用也有積極意義。本文依托實(shí)際工程，探討了鑿巖臺(tái)車(chē)施工技術(shù)的應(yīng)用情況，希望所提內(nèi)容能夠?qū)ο嚓P(guān)工作人員有所指導(dǎo)與幫助。