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        西康高鐵秦嶺太興山隧道鑿巖臺車鉆爆試驗(yàn)研究

        2024-04-03 07:28:40馮海潮黃智勇程宏生陶永寶傅洪賢許華威管曉明
        鐵道建筑 2024年2期
        關(guān)鍵詞:藥卷鑿巖臺車

        馮海潮 黃智勇 程宏生 陶永寶 傅洪賢 許華威 管曉明

        1.中鐵三局集團(tuán)橋隧工程有限公司, 成都 610083; 2.西成鐵路客運(yùn)專線陜西有限責(zé)任公司, 西安 710043;3.北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院, 北京100044; 4.青島理工大學(xué) 土木工程學(xué)院, 山東 青島 266033

        1 鑿巖臺車應(yīng)用現(xiàn)狀

        1.1 應(yīng)用歷程

        1979年修建衡陽—廣州復(fù)線大瑤山隧道時(shí)進(jìn)口了一批大型施工機(jī)械。首次采用進(jìn)口的四臂全液壓鑿巖臺車進(jìn)行直眼掏槽鉆孔,實(shí)現(xiàn)了全斷面一次成型爆破[1]。隨后在大同—秦皇島鐵路軍都山隧道推廣。90年代末進(jìn)口設(shè)備逐漸老化,維修保養(yǎng)成本較大[2]。由于國內(nèi)勞動力充足,又開始使用手風(fēng)鉆鉆孔,研制了簡易臺架。采用手風(fēng)鉆和簡易臺架進(jìn)行隧道鉆孔爆破,施工效率大大提高[3]。2000年國產(chǎn)鑿巖臺車問世,2015年后進(jìn)入快速發(fā)展階段。隧道鑿巖臺車一般配置3個(gè)鉆臂,也有配置2個(gè)或4個(gè)的,配置5個(gè)的罕見。

        1.2 存在的問題

        1)鑿巖臺車專業(yè)司鉆人員缺乏。司鉆人員均需專門培訓(xùn)并具有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)才能勝任,但目前此類培訓(xùn)甚少。主要原因是沒有大規(guī)模應(yīng)用鑿巖臺車。

        2)技術(shù)水平一般的司鉆人員采用鑿巖臺車鉆孔爆破時(shí)平均線性超挖量大,一般在35 ~ 45 cm。即便技術(shù)水平高的司鉆人員鉆孔,平均線性超挖量也在13 ~ 18 cm,基本上是手風(fēng)鉆的2倍。超挖部分須要采用噴射混凝土補(bǔ)充,開挖成本高。

        3)現(xiàn)場使用的炸藥藥卷直徑與鑿巖臺車鉆孔直徑不匹配,每立方米巖石消耗的炸藥量比手風(fēng)鉆鉆孔爆破時(shí)高很多。如隧道同等圍巖條件下,采用鑿巖臺車和采用手風(fēng)鉆鉆孔爆破時(shí)消耗的炸藥量分別為1.02、0.64 kg/m3[4]。

        針對以上問題,選取西康高速鐵路秦嶺太興山隧道左洞進(jìn)口Ⅲ級圍巖段(DK23 + 075—DK23 + 155)進(jìn)行鑿巖臺車鉆爆法試驗(yàn),提出鑿巖臺車的超挖控制技術(shù)措施,明確合理的炸藥藥卷直徑。

        2 現(xiàn)場試驗(yàn)

        2.1 工程概況

        秦嶺太興山隧道為單線雙洞隧道,左洞、右洞長度分別為16.906 、16.923 km,左右洞間距最大71 m,洞口段線間距18 m。隧道Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級圍巖總長度分別為15.120、16.430、3.268、0.905 km,所占比例分別為42%、46%、9%、3%[5]。隧道圍巖主要為混合花崗巖、混合片麻巖等。礦物成分以石英、長石、角閃石和云母為主。

        2.2 鑿巖臺車改造

        鑿巖臺車采用JTH3200三臂鑿巖臺車,整個(gè)臺車的外形尺寸為17.1 m(長) × 3.1 m(寬) × 4.2 m(高),推進(jìn)梁長度為7.1 m。由于單線隧道跨度為10.8 m,鉆周邊孔時(shí)外插角大,并且鉆掏槽孔時(shí)空間受到限制,鉆孔最深3.5 m,不能滿足快速施工要求。因此,把兩側(cè)的機(jī)械臂長度縮短至6.1 m。改造后鑿巖臺車鉆周邊孔時(shí)外插角較小,鉆孔深度可達(dá)4.0 m。

        2.3 精準(zhǔn)鉆孔措施

        掏槽孔的爆破效果對后續(xù)孔影響非常大,進(jìn)而影響到爆破進(jìn)尺。隧道超挖和欠挖量主要取決于周邊孔的爆破效果。因此,掏槽孔和周邊孔的鉆孔精度至關(guān)重要。

        為了確保鉆孔精度,主要采取如下措施:

        1)鉆孔前在掌子面用紅油漆準(zhǔn)確勾畫出隧道中心線、拱腳線和周邊輪廓線,標(biāo)出掏槽孔、周邊孔、輔助孔等炮孔的位置和間距。

        2)按照掏槽孔、周邊孔、輔助孔的順序鉆孔。為了確保掏槽孔爆破效果和周邊孔爆破時(shí)超挖量在設(shè)計(jì)范圍內(nèi),鉆孔時(shí)嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)間距、深度和角度進(jìn)行。其中,掏槽孔、輔助孔開孔位置誤差分別為不大于5 cm、不大于10 cm,周邊孔開孔位置從輪廓線向內(nèi)移5 cm,孔底不超出開挖輪廓線15 cm。

        3)由于鑿巖臺車操作室距掌子面較遠(yuǎn),為確保鉆孔精度,掌子面配置1名人員引導(dǎo)鉆掏槽孔和周邊孔。

        2.4 爆破參數(shù)的確定

        在確保鉆孔精度條件下,鑿巖臺車鉆爆效果主要取決于各類炮孔起爆順序、起爆時(shí)間和掏槽形式。

        采用鑿巖臺車進(jìn)行光面爆破時(shí),按照掏槽孔、輔助孔、內(nèi)圈孔、周邊孔和底板孔的順序依次起爆。

        電子雷管出廠時(shí)沒有設(shè)置起爆時(shí)間,需要根據(jù)現(xiàn)場圍巖情況確定。為了裝藥方便,把電子雷管的起爆時(shí)間設(shè)置為導(dǎo)爆管雷管奇數(shù)段位(MS1、MS3、…、MS17)的起爆時(shí)間。

        由于直孔掏槽對鉆孔精度要求較高,不易達(dá)到設(shè)計(jì)要求,采用鑿巖臺車進(jìn)行隧道爆破時(shí),大部分采用斜孔掏槽。因此,試驗(yàn)段采用鑿巖臺車進(jìn)行斜孔掏槽?;谠撍淼劳葒鷰r級別地段手風(fēng)鉆鉆孔爆破施工經(jīng)驗(yàn),經(jīng)過現(xiàn)場3個(gè)循環(huán)的鑿巖臺車鉆爆試驗(yàn),最終確定掏槽形式為兩級斜孔掏槽。

        炮孔布置和起爆順序見圖1。隧道各類炮孔爆破參數(shù)見表1。一共鉆149個(gè)炮孔,裝藥總量為257 kg。

        表1 隧道各類炮孔爆破參數(shù)

        圖1 炮孔布置和起爆順序(單位:cm)

        2.5 試驗(yàn)結(jié)果

        Ⅲ級圍巖整體性較好,在3個(gè)循環(huán)爆破試驗(yàn)后,周邊孔炮痕保留率在90%以上。其中一個(gè)循環(huán)爆破后斷面線性超挖量在3.3 ~ 46.2 cm,平均線性超挖量僅19.9 cm。

        由于現(xiàn)場藥卷直徑一般為32 ~ 35 mm,該直徑與手風(fēng)鉆鉆孔直徑40 mm匹配,與鑿巖臺車炮孔直徑50 mm不匹配,掏槽孔爆破效果不理想。根據(jù)手風(fēng)鉆鉆孔直徑與藥卷直徑的匹配關(guān)系,與鑿巖臺車配套的藥卷直徑宜在40 ~ 45 mm取值。

        由于所使用的鑿巖臺車有兩個(gè)工作平臺,每個(gè)平臺最多能允許2人裝藥,裝藥爆破時(shí)間在150 min左右。為了縮短施工時(shí)間,采用簡易臺車配合鑿巖臺車進(jìn)行爆破掘進(jìn)作業(yè),裝藥和連線一般需要8人。按照試驗(yàn)方案和參數(shù)完成了剩余的試驗(yàn)段。試驗(yàn)段爆破施工進(jìn)尺在3.4 ~ 3.6 m,鉆孔平均用時(shí)224 min,裝藥、爆破平均用時(shí)90 min,鉆爆施工用時(shí)314 min。

        3 結(jié)語

        1)針對周邊孔外插角大和掏槽孔深度受限問題,將鑿巖臺車兩側(cè)機(jī)械臂長度由7.1 m縮短至6.1 m。改造后鑿巖臺車鉆周邊孔時(shí)外插角較小,鉆孔深度可達(dá)4.0 m。

        2)掏槽孔和周邊孔的鉆孔精度對于鑿巖臺車爆破施工質(zhì)量至關(guān)重要。鉆孔前勾畫出隧道中心線、拱腳線和周邊輪廓線;按照掏槽孔、輔助孔、內(nèi)圈孔、周邊孔和底板孔的順序鉆孔;掌子面配置1名技術(shù)人員引導(dǎo)鉆掏槽孔和周邊孔。爆破后平均線性超挖量僅19.9 cm。

        3)單線隧道采用鑿巖臺車鉆爆時(shí)可以采用兩級斜孔掏槽,爆破施工進(jìn)尺可達(dá)3.4 ~ 3.6 m。

        4)采用簡易臺車配合鑿巖臺車進(jìn)行爆破掘進(jìn)作業(yè),可以縮短鉆爆施工時(shí)間。與鑿巖臺車配套的藥卷直徑宜在40 ~ 45 mm取值。

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