公路硬巖隧道雙臂鑿巖臺車鉆爆施工

任偉紅

（甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅蘭州 730030）

公路硬巖隧道雙臂鑿巖臺車鉆爆施工

任偉紅

（甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅蘭州 730030）

近年來，公路建設(shè)發(fā)展迅猛，在工程建設(shè)的眾多技術(shù)領(lǐng)域中隧道和地下工程技術(shù)十分突出。從隧道和地下工程的數(shù)量、規(guī)模和建設(shè)速度來看，我國堪稱世界之最。液壓鑿巖臺車鉆眼爆破法是先進(jìn)的隧道開挖方法，能適應(yīng)各種地質(zhì)條件下的隧道開挖，特別在長大、特長隧道開挖施工中具有鉆孔速度快、能縮短非鉆孔時間、自動化程度高、施工安全、施工質(zhì)量高、隧道開挖作業(yè)環(huán)境較好、施工作業(yè)的機(jī)械化水平較高、超前鉆孔技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)。

隧道 鑿巖臺車 鉆爆

隧道中硬巖隧道占相當(dāng)比例，采用的主要施工方法有鉆爆法和TBM法，我國主要采用的施工方法是鉆爆法，鉆爆法的核心工序之一就是鉆眼爆破。對隧道施工而言，開挖是施工成敗的關(guān)鍵，目前國內(nèi)把風(fēng)動鑿巖機(jī)配合自制開挖臺架作為主要的鉆爆開挖方法，這種以人工為主的施工方法，因其勞動強(qiáng)度大、勞動環(huán)境惡劣、施工效率較低，已滿足不了現(xiàn)代化建設(shè)的需求；機(jī)械化施工成為隧道修建技術(shù)的發(fā)展方向，機(jī)械化是加快施工速度、提高施工效率、保障施工安全的重要措施，也是隧道施工技術(shù)進(jìn)步的體現(xiàn)。液壓鑿巖臺車鉆眼爆破法是先進(jìn)的隧道開挖方法，能適應(yīng)各種地質(zhì)條件下的隧道開挖，特別在長大、特長隧道開挖施工中具有鉆孔速度快、能縮短非鉆孔時間、自動化程度高、施工安全、施工質(zhì)量高、隧道開挖作業(yè)環(huán)境較好、施工作業(yè)的機(jī)械化水平較高、超前鉆孔技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)，但是鑿巖臺車自身造價較高。所以盡管鑿巖臺車在隧道開挖中有很多優(yōu)勢，但是由于施工人員的素質(zhì)較低，施工管理水平較低，施工機(jī)械配套不合理等因素，鑿巖臺車并沒有充分發(fā)揮其作用，加之中國勞動力充足，使得施工單位偏向技術(shù)含量較低的風(fēng)動鑿巖機(jī)。由以上分析可知，鑿巖臺車雖然是比較先進(jìn)的隧道鉆眼工具，但是由于施工單位對其研究較少，不能充分發(fā)揮其在隧道開挖中的優(yōu)勢，因此做好鑿巖臺車快速施工的研究工作具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了加快硬巖鉆眼速度，提高鉆眼精度，降低鑿巖成本，實(shí)現(xiàn)自動化鑿巖，減少隧道超挖斷面，達(dá)到節(jié)省噴射混凝土用量和減少巖石運(yùn)量的目的。引進(jìn)了阿特拉斯-科普柯雙臂鑿巖臺車用于隧道施工。尋求優(yōu)化隧道施工機(jī)械集群的配置，縮短每一循環(huán)的工作時間，提高施工速度，增大產(chǎn)出比率，從而達(dá)到降低施工成本。

1　工藝原理

隧道采用新奧法施工，針對新奧法施工的特點(diǎn)和總體工期的要求，確定出開挖方法和每循環(huán)進(jìn)尺，根據(jù)光面爆破設(shè)計的計算理論選取合理的爆破參數(shù)。利用全站儀免棱鏡激光測量技術(shù)，并配合隧道放樣軟件對炮眼位置進(jìn)行精確放樣。鑿巖臺車?yán)每刂葡到y(tǒng)使得臺車在定位后，將大臂移到定位面，使鉆頭與炮眼相對完成定位。放樣完成后，鑿巖臺車在放樣圖形的引導(dǎo)下進(jìn)行鉆孔作業(yè)，做法是：操作人員操縱手柄，使臺車鉆臂移動的投影點(diǎn)與布孔設(shè)計圖中的孔位重合，此時計算機(jī)給定鉆臂推進(jìn)梁鉆孔角度、孔深等參數(shù)；再操縱鉆孔手柄進(jìn)行開鉆。鉆眼完成后對各個炮眼進(jìn)行清孔后，利用裝藥器進(jìn)行裝藥、堵塞炮眼，連接爆破網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行起爆。

2　操作要點(diǎn)

隧道爆破設(shè)計主要包括掏槽眼和周邊眼設(shè)計。掏槽眼的爆破效率直接影響隧道爆破的成敗，掏槽眼采用“雙排楔形加大直徑中空導(dǎo)向掏槽法”布置，周邊眼的爆破是為隧道創(chuàng)造比較光滑的輪廓，減少超欠挖。

2.1隧道光面爆破設(shè)計計算

2.1.1炮眼數(shù)量計算

炮眼數(shù)量（N）的計算不包括未裝藥的空眼數(shù)，炮眼數(shù)量與單位炸藥消耗量（q）、開挖斷面積（s，m2）成正比，與裝藥系數(shù)（a，即裝藥長度與炮眼全長的比值）、每米藥卷的炸藥質(zhì)量（r，kg/m）成反比。

2.1.2每一循環(huán)炮眼深度計算

周邊炮眼與輔助炮眼的眼底落在同一垂直面上，與循環(huán)進(jìn)尺相同，掏槽炮眼深度比循環(huán)進(jìn)尺深20cm。

2.1.3炮眼長度計算

輔助眼的長度為：L2=12

式中：L2—輔助眼的長度。

掏槽眼和周邊眼的長度依照圖計算（圖1）

L1=sin θ

B=2l1tan θ+b

B1=2l2tanθ1+b1

L3=l3

2+b'2

式中：L1——掏槽眼的長度；

θ——掏槽眼與開挖面的夾角；

B——同一平面上的兩掏槽眼眼口的距離；

b——同一平面上的兩掏槽眼眼底的距離，取為0.25m；

b'——周邊眼眼底與眼口的水平偏差，考慮到鉆孔需要和周邊眼外插超出輪廓線，其值取為0.15m。

2.1.4裝藥量計算

Q=arl

式中，Q—單個炮眼的裝藥量。

2.2爆破設(shè)計結(jié)果

計算可得炸藥每米藥卷的炸藥質(zhì)量r為0.86kg/m，單位耗藥量q為1.0kg/m3。

IV級圍巖裝藥量系數(shù)a取0.7，上臺階斷面面積為82.36m2，下臺階斷面面積54.9m2，計算上臺階炮眼數(shù)量136個，下臺階計算炮眼數(shù)量90個，合計226個。

炮眼具體布置時，根據(jù)炮眼的間距在隧道橫斷面圖上一一布置，確定各種形式炮眼的個數(shù)，各種形式炮眼間距和個數(shù)情況。

2.3鉆孔

鉆孔之前，先用全站儀定位激光束確定炮眼位置坐標(biāo)，然后在掌子面上做出標(biāo)記。放樣完成后，臺車在放樣圖形引導(dǎo)下進(jìn)行鉆孔作業(yè)。做法是：操作人員操縱手柄，使臺車鉆臂移動的投影點(diǎn)與布孔設(shè)計孔位相重合，此時確實(shí)好鉆臂推進(jìn)梁鉆孔角度、深度等具體參數(shù)后，再操縱鉆孔手柄，通過手柄自動控制即可開鉆。這樣，一個操作手可同時操縱臺車上2個鉆臂進(jìn)行鉆孔作業(yè)，既減輕了勞動強(qiáng)度，又提高了孔位的準(zhǔn)確性和工效。

2.4裝藥、堵塞炮眼

············

爆破物品通過專用運(yùn)輸車運(yùn)輸至指定定點(diǎn)，使用裝藥機(jī)對各炮眼進(jìn)行裝藥，機(jī)械裝藥使炮孔裝藥密度和炮孔裝藥飽滿度增高，可以增大了延米炮眼利用率，爆破效率提高。利用提前預(yù)制好的堵塞炮泥對炮眼進(jìn)行堵塞不小于25cm。

2.5爆破網(wǎng)絡(luò)連接、起爆

裝藥完畢后，連接爆破網(wǎng)絡(luò)，采用簇并法連接，最后利用電雷管引爆，查看爆破效果，對不符合規(guī)范規(guī)定的爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

3　材料與設(shè)備

3.1主要材料名稱、規(guī)格及主要技術(shù)指標(biāo)

主要材料有炸藥、引爆材料和堵塞材料，炸藥主要采用二號巖石乳化炸藥，引爆材料有電雷管和1～15段非電毫秒微差雷管。

3.2主要施工機(jī)具、儀器、儀表

主要施工機(jī)具有雙臂鑿巖臺車、挖掘機(jī)、自制臺架、裝藥器、炮泥機(jī)、自卸車，主要的儀器、儀表有激光斷面儀、全站儀、水準(zhǔn)儀、超前預(yù)報系統(tǒng)等。

4　質(zhì)量控制

炮眼的深度、角度、間距應(yīng)按爆破設(shè)計要求確定。掏槽眼眼口間距和眼底間距誤差不得大于50mm，輔助眼眼口排距、行距誤差不得大于50mm，周邊眼沿隧道設(shè)計斷面輪廓線上的間距誤差不得大于50mm，周邊眼外斜率不得大于50mm/m，眼底不超出開挖輪廓線100mm。應(yīng)嚴(yán)格控制欠挖。拱腳、墻腳以上1m范圍內(nèi)斷面嚴(yán)禁欠挖。

5　結(jié)語

雙臂液壓鑿巖臺車進(jìn)行炮眼鉆孔，能適應(yīng)各種地質(zhì)條件下的隧道開挖，特別在長大、特長隧道開挖施工中具有鉆孔速度快、自動化程度高、施工人員安全風(fēng)險小、鉆孔質(zhì)量高、隧道開挖作業(yè)環(huán)境較好等優(yōu)點(diǎn)，保證了鉆爆質(zhì)量，是一種高效的施工方法。

［1］于亞倫.工程爆破理論與技術(shù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

［2］婁德蘭.導(dǎo)爆管起爆技術(shù)［M］.北京：中國鐵道出版社，1995.

［3］王海亮.鐵路工程爆破［M］.北京：中國鐵道出版社，2001.