新建川藏鐵路隧道鉆爆法施工機械化配套新技術探討

朱琴生

摘 要：針對川藏鐵路高海拔地區的低溫、低壓、低氧惡劣環境特征，本文對鐵路隧道鉆爆法施工的機械化配套新技術進行了探討分析，為即將動工建設的川藏鐵路隧道鉆爆法施工提供借鑒。

關鍵詞：川藏鐵路隧道;機械化配套;新技術

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）01-0086-02

0 引言

川藏鐵路雅安至林芝段建設即將全面啟動，規劃建設川藏鐵路，做好科學規劃、技術創新、生態保護、安全可靠、配套高效的策劃，才能高起點、高標準、高質量地推進工程規劃建設，惡劣高原自然環境，創新大規模的機械化配套施工技術尤為重要。

1 川藏鐵路工程概況

川藏鐵路雅安至林芝段位于青藏高原東南部，沿線山高谷深，人跡罕至，線路穿越橫斷山、念青唐古拉山等山脈，跨越大渡河、雅礱江、金沙江、瀾滄江、怒江、雅魯藏布江等河流，具有顯著的地形高差、強烈的板塊活動、頻發的山地災害、脆弱的生態環境以及高寒缺氧的氣候環境。

川藏鐵路雅安至林芝段隧道75座，長度789km，20km以上隧道16座，30km以上5座，平均隧道長度大于10km，長大隧道密集，前所未有。

2 川藏鐵路隧道建設面臨的挑戰

川藏線隧道工程有以下幾大特點：工程規模大，隧道占比高、總量大、超長隧道集中;位于板塊擠壓碰撞帶，地質條件極為復雜;穿越橫斷山脈，輔助坑道設置條件差;超大的地形起伏，隧道位于長大單面坡道;高原缺氧的氣候環境;地質條件的不確定，工期、環保要求高。

3 機械化配套的必要性

通過柴油機機械效率數學模型，就可以計算出高海拔地區的低溫、低壓、低氧環境因素對施工設備機械效率的影響程度和規律[1]，人工、機械功效均會不同程度降低，常規的機械設備配套，將無法滿足按期完成建設任務的需要創新機械化配套技術是保證隧道施工質量、減輕作業人員勞動強度的需要;能減少隧道施工群死群傷事故，提高隧道施工安全性，是保證施工進度的重要措施，只有進行隧道施工大型機械化配套，才能達到“快速施工、以機代人”的目標，滿足建設要求。

4 川藏鐵路雅安至林芝段隧道施工及機械化配套技術總體方案

4.1 基于隧道新奧法和新意法的施工總體方案

鄭萬高鐵湖北段施工過程中，根據掌子面圍巖分類及工程地質特性，進行掌子面穩定性評價，據此確定施工方法、掌子面處理措施及超前支護措施，在采取不同處理措施情況下，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級圍巖采用全斷面法開挖，V級圍巖采用微臺階法開挖，獲得了成功[2]。

（1）單線隧道Ⅳ級圍巖、雙線隧道Ⅳ級硬質巖采用超前支護+全斷面法施工，雙線隧道Ⅳ級軟質巖采用超前支護+微臺階法施工;

（2）V級圍巖單雙線隧道采用超前支護+掌子面加固+微臺階法施工;

（3）輔助坑道Ⅳ級圍巖均采用超前支護+全斷面法施工;V級圍巖均采用超前支護+掌子面加固+全斷面法施工。

4.2 鉆爆法施工機械化配套原則

（1）分級配置原則，機械化配套方案分成高度、基本機械化兩種模式;

（2）少人化原則;

（3）全機械化原則，檢鋪底作業線配置自行式仰拱棧橋，防排水作業線配置防水板自動安裝臺車，混凝土襯砌作業線配置智能化模板臺車，養護作業線配置養護作業臺車，溝槽作業線配置溝槽臺車;

（4）大型設備管理專業化原則，先進的施工機械必須配備高素質的管理人員和操作人員，采取專業化的管理模式，最大程度的提高設備的完好率和利用率;

（5）平行作業原則，超前地質鉆探和噴錨拱架安裝單工序作業時間長，效率低下，針對性地進行技術革新，實現與其他工序平行作業，縮短循環時間。

4.3 機械化配套等級總體原則

考慮配置等級、海拔高度、隧道長度、控制工期等因素，對雅安至林芝段隧道按工區劃分，機械化配套方案如下：

（1）雙3000M原則：海拔3000m及長度3000m以上隧道采用高度機械化配套模式，其余隧道采用基本型。

（2）保工期原則：控制工期的隧道采用高度機械化配套模式，其余隧道采用基本型。

4.4 隧道鉆爆法施工設備配置方案

（1）高度機械化配套方案：高度機械化配套以“快速施工、以機代人”為目標，在超前地質預報作業上配置超長距離取芯鉆機（千米級）;開挖作業線配置三臂鑿巖臺車，混裝炸藥設備兩臺;大坡度長斜井工區采用皮帶運輸系統出渣提升出渣效率，支護作業線配置二臂濕噴機械手、鑿巖拱架安裝一體機、錨桿高壓注漿等設備，后續作業線配置自行式仰拱棧橋、防水板自動鋪設臺車、智能化模板臺車、養護作業臺車、溝槽臺車等設備。

（2）基本機械化配套：基本機械化配套機械主要包括：工程鉆機、開挖臺架、風動鑿巖機、普通注漿泵、挖掘機、運渣車、普通拱架安裝臺架、小型混凝土濕噴機、簡易仰拱棧橋、普通防水板鋼筋鋪設臺架、普通襯砌模板臺車、噴淋養護臺架、簡易溝槽模板臺車等，滿足工程目標。

5 新設備及新工藝

（1）千米級超前定向取芯鉆機：SMART 8隧道巖芯勘探鉆機是安百拓集團公司（原阿特拉斯科普柯）生產的長距離巖石取芯勘探鉆機。SMART 8隧道巖芯勘探鉆機主要特點如下：

1）可實現360角度任意方向鉆進，B口徑（鉆孔直徑60mm，取芯直徑36mm）鉆進能力可達到垂直鉆孔深度2000m，水平1400m以上，全程無縫取芯;2）可以安放在隧道橫通道上，APC自動鉆進，實現單人操作，與主洞施工平行作業，大大縮短循環時間。

（2）輪式兩籃三臂液壓鑿巖臺車：可實現掌子面爆破孔、錨桿支護、管棚支護、超前探孔、注漿孔等作業，使用雙作業吊籃做輔助性工作，可以大大縮短裝藥、安裝錨桿等工序時間，加快隧道施工進度。

（3）破碎機+皮帶機出渣系統：在國外，鉆爆法施工的隧道也越來越多的采用連續皮帶機輸送出渣技術[3]，其主要優點：1）較傳統出渣方式，連續皮帶機的功效可提高20%-30%;2）斜井坡度大于15%時，采用皮帶機出渣輸送能很好的滿足運輸需求、降低施工成本;3）在高原嚴寒、低壓和缺氧的氣候環境下，燃油設備功效下降，嚴重制約工程施工效率，連續皮帶機具有高原強適應性、節能減排和環保方面的優勢。

（4）兩臂濕噴機械手：國產的HPS5016型雙臂濕噴機械手已經在安九鐵路某隧道試用，噴射效果與單臂機械手相同，效率約為常規單臂機械手的1.5倍。

（5）鑿巖拱架安裝一體機：傳統的設備工裝進行軟弱圍巖的錨、網、拱、噴、鎖腳錨桿等作業，效率低下，時間長，嚴重影響隧道施工進度，利用鑿巖拱架安裝一體機，可實現起吊、運輸、架設、鉆孔一體化作業，并可進行鎖腳、超前小導管、系統錨桿作業，能夠極大地提高支護的工作效率。

新設備新工藝如表1所示。

6 結論及建議

目前，上述的新設備新工藝在鐵路隧道施工中應用極少，川藏鐵路雅安至林芝段低溫、低壓、低氧的高原環境特征，更需要高度機械化配套施工新技術，特別是千米級定向取芯鉆機、兩籃三臂液壓鑿巖臺車、鑿巖拱架安裝一體機的應用，可以大幅度地改善員工作業環境、降低員工作業強度、保障工程質量，降低工程成本，以達到“快速施工、以機代人、安全高效、快速施工”的目標。

參考文獻

[1] 李琦.高海拔環境對施工設備機械效率的影響研究[J].鐵道科學與工程學報，2016，33（12）：82-87.

[2] 王志堅.鄭萬高鐵隧道大斷面機械化施工關鍵技術研究[J].隧道建設（中英文），2018，38（08）：7-20.

[3] 梅志榮.隧道連續皮帶機出碴施工技術研究[J].現代隧道技術，2013，50（4）：42-49.