鑿巖臺(tái)車在山嶺隧道施工中的應(yīng)用與分析

王全洲

山嶺隧道工程項(xiàng)目數(shù)量和規(guī)模逐漸擴(kuò)大，對(duì)工程施工技術(shù)提出了較高要求。這類工程建設(shè)過程中，隧道挖掘作業(yè)的行進(jìn)速度會(huì)直接影響到工程建設(shè)工期，而挖掘作業(yè)又受到了作業(yè)設(shè)備本身質(zhì)量、作業(yè)時(shí)間、作業(yè)順序以及作業(yè)步驟等情況的制約。

一、鑿巖臺(tái)車在山嶺隧道施工中的實(shí)例分析

某條鐵路起訖里程是DK220+680～DK337+201，正線全長為416.245km，其中共涉及到了34座隧道，隧道總長為155.753km，占據(jù)總體鐵路線路長度的37.42%。隧道中長度＞15km的有4座，長度共計(jì)68.125km；隧道長度為10～15km之間的有3座，長度為31.456km；隧道長度為4～10km之間的有8座，長度共計(jì)24.421km；隧道長度為1～4km之間的有8座，長度共計(jì)18.128km；隧道長度＜1km的隧道共有11座，長度共計(jì)為13.623km。

途經(jīng)該路段的鐵路面臨著較為復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，包含黃土隧道、粉細(xì)砂隧道、低瓦斯隧道以及大涌水量隧道。工程在途經(jīng)長度為4～10km之間的某條隧道時(shí)，Ⅱ級(jí)圍巖長度占總體20.1%；Ⅲ級(jí)圍巖長度占總體46.9%；Ⅳ級(jí)圍巖長度占總體的27.9%；Ⅴ級(jí)圍巖長度占總體的4.1%。其中該隧道實(shí)際允許超挖值見表1。該隧道埋深約為70～400m，極限埋深約為700m，隧道2#斜井小里程作業(yè)面使用三臂鑿巖臺(tái)車開展挖掘支護(hù)施工。

表1 隧道允許超挖值（單位：mm）

二、鑿巖臺(tái)車在山嶺隧道施工中的應(yīng)用效果與價(jià)值

1.鉆孔速率較快。大多數(shù)的鑿巖臺(tái)車都是使用液壓式鑿巖機(jī)型號(hào)，其能夠在較短時(shí)間內(nèi)單孔成孔，遠(yuǎn)超于風(fēng)動(dòng)鑿巖的速率，具體作業(yè)中還可以多孔同時(shí)操作，首次成孔數(shù)量較多，減少鉆孔作業(yè)時(shí)間。面對(duì)隧道硬巖施工作業(yè)，三臂鑿巖臺(tái)車更是顯現(xiàn)出極大優(yōu)勢，相較于氣動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔速度加快60%～120%，且實(shí)際應(yīng)用中可以快速定位鉆桿，不需要另外搭建輔助工作平臺(tái)，優(yōu)化工作流程。

2.安全環(huán)保性能較高。使用三臂鑿巖臺(tái)車開挖時(shí)，在固定操作臺(tái)上有作業(yè)人員負(fù)責(zé)鉆機(jī)的操作，施工人員可以距離施工掌子面10m，減少了施工作業(yè)人員受到三臂鑿巖臺(tái)車作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)的威脅。同時(shí)三臂鑿巖臺(tái)車機(jī)組人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較低，施工面的噪音較小，基本不會(huì)造成負(fù)面影響。且作業(yè)過程中不會(huì)產(chǎn)生較大灰塵，空氣無污染，只需處理好施工后的廢水即可。

3.擁有較高的自動(dòng)化水平。鑿巖臺(tái)車實(shí)際應(yīng)用過程中，借助于電腦控制、半控制方式可以解析各項(xiàng)傳感器信號(hào)，使其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)模式，相應(yīng)的駕駛室內(nèi)部顯示器中可以及時(shí)顯示出鑿巖臺(tái)車大臂和推進(jìn)梁的具體位置、傾斜角度。發(fā)揮計(jì)算機(jī)的控制優(yōu)勢，使得鉆臂系統(tǒng)始終維持正常的運(yùn)行狀態(tài)，臺(tái)車電腦可以及時(shí)定位和調(diào)整好鉆臂、推進(jìn)梁的位置。鉆孔在計(jì)算機(jī)事先設(shè)定好的布孔圖中，可以精確選好鉆孔位置，減少鉆孔失誤情況的出現(xiàn)。

4.擁有豐富的運(yùn)行功能。將鑿巖臺(tái)車應(yīng)用在山嶺隧道工程挖掘作業(yè)中，可以利用三臂鑿巖臺(tái)車的機(jī)械手全方位地開展多項(xiàng)施工作業(yè)，包含預(yù)測預(yù)報(bào)深孔地質(zhì)、開展徑向系統(tǒng)錨桿作業(yè)，并實(shí)施超前小導(dǎo)管施工作業(yè)等，相較于傳統(tǒng)手持氣動(dòng)鑿巖機(jī)來說，這種鑿巖臺(tái)車擁有著廣泛的使用范圍，在Ⅱ～Ⅴ的破碎風(fēng)化巖施工環(huán)境下都能起到良好的效果，且具有安全、高效的優(yōu)勢。

三、鑿巖臺(tái)車在山嶺隧道施工中的應(yīng)用

1.施工準(zhǔn)備

（1）通水。鑿巖臺(tái)車挖掘作業(yè)過程中會(huì)使用到大量水資源，一方面是因?yàn)槠錂C(jī)械體積過大，由于密集管線的存在，出現(xiàn)了較多發(fā)熱單位，要有大量水源作為降溫支撐；另一方面則是具體鉆孔中需要使用大量水源不斷沖刷鉆孔體內(nèi)的鉆碴，減少卡鉆情況的出現(xiàn)?，F(xiàn)場施工作業(yè)時(shí)，需要配置專門蓄水池，達(dá)到300m3即可滿足三臂鑿巖臺(tái)車的使用要求。

（2）通風(fēng)準(zhǔn)備。隧道工程挖掘作業(yè)會(huì)涉及到較大的斷面，其中需使用鉆爆方式，在無軌道運(yùn)輸體系之中出碴量較大，且設(shè)備運(yùn)行中存在較多內(nèi)燃機(jī)械裝置，想要切實(shí)推進(jìn)裝碴、輸送以及二次襯砌等施工環(huán)節(jié)的順利實(shí)施，需要針對(duì)作業(yè)過程中的各項(xiàng)情況加以控制，如過長的通風(fēng)管線、過大的空氣阻力、爆破后沒有及時(shí)通風(fēng)而殘存的煙塵、一氧化碳等，從而給施工作業(yè)人員創(chuàng)造出更為健康的環(huán)境。對(duì)此，需要選擇好合適風(fēng)機(jī)型號(hào)，不斷完善風(fēng)袋裝配工作，按照2臺(tái)160kW風(fēng)機(jī)組作為一套模式，強(qiáng)化作業(yè)過程中的通風(fēng)效果。

（3）通電準(zhǔn)備工作。三臂鑿巖臺(tái)車想要保持正常運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)控制好電壓，在作業(yè)區(qū)域范圍內(nèi)裝置400V升壓器，能夠起到良好的效果。具體開挖中始終保持著安全間距，即將升壓器端頭和挖掘面控制在100m左右，同時(shí)隨著洞體的挖掘，需不斷延展升壓器的位置。

2.施工流程

（1）鉆孔

在三臂鑿巖臺(tái)車的作用下推進(jìn)山嶺隧道工程施工。

①使用徠卡120+全站儀開展放樣采樣作業(yè)，重點(diǎn)針對(duì)全斷面挖掘輪廓進(jìn)行放樣，一般情況下，控制50cm左右的點(diǎn)間隔可以起到良好效果。

②控制好鉆孔工作的實(shí)施效果。準(zhǔn)備工作做好后，按照事先設(shè)定好的爆破設(shè)計(jì)方案實(shí)施鉆孔作業(yè)。遵守測量線的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)排布炮眼，借助于楔形掏槽爆破。本次開挖鉆進(jìn)工作中，巖石本身質(zhì)地較硬，前半段主要使用了鉆桿，再加上鉆頭本身的強(qiáng)度等級(jí)、使用速率不夠高，影響了實(shí)際鉆進(jìn)效果，最終及時(shí)聯(lián)系商家，專門定制了強(qiáng)度更高的鉆頭和鉆桿，從而有效地提升了作業(yè)的速率。

（2）清孔和爆破

積極開展炮孔的清潔和裝填作業(yè)，使用裝藥臺(tái)車，裝填好鉆孔的間隔，保證裝藥工作的效果。結(jié)束裝藥之后，爆破地區(qū)直徑300m范圍內(nèi)要確保無任何機(jī)械、人員的參與，在確保無任何多余物質(zhì)后開展爆破工作。三臂鑿巖臺(tái)車鉆孔直徑為45mm，開展爆破工作，需要采用巖石乳化炸藥，由半徑為φ32mm轉(zhuǎn)變?yōu)棣?9mm，如此一來，能夠增強(qiáng)藥卷、炮孔之間的耦合度，使得炮孔總數(shù)有所降低，提升爆破效益。裝藥平臺(tái)直接裝載炸藥，所擁有的空間較小，需要將炸藥、雷管之類的物品重復(fù)運(yùn)輸，總體的作業(yè)效率不高。為改進(jìn)這種情況，可以在作業(yè)區(qū)裝置裝藥臺(tái)車，增加炸藥裝填的實(shí)際速率。

（3）出碴

發(fā)揮三臂鑿巖臺(tái)車的優(yōu)勢，控制好爆破作業(yè)實(shí)施效果，及時(shí)開展通風(fēng)作業(yè)，全面排除掌子面的危險(xiǎn)因素之后，及時(shí)推進(jìn)出碴作業(yè)的實(shí)施。首先，實(shí)際出碴過程中針對(duì)隧道中碎碴的塊度細(xì)致檢查，如果塊度較大則適當(dāng)增加下循環(huán)炮眼；而如果碎碴塊度較小則適當(dāng)減少下循環(huán)炮眼。同時(shí)及時(shí)調(diào)整裝藥數(shù)量。其次，碎碴出碴后針對(duì)初支斷面進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，尋找到超欠挖現(xiàn)象，良好支持下循環(huán)爆破數(shù)據(jù)的調(diào)整工作，這樣能在很大程度上增加光爆效益，減少具體爆破作業(yè)在圍巖的擾動(dòng)影響，減少后續(xù)作業(yè)的時(shí)間。

四、結(jié)語

鑿巖臺(tái)車在當(dāng)前山嶺隧道工程施工建設(shè)過程中具有良好的應(yīng)用效果，其鉆孔速率較快，安全環(huán)保性能高，且擁有較高的自動(dòng)化水平和豐富的運(yùn)行功能。在實(shí)施山嶺隧道工程開挖作業(yè)的過程中需要結(jié)合具體工程實(shí)施情況，嚴(yán)格控制好各項(xiàng)施工步驟，提升工程總體施工水平。