全液壓鑿巖臺車在隧道中的應用

陳從睿

(四川省交通勘察設計研究院有限公司，四川成都 610017)

近年來隨著我國經濟的發展，隧道工程也在不斷地發展[1]。對于部分工程項目，隧道更是全線的重點控制工程。面對日益嚴峻的環境問題，我國新建在建工程建設項目，都將環境保護、能源消耗、安全質量等問題放在了重要位置。系統性地對工程進行施工組織設計，通過引進先進設備、研究工藝特點，統籌安排施工流程，從而達到國家對環保的基本要求，同時兼顧經濟性和安全質量。

1 工程概況

本文以某隧道長2 025 m的1#斜井開挖為例，對照分析全液壓鑿巖臺車手持式鑿巖機的開挖施工效果，光面爆破技術及施工工藝流程和控制要點。

隧道左、右線共使用1臺瑞典AtlascopcoXL3 D全液壓鑿巖臺車，輔助坑道(橫洞、斜井、泄水洞、平導)共使用1臺瑞典Atlascopco L2 D全液壓鑿巖臺車。本文選用瑞典Atlascopco L2 D全液壓鑿巖臺車(圖1)進行分析。整車性能參數如表1所示。

圖1 瑞典Atlascopco L2 D全液壓鑿巖臺

2 手持鑿巖機和鑿巖臺車對比

2.1 施工成本分析

以1#斜井開挖為例，考慮最簡單的施工工況，開挖掌子面與空壓機距離小于1.5 km。每1 m開挖方量為75 m3，每日2循環，開挖進尺為3 m左右。選用手持風鉆鑿巖機方案，每循環開挖時間為3 h，而采用瑞典AtlascopcoL2 D全液壓鑿巖臺車開挖方案，每循環開挖時間僅需2 h。

其具體施工成本對照如表2所示。

對照表2可知，二者實際開挖成本基本持平。但液壓鑿巖臺車每循環比手持風鉆鑿巖開挖的進尺多0.5 m以上,每循環用時節約1 h。在保障正常出渣的前提下，單考慮二者的開挖速度，液壓鑿巖臺車每天的開挖進度約高1.3 m,相較手持風鉆鑿巖開挖每月多開挖約合40 m,進度提高20 %左右。以隧道1#斜井為例, 可將施工工期提前3個月。

表1 瑞典AtlascopcoL2 D全液壓鑿巖臺車基本性能參數

表2 施工成本對照 元/m3

此外，隧道1#斜井的巖石主要為灰巖(強度為70 MPa以上)，每個作業循環開挖進尺按照3 m計算。在上文工況下，需要4臺130 kW的空壓機和1臺110 kW的通風機共同持續工作3 h，最低耗電量為1 890 kW·h (4×130 kW×3 h+110 kW×3 h)。結合隧道開挖斷面得到，手持風鉆鑿巖開挖能耗為：8.4 kW·h/m3。而完成同樣的作業循環，僅需1臺液壓鑿巖臺車運行約2 h，其電能耗計算如下：最低耗電量400 kW·h (200 kW×2h)，其開挖能耗為：1.8 kW·h/m3。

由以上分析，液壓鑿巖臺車開挖的電能耗遠遠低于手持風鉆鑿巖施工，每開挖1 m3巖石，可節約6.6 kW·h/m3。

綜上可知，使用液壓鑿巖臺車更有利于提高現場施工組織效率。

2.2 綜合質量分析

鑿巖臺車開挖的施工環境和安全系數較人工手持風鉆開挖有質的飛躍。人工風鉆開挖采用高壓空氣作動力，會造成極大的空氣污染，風鉆又產生高分貝的噪音，引發噪音污染。這些對施工人員的身體健康造成極大的威脅，可能導致矽肺病及聽力下降。而人工風鉆開挖，操作人員離掌子面比較近，其產生的沖擊振動可能引起隧道落石，造成人員傷亡。

鑿巖臺車由于其自身的特點,在開挖中的超欠挖控制能力要高于人工風鉆開挖。瑞典AtlascopcoL2 D全液壓鑿巖臺車采用BMH6818型液壓推進梁，鉆桿長度達5 530 mm，有效孔深可達5 268 mm，在進一步提高進尺的同時，也極大的減少了靠幫角；鉆臂具備全方位平行保持功能和精確的直接定位技術，在實際使用中證明，完全可以達到11～15 cm的超欠挖水平，較手風鉆20～25 cm的超欠挖具備更大優勢，且由于全部采用機械化作業，可以保證施工的連續性，持續保證開挖效果。隨著鑿巖臺車司鉆工操作技術的不斷提高,其光爆效果遠高于人工開挖,大大降低了噴射混凝土用量，其經濟效益遠遠高于人工開挖。

3 鑿巖臺車光面爆破應用

根據新奧法施工原理，選用兩臺全液壓鑿巖臺車進行全斷面或臺階法施工。為了盡量減少施工對圍巖的擾動，需要根據圍巖條件的不同，調整光面爆破施工的參數和措施，進行一次性開挖工作。同時利用全液壓鑿巖臺車保證開挖進尺最大化，整體成型效果最優，以達到施工最高效。

3.1 工藝流程

工藝流程見圖2。

圖2 鑿巖臺車施工工藝流程

3.1.1 測量放樣

采用萊卡全站儀TPS1201(精度1″)進行測量放線，測量前視人員利用鑿巖臺車中間的云梯臺架，用紅油漆畫出周邊孔孔位，其孔位參考見圖3。

圖3 隧道開挖測量光面爆破放線參考

3.1.2 臺車就位

在測量放樣完畢后及時進行鑿巖臺車定位，由班組長根據隧道中線指揮臺車準確就位，同時必須保證就位區域平整堅硬。

3.1.3 鉆孔

臺車就位且完成輔助準備工作后，應嚴格按照測量放樣和爆破設計進行鉆孔，應嚴格遵照鉆孔順序，以兩臂鑿巖臺車為例說明(圖4)。

圖4 鉆孔步驟示意

鉆孔順序：底孔→抬炮→周邊孔→輔助孔→拱部擴大孔→掏槽孔→中心擴大孔。

3.1.4 超挖及爆破

隧道1#斜井在爆破掘進中超挖和超爆主要體現在兩個區域：拱肩和邊墻。重點針對這兩處進行重點調整，以輔助坑道為例，其裝藥布置圖見圖5。

3.2 鑿巖臺車與人工爆破技術對比

全液壓鑿巖臺車在隧道光面爆破高效應用效果極為顯著，并且其開挖效率和安全性能指標遠遠高于人工手風鉆。但全液壓鑿巖臺車施工成本較人工手持風鉆高26元/m3，對于短小隧道而言并無優勢可言，但對掘進長度大于5 km或工作面多的隧道而言，兩者的施工成本基本持平。全液壓鑿巖臺車在光面爆破技術上的高效應用，更能對隧道施工成本(初支噴混凝土、二襯澆筑混凝土)控制起到最優的控制，從而

圖5 隧道光面爆破裝藥量

降低隧道施工總體成本。

3.3 適用范圍

全液壓鑿巖臺車在實際應用過程中，其光爆效果顯著，但總體來說其適用范圍為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級圍巖的全斷面和Ⅳ級圍巖臺階法開挖；Ⅴ級圍巖受進尺和變形限制，很難體現出其光面爆破高效應用效果。

4 結束語

本文以隧道1#斜井開挖為例，全面對比了全液壓鑿巖臺車與人工手持風鉆施工的優缺點。結果表明，在進行大斷面、大長度及多工作面的硬巖隧道掘進開挖時，兩者施工成本基本持平，但全液壓鑿巖臺車開挖耗能小、污染小、安全性高，具有很大的優勢，是一種值得推廣的施工工藝。