长大隧道施工中三臂凿岩台车开挖施工技术

刘永福

（中铁十二局集团第二工程有限公司，山西 太原 030032）

对于多数铁路隧道工程而言，通常会采用钻爆法进行开挖作业。从行业发展趋势来看，三臂凿岩台车具有良好的应用前景，它可以提升开挖成洞效率，钻爆精度也得到了良好的控制，进一步减少了超欠挖现象，所需的工程成本也相对更少[1]。因此，有必要对三臂凿岩台车施工技术展开针对性探讨，进一步推动大长隧道施工的开展。

1 工程概况

本文以黄岩隧道为背景，黄岩总长达到了17 030 m，为典型的单洞双线形式，竣工后通车时速达到了200 km/h。从施工内容角度分析，工程共涉及了5座斜井，总共有11个作业面，黄岩隧道正洞主要为Ⅲ级、Ⅳ级围岩以及少量Ⅴ级围岩。

2 施工准备

2.1 三臂凿岩台车基本信息

该三臂凿岩台车型号为阿斯特拉353E，由瑞典研发并引入到国内，采用的是全液压控制的方式，车身长14.5 m、宽2.5 m、高3.6 m，具体见图1。

图1 三臂凿岩台车

2.2 工作能力

（1） 除了完成掌子面的开挖打孔处理外，诸如锚杆以及管棚都可以进行打孔施工。

（2） 在进行水平孔施工时，往上距地面最大高度12 m，往下距地面最大深度2 m；此外，在进行径向孔施工时，与地面的间距需要控制在20 m以内。

2.3 配套设施

（1） 采用的是高压进洞的原则，设备工作电压以380 V为宜；对于单台凿岩台车而言，其产生的总功率为178 kW。

（2） 确保水压达到4 kg水平，此外，主管的直径至少应达到80 mm；对于凿岩台车而言，其各个分管的直径至少应达到35 mm。

（3） 任何一台凿岩台车都需要配备4名工作人员，其中有1名负责现场指挥，余下的则进行实际操作[2]。

2.4 测量放线

做好测量放线工作，此环节需要使用到全站仪设备，由此提升开挖轮廓的精确性，并需要标记出开挖轮廓与炮眼的具体位置。为了醒目，以红色油漆为宜。安排人员做好对轮廓线的测量工作，并做出相应标记，这些均是后续三臂凿岩台车得以顺利施工的必要基础。

3 三臂凿岩台车的施工

其工艺流程见图2。

图2 工艺流程图

3.1 钻爆设计

3.1.1 爆破材料

控制好炸药的种类与药卷的直径，在本工程中选用的是二号岩石乳化炸药，在展开光面爆破施工时，边孔部分的药卷直径应达到32 mm。

3.1.2 掏槽形式及装药结构

关于掏槽眼的布置，以4排对称的形式为宜，确保周边孔与辅助孔二者的孔底能够处于同一垂面上。基于提升爆破效果的目的，需要对周边孔进行合理的优化，即将其绑扎在竹片+导爆索结构之上，在此基础上进行空气间隔不祸盒装药结构。

掏槽眼钻孔：凿岩台车开挖掏槽方式采用楔形水平斜眼掏槽。钻眼前，根据台车推进梁尾部与隧道边墙间可调整的距离，编制爆破设计，现场由台车根据炮眼布置图跟踪指导司钻人员进行炮眼定位。施钻掏槽眼的2名司钻工相互协调，在钻眼位置、角度、眼深等方面严格控制。施钻时，左右两侧2个钻臂要步调一致，相互比较，尽量使左右两侧的炮眼对称，符合爆破设计的要求。

辅助眼钻孔：辅助炮眼交错均匀布置在周边眼与掏槽眼之间，力求爆破出的石块块度适合装碴的需要。由台车根据炮眼布置图指导司钻人员进行炮眼就位。施钻时，左右两侧2个钻臂要步调一致，相互比较，尽量使左右两侧的炮眼对称，符合爆破设计的要求。

凿岩台车开挖钻孔采用三臂凿岩台车钻孔，钻孔Ф45 mm，炸药采用Ф32 mm的乳化炸药。炮孔眼口均采用砂与黏土合制的炮泥堵塞。

炸药选用低密度低爆速、低猛度的炸药。采用2号岩石乳化炸药，非电毫秒雷管起爆，采用微差爆破；周边眼采用乳化炸药，导爆索起爆，以减小起爆时差。

3.1.3 炮眼数量

关于上台阶掏槽眼，需要将其孔口距离控制在50～80 cm范围内，所得到的孔深以2.2 m为宜，共需要设置16个炮眼。关于辅助眼，首排与后续各排的间距存在差异，前者为50 cm，后者稍有加深，为60 cm。周边眼数量需要达到54个，需要将其炮眼间距控制在40 cm水平，所得到的孔深以2 m为宜。以底眼为基础，由此进行开挖面打眼，二者应处于高度垂直的关系。

3.2 台车作业

本工程中采用的是钻爆法，在对上台阶进行施工作业时，需要使用到自制简易台车设备。在此基础上，综合使用三臂凿岩台车展开施工；在对下台阶进行施工时，则需要使用到4台风动凿岩机，其数量以4台为宜。通常来说，掌子面都会存在一些不平整现象，此时应当确保眼底共处于相同的平面上，每结束单个孔钻凿施工后，都需要对其进行水雾清理。避免碎石等杂物堆积孔底的现象，这也是后续施工得以顺利进行的必要基础。

当结束右半面底板的钻眼施工后，则需要分配不同的机械臂，具有针对性的展开施工作业，其中1号与3号分别需要进行上下两部分的周边眼钻进行处理，而2号则需要进行掏槽眼的处理。需要注意的是，在钻孔过程中，两个作业臂不可以在同一垂面上同时工作，否则将会受到上方钻扰的影响，甚至会引发岩块掉落现象。对此，在钻进施工时应当高度关注如下几点： （1） 在围绕上台阶以及掌子面区域进行钻孔施工时，受上循环爆破的影响，往往会预留下一些不平整的开挖面，此时钻头钻进难度明显增加。为了解决这一问题，在施工中需要沿着弧面以低冲击的方式扩开一个浅孔，在确保无误后方可展开后续钻进施工。 （2） 在钻进施工时，如果钻进方向发生了改变，则容易引发卡钻现象，此时应暂停钻进施工，做好清理工作后再次选取合适的眼位。以掌子面围岩的实际情况为基准，由此确定出合适的开眼位置，并对辅助眼的间距做以调整处理。 （3） 如果钻进方向出现了偏移，那么则需要以低冲击的方式缓慢进行施工，以便随时检查钻进方向；如果周边围岩特性较差，那么也需要以低冲击、低推进的方式进行。

3.3 通风出渣

为了确保隧道施工区域内具有足够良好的环境，就必须引入压入式风机进行通风作业。一旦完成爆破施工后，需要在第一时间进行通风排烟处理，当达到工程标准后方可继续进行推进，确保自卸车的运输效率，以便满足生产需求。对于上台阶部分而言，需要使用到2台装载机，在此基础上配备自卸车进行辅助作业；而对于下台阶而言，则需要使用到1台挖掘机设备，在自卸车的辅助下完成出渣。

3.4 施工措施

（1） 做好施工准备工作，应当围绕设备特性、工程需求等多方面因素制定出可行的管理制度。需要对工程施工人员进行培训，增强其安全意识，提升其专业技能水平。配件数量应足够充足，每结束一班施工后均需要安排人员及时进行维护，确保台车能够长期处于稳定运行状态[3]。后一班在开工之前，需要对上一次的开挖质量做以检验，分析其中的不足并采取可行的对策。为凿岩台车提供足够的电压支持。台车对水量提出了较高的要求，需要为之提供足够的水量，以便进行钻孔施工以及降温操作，从而抑制扬尘现象，通常情况下耗水量介于15～20 m3/h区间内。需要在洞口区域设置一个高位蓄水池，同时应在掌子面区域适配水泵。基于提升台车钻孔质量的目的，需要在掌子面区域设置3个甚至更多的控制点，当台车到达指定位置后便可以展开自动建站以及复核工作。

（2） 为了加快工程进度，应严格控制好装药孔与钻孔的间距，其至少需要达到3 m，以便二者可以同时进行施工作业。

（3） 当钻好炮眼后，极容易受到泥石等杂质的遮挡，因此标记工作至关重要。当使用三臂凿岩台车进行施工时，诸如钻头、钻杆等都是高损耗产品，考虑到工程成本等方面的需求，需要做好如下几点：严格控制设备使用费用；做好对三臂凿岩台车的保养工作；提升操作人员的综合素质，增强操作规范性；创建设备管理小组，做好日常的调度、检修与评估工作；建立档案，当后续发生故障后可以有据可循；准备适量的配件，确保型号的一致性。

4 结语

当前，隧道工程正在大规模展开，其已经具备了机械化施工水平，三臂凿岩台车是极为重要的设备，它的施工速度较快，在不影响质量的前提下能够发挥出更为优良的经济效益，有助于隧道洞身开挖支护的进行。总体来说，三臂凿岩台车开挖施工技术具有高度可行性，其未来发展前景良好。