浅析三臂凿岩机在特长隧道施工中的应用

臧健 孙安滨

摘  要：近年来，我国公路隧道施工应用大型特种隧道专用施工机械已经成为行业趋势，其使用经验也越来越成熟，相比较于传统的人工钻爆法施工，三臂凿岩机具有“安全、高效、经济”等综合优势。本文以新疆G575线巴哈公路建设项目“东天山”特长隧道为例，介绍了三臂凿岩机在具体施工中的应用，以期为相关施工提供参考。

关键词：三臂凿岩机;特长隧道;综合效益

中图分类号：U455  文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）08-0000-00

0引言

G575线巴哈公路项目是新疆维吾尔自治区交通规划的五横七纵的重要组成部分，“东天山”特长隧道是横穿天山的项目主体工程。“东天山”特长隧道设计为左右分离式特长隧道，左线起讫桩号为：ZK8+809～ZK20+576，左线长度11767m;右线起讫桩号为：K8+783～K20+558，右线长度11775m，是全线的重点、难点工程。

施工期内隧道进出口段均采用三臂凿岩机进行开挖施工，均已取得良好的综合效益。

1紧密结合超前地质预报，合理确定隧道开挖工法

“东天山”特长隧道穿越的天山东部的隧址区域地质条件十分复杂，根据工程地质勘查材料，隧道通过区域通常会出现以下几方面问题：局部断层十分发育;连续长大段落会通过第四系松散层，松散层的掌子面含水率、塑性状态等具有很大的差异性，自稳能力严重不足;多次穿越含水浅埋沟谷，容易出现突涌水、坍塌、冒顶现象;隧道通过的岩石复杂，局部连续处在第四系和基岩的接触面，隧道施工拥有很大的风险;隧道施工期限和现场预报工作之间存有互相干扰[1]。

“东天山”特长隧道的工程量大，对于施工期限以及安全施工提出很高要求，而对于地质灾害与特殊工程地质问题的防治和预报而言其发挥着尤为重要的作用，所以在具体施工中，要事先探测后挖掘，如果不明确，一定不要挖掘，最大限度的降低灾害性、突发性事件，避免安全事故的出现，为施工的安全性提供保障，进而确保施工期限。

1.1超前地质预报的主要内容

（1）断层破碎带及影响带、节理裂隙密集带的位置、规模和产状预报;

（2）不良地质体发育位置、方向及规模大小;

（3）隧道涌水或涌泥的预报，其中涵盖水量、涌水（涌泥）位置的预报;

（4）隧道圍岩级别变化及其分布位置的预报;

（5）第四系地层的物质组成、富水性、塑性状态等相关预报。

1.2确定开挖工法

Ⅲ级围岩、IV级围岩情况较好地段采用全断面法开挖（全段落采用三臂凿岩机）、IV级围岩情况较差地段及V级围岩情况较好地段采用微台阶法开挖（大部分段落采用三臂凿岩机），V级围岩情况较差采用三台阶开挖（人工钻爆法）。

三臂凿岩机进尺要求：Ⅲ级围岩每循环进尺不大于4m，IV级围岩每循环进尺不大于3m，V级围岩采用人工钻爆法施工，每循环进尺不大于1m。开挖施工坚持“预报超前，治水先行、管超前、严注浆、短进尺、强支护、勤量测、速反馈、控变形”的施工原则。隧道开挖采用精密全站仪控制中线、标高，出渣采用挖掘机、装载机配和自卸汽车出渣[2]。

1.3施工工艺流程

“东天山”特长隧道遵循新奥法隧道施工理念，采取钻爆法开挖，开挖断面施工工艺流程图见图1。

2三臂凿岩机应用成本分析

以“东天山”隧道进口段为例，在主洞投入两台阿特拉斯科普柯BOOmerL3D三臂凿岩机，其中一台加装FAM3电脑系统，两台机械设备总价值1758万元。三臂凿岩机机械化施工成本核算（即为三臂凿岩机开挖成本核算）分析通过人、材、机等划分原则，主要分为以下四部分[3]。

（1）人工费：主要由三臂凿岩机的台车操作手、辅助人员、爆破装药人员费用组成。

自2018年3月28日三臂凿岩机投入使用至2018年10月20日期间，共计发生1422567元人工费用。（2）设备维保、耗材费：主要包含设备日常维护保养、各种易耗品配件以及用电、燃油费等。包括设备轮胎修补、电器元件更换、机油、黄油、COP油更换、钻头、钻杆、尾钎、行走用柴油、施工用电等。三臂凿岩台车投入使用至今每个作业班组现场收集的三臂凿岩台车耗材、配件使用原始数据，核算出IVb围岩等级下对应维保、耗材费用总计689554.98元，合计开挖施工时的成本单价为7.49元/m³。（3）爆破费：主要为爆破材料费及爆破后勤管理费。核算后开挖整体爆破费用每方单价为33.87元/m³。（4）设备摊销费。两台三臂凿岩台车总价值为1758万元，按照10年折旧后残值为零、本项目按摊销48个月计算，主洞预计开挖总方量969817.25m³。开挖每方的摊销费用为7.25元/ m³。

在IVb级围岩中，三臂凿岩机钻爆开挖施工综合成本单价为64.06元/ m³。即人工费用（单价15.45元/ m³）+设备维保、耗材费（单价7.49元/m³）+爆破费用（每方单价33.87元/m³）+设备摊销费用（单价7.25元/ m³）总计64.06元/ m³。

3三臂凿岩机应用工效成本分析

机械、人工钻爆施工工效对比表，如表1所示。

4三臂凿岩机应用施工安全状态分析

每台三臂凿岩机配置操作手2人，辅助人员2人，对比人工钻爆法全断面钻孔作业时通常配置13～15人，大幅减少开挖作业时段掌子面作业人员数量，极大程度上降低了施工风险因素。在实现机械化作业代替人工作业的同时，双机工效用时明显缩减，也降低了掌子面位置施工人员、机械的作业用时，减少安全风险暴露时间，有效保证施工的安全状态。

5结语

新疆G575线巴哈公路项目“东天山”特长隧道施工中采用了先进的机械化隧道配套设备，如多功能三臂凿岩机、大型湿喷机、自行式液压仰拱栈桥、自动挂布一体机、二衬行走台车、自动喷淋养护台车等，为长大公路隧道施工在安全、质量、进度等方面的高标准进行进行了探索。特别是多功能三臂凿岩机的成功应用，填补了新疆维吾尔自治区内公路隧道施工史上的一项空白，并凸显出良好的综合效益。综上所述，多功能三臂凿岩机在长大隧道施工技术应用中具有“安全、高效、经济”等综合优势。

参考文献

[1]梅元贵，张成玉，周朝晖，等.单列高速列车通过特长隧道时耳感不适问题研究[J].机械工程学报，2015，51（14）：100-107.

[2]李东华.高速铁路隧道三臂凿岩台车实用性研究[J].工程技术研究，2020，5（18）：127-128.

[3]付宏平，郭际明，张正禄.特长隧道贯通误差预计方法研究[J].测绘通报，2015（2）：80-83.

收稿日期：2020-06-15

作者简介：臧健（1988—），男，吉林长春人，本科，工程师，研究方向：公路桥梁技术。