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隧道传统的人工手持风钻钻爆开挖已逐渐不能满足国家对环保、低耗能、经济性和高安全的要求，而液压凿岩台车是目前隧道钻爆法施工中先进的开挖设备，随着劳动力成本节节攀升，以及业主对工程安全、质量、工期的高度重视，液压凿岩台车施工技术成为专业化施工队伍做大做强所理应发展的技术，在降低人工开挖劳动强度、改善作业环境、充分发挥机械设备效率等方面具有明显优势，符合现代隧道施工潮流，是今后隧道施工机械化发展的必然。
一、概述
１．１ 工程概况
清凉山隧道是西成高铁（陕西境内）ＸＣＺＱ－２标段内控制性工程，为设计时速２５０ｋｍ／ｈ的双线隧道。该隧道全长１２.５５３ｋｍ，起讫里程Ｄｇｋ５６＋１５６～Ｄｇｋ６８＋７０９，进出口位于曲线上，其余地段位于直上线，线路纵坡为２５‰单面上坡，轨道基础部分为ＣＲＴＳ－Ⅰ型双块式无砟道床。分进出口及２个斜井共４个工区６个工作面施工，计划２０１３年１月２３日开工，２０１５年１１月１６日完工。
１．２ 水文地质概况
该隧道整体埋深较大，最大埋深９７０ｍ，最小埋深３５ｍ，并穿越地表多处沟谷，洞口地形地貌复杂。隧道围岩主要为片岩、片岩夹大理岩、花岗岩，围岩级别划分为Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ类，节理不发育～发育，岩石坚硬、完整，局部破碎，且隧道穿过ｆ１～ｆ５断裂构造带和岩性接触带，地下水主要为构造裂隙水，碳酸岩溶裂隙水及风化裂隙水，中等富水区。地震动峰值加速度为０.１０ｇ，地震基本烈度Ⅶ度。
１．３ 施工方法
按新奥法原理施工，Ⅱ级围岩全断面开挖，Ⅲ级围岩台阶法开挖或在围岩加固后采用全断面开挖，Ⅳ、Ⅴ级围岩台阶法开挖。其中二号斜井３４８６ｍ主要为Ⅲ级围岩，采用机械化Ⅰ级配置，即液压三臂凿岩台车＋湿喷机械手进行全断面钻爆开挖（仰拱台车开挖，辅助破碎锤处理欠挖），装载机、自卸汽车出碴，湿喷机械手喷射混凝土，移动栈桥配合移动仰拱模架进行仰拱全幅施工，１２ｍ门式液压钢模衬砌台车进行二次衬砌。通过以上开挖、出碴、衬砌三条机械化配套作业线来达到快速施工的目的。
二、施工组织
２．１ 施工组织模式
采用项目部、工区、架子队三级管理模式组织施工，配套施工由工区协调、管理，架子队负责具体实施。斜井长度１１７０ｍ，综合坡度１０％，斜井进入主洞后，形成两个工作口施工。
２．２ 钻爆开挖施工主要设备配置
三臂台车钻爆开挖设备应根据出碴运距、运输条件、出碴量、循环时间、进度等因素确定。主要配备阿特拉斯•科普柯Ｂｏｏｍｅｒ ＸＬ３Ｄ三臂凿岩台车２台、湿喷机械手２台、多级轴流通风机２台、装载机４台、挖机２台、１８ｔ出渣运输车１２台、１２ｍ液压钢模全断面衬砌台车２台、１８ｍ长仰拱移动栈桥２台。
２．３ 主要劳动力配备
三臂台车钻爆作业：司钻工６人、爆破工９人、隧道工２人，共１８人；辅助生产人员电工１人、设备维修保养２人、配件采购兼库管员１人。
２．４ 掘进进尺计划
根据地质情况和支护形式、工期要求等，钻孔深度４ｍ，循环进尺３.５～３.８ｍ，循环时间７２０ｍｉｎ，２个／ｄ循环，扣除设备保养维修及施工耽误、不可预见因素的影响，２台台车每月有效工作时间２５ｄ，平均循环进尺３.６ｍ，月平均进度１８０ｍ、最高２１０ｍ。
三、三臂台车施工
３．１ 施工工艺
Ⅲ级围岩断面１３０.１ｍ２，以设计填充面标高为分界线，全断面开挖面积１１４.５ｍ２，仰拱开挖面积１５.６ｍ２。
（１）台车定位：隧道断面尺寸满足双台车作业空间，定后可保持两车之间间隔２.５ｍ左右，外侧壁之间距离２.４ｍ左右。
（２）测量放线：采用全站仪进行测量放线，利用凿岩台车中间的吊篮画出中心线和周边眼孔位置，对上一循环的开挖断面进行复测，并在现场标识超欠挖情况以便进行欠挖处理。
（３）台车钻眼：按爆破设计进行钻孔，钻孔孔径为４５ｍｍ，先施工掏槽眼，然后施工周边眼及其他炮眼，掏槽眼中部钻５个Ф４５的空眼，以提高掏槽效果和爆破减振。
（４）爆破参数：采用楔形复式掏槽，减弱爆破，周边光面爆破。使用直径Φ３２ｍｍ ２＃岩石乳胶炸药、１～１５段非电微差毫秒雷管、导爆索进行爆破，８＃电雷管和起爆器起爆。周边眼间距４５～５０ｃｍ，利用竹片间隔装药，全断面炮眼共２２１个，岩石单位耗药量０.９ｋｇ／ｍ３，炸药选择低爆速、低猛度、高爆力、钻爆好的炸药，雷管每段间隔大于５０ｍｓ，避免地震波的叠加，减轻震动。
（５）装药爆破：清孔后利用台车挂篮装药，检查毫秒雷管的连线和接上电雷管，确认各班组操作人员及设备撤离到安全区后方可爆破，并由专人负责指挥和安全警戒。
（６）出碴：２台装载机装碴，自卸汽车运输，挖机辅助清理掌子面。
（７）初期支护：基于Ⅲ级围岩的地质条件，先对围岩面进行初喷，三臂台车在打完下一茬炮后，接着将上茬炮开挖段的系统锚杆打设，然后２～３个循环（８～１０ｍ）利用台车挂网，湿喷机械手复喷混凝土至设计厚度。围岩较差时进行一炮一支护，以确保安全。
（８）优化爆破设计：每次爆破后检查爆破效果、分析原因，及时根据爆破效果和当前地质情况修正爆破参数，指导现场施工。
３．２ 施工顺序及作业程序要求
（１）施工顺序及方法：测量放线→全断面开挖→初期支护→铺底→施作二次衬砌→洞内无砟道床及附属结构。
（２）作业程序要求（详见表１）。
▲表1 三臂台车开挖作业程序要求
３．３ 开挖技术要求
（１）全断面开挖空间大，工序少，各工序应平行交叉作业，缩短循环时间；开挖断面量大，引起的爆破震动大，应严格控制一次同时爆破炸药量。
（２）按照钻爆设计要求控制炮眼间距、深度和角度，钻眼完毕按照炮眼布置图进行检查，对不符合要求的炮眼应重新钻孔，合格后方可装药。
（３）两个循环的接茬位置平滑、圆顺。
（４）按要求进行掌子面地质素描。
（５）钻孔人员及时反映钻孔所遇到的卡钻、突进及孔内渗水、带泥砂等不正常现象。
（６）施工控制光面爆破半眼痕迹率，中硬岩８０％、软岩６０％及以上，开挖断面圆顺，炮眼接茬错台小于１５ｃｍ；线性超挖拱墙部不大于１５ｃｍ、仰拱１０ｃｍ，局部欠挖（１ｍ２≯０.１ｍ２）不大于５ｃｍ。
四、常见问题处理措施
４．１ 如何保证连续作业、提高进度、稳定生产
（１）各工序要环环相扣，明确专人负责现场协调工序施工，调配设备和人员，减少工序搭接时间。
（２）配足仰拱施工移动栈桥及劳动力，加快仰拱、二衬施工进度，避免因安全步距超标影响开挖。
（３）成立台车维修班，专门负责日常维修与保养，每班作业后对台车保养，每月大保养一次，形成规范的保养制度，确保设备正常运转，保证生产。
（４）三臂台车易损件常备，比如钻杆、钻头、液压油管等，需使用质量好的厂家配件，型号要配对，避免耽误施工。
４．２ 改善光面爆破与超欠挖
光面爆破与超欠挖是隧道钻爆开挖的经济技术重要指标，为了达到该效果，采取了如下措施。
（１）技术人员跟班作业，指导布孔、钻孔、装药。
（２）对三臂台车班操作手进行技术培训，增强操作手掌握钻眼技巧，提高钻爆施工水平。
（３）每循环对爆破效果评价、分析，查找不足，及时纠正。
（４）根据揭露的岩层节理、裂隙发育情况及岩性特征，修正爆破参数。
（５）根据爆破振速监测，调整单段起爆炸药量及雷管段数分布。
（６）精确放样，保证测量精度，标出炮眼位置，设置钻眼导向标，专人指挥挂孔。
（７）定人定孔，并进行考核。
五、三凿岩台车与手持风钻开挖应用效果对比分析
（１）工艺技术性：三臂凿岩台车为全液压传动，能效高，进出灵活方便，就位快速，技术先进，人工手持风钻为风能传动，其效率只有液压传动的３０％。
（２）安全性：三臂凿岩台车施工掌子面人员少，且操作人员在掌子面后端１０ｍ以上，找顶比人工效率高，安全性好。
（３）光爆效果：经统计，平均线性超挖台车８ｃｍ、人工风动１２ｃｍ，半眼痕迹率台车达９１.５％，人工风动８０％，与人工风动相比，大大提高钻孔质量，减少超挖。
（４）洞内作业环境和文明施工：凿岩台车采用闭式油路系统噪音小，也没有风钻排出的湿雾状的废气，空气较清晰，掌子面视线较好，场地简洁、整齐，有利于改善洞内作业环境与掌子面文明施工。
（５）节省劳动力：凿岩台车开挖只需６个司钻工、９个炮工，而人工手持风钻开挖则需３８人，可节省大量人力，降低了劳动强度。
（６）钻眼速度快：凿岩台车钻孔有强大的推进力，可以实现多孔同时推进，一次成多孔，减少钻孔时间。经统计计算，凿岩台车平均钻孔速度为２～２.５ｍｉｎ／孔•４ｍ，比人工风动凿岩速度快５８％。同时不需要工作辅助平台，可节约非钻孔时间。
（７）工效：经统计分析，台车开挖最高月达２０４.２ｍ，平均１８５.８ｍ，比风动开挖进度快、电量消耗低，工期有保证。
（８）多功能用途：三臂凿岩台车作业面积大，操作灵活，隧道作业环境适应性强，具有钻装锚杆孔、超前小导管与管棚孔，及特殊地质条件下钻注浆孔、超前地质预报钻探孔的多用途功能。但凿岩台车比人工风动开挖操作专业性要求高，设备费用一次性投入大，消耗的钻杆、钻头及设备配件昂贵，对短小隧道来说不如人工风动钻爆经济。
六、三臂凿岩台车设备先进性探索
根据有关网络媒体披露，目前国内首台全电脑三臂凿岩台车已研制成功，该三臂凿岩台车采用人机互联，实现了数字化凿岩台车，所有工作状态都可以在电脑屏幕上实时显示，并进行调整和计算，开挖过程由电脑按预先优化的方案自动运行，所有钻孔的定位开孔和钻进循环、超欠挖控制完全由电脑自动完成，并可利用台车智能系统自动分析地质和安全报警，实时监控记录钻进过程的信息。
此设备比现有三臂凿岩台车更具优越性，技术性先进，实现了钻孔作业智能化，能更好的提高功效和钻爆效果，是隧道凿岩台车钻爆开挖先进性的新起点，值得推广应用。
七、结语
凿岩台车是钻爆法开挖最先进的设备，与传统的人工手持风钻开挖有显著的优势，它是今后隧道建设施工机械化、专业化、设备智能化发展的必然趋势，通过应用，达到了快速、优质、安全、高效施工预期目的，为今后长大隧道施工积累了经验。
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