三臂凿岩台车在特长隧道施工中的应用及控制要点分析①

王阅章 李鸣 宿成智 张立爽 闫少泽

(中交路桥建设有限公司 北京 101121)

近年来，随着我国交通运输行业的飞速发展，公路、铁路等重要的基础设施被大量修建。发达地区所处的沿海平原地区修建公路、铁路较内地复杂山区环境容易得多，尤其在我国西南的云、贵、川等地区，往往呈现地势险峻、沟壑纵横的起伏地貌，公路和铁路在修建过程中需要进行架桥、挖隧道等，这在一定程度上增加了工程施工的难度。随着现代科技发展，先进的技术、设备不断运用到工程建设中，这为项目施工带来了便利。据不完全统计，我国已成为世界上隧道建设较多的国家之一，根据地势环境的不同，往往需要修建长且大的隧道，而隧道掘进通常使用全断面开挖，同时，采用全智能化的电脑隧道多臂凿岩台车进行机械化开挖是隧道钻爆法施工中最先进方式，它不仅能够提高施工效率，还能提高施工的安全，对施工环境也有较好的改善。因此，本文以重庆城口（陕渝界）至开州高速公路B1标鸡鸣特长隧道为依托，对多臂台车在特长隧道施工中的技术要点进行分析，其研究对鸡鸣山特长隧道工程的顺利推进具有重要意义。

1 工程概况

图1 施工工艺

鸡鸣隧道进口位于重庆市城口县蓼子乡梨坪村松林坡南面斜坡，出口位于重庆市城口县鸡鸣乡双岔河附近。该隧道为双向四车道高速公路隧道。Ⅲ级围岩占隧道总长的17.51%，Ⅳ级围岩占隧道总长的72.40%，Ⅴ级围岩占隧道总长的10.09%。隧址区属高中山构造溶蚀，侵蚀地貌，以构造作用为主，具有强烈的剥蚀、溶蚀切割作用和部分冰川刨蚀作用，区域上按构造形式分类为褶皱断块山。隧道穿越的主要地质构造有：兴隆坡-黄家岩背斜、棒棒梁-猫耳背复向斜、瓦厂坡-大院子背斜、郑家沟向斜、团城-双河背斜、学堂咀-王家湾向斜。穿越的断裂构造为簸箕凼-大垭口断层。隧址区分布地层主要为寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、三叠系地层及第四系残坡积，碳酸盐岩及占隧道总长度约55%。

2 鸡鸣特长隧道开挖控制难点

（1）地势复杂，存在较多不良地质现象。通过前期地质勘察发现，鸡鸣隧道地质结构复杂，内部含有溶洞、瓦斯等，且部分溶洞属于隐伏溶洞，很难被预测和发现，施工过程中可能发生隧道涌水，需要在施工过程中做好排水措施。其次隧道瓦斯也及有可能溢出，瓦斯泄露遇见明火容易引起爆炸，严重的会造成人员伤亡和隧道垮塌，要做好监测与隧道通风。

（2）隧道围岩主要为Ⅳ级、Ⅴ级，其质量较差，掌子面开挖时围岩稳定性较差，当掌子面挤出的位移超过一定限额时极有可能发生围岩失稳，出现岩体崩塌，隧道垮塌等现象，对施工设备和人员安全都会造成较大影响。需要对隧道进行边开挖边支护，并做好位移监测。

（3）由于鸡鸣隧道属于特长隧道，其施工工期较长，需要控制好隧道内的通风。隧道内形成的是双向四车道，开挖断面大，常规的施工方法在一定程度上很难满足大型机械施工的需要，因此需要创新施工工艺，优化施工设备。

3 三臂凿岩台车特点

3.1 基本信息

鸡鸣特长隧道开挖使用全智能 ZYS113 三臂凿岩台车，外观尺寸较大，属于大型隧道施工机械。其主要参数为：长17.8m，宽2.9m，高3.6～5.2m，工作断面达到11.6×16.3m2，其转弯半径为13.2m，总体质量为50t。包含底盘、钻臂、吊篮、电气系统、液压系统、水系统、空气系统、推进器、凿岩机等。

3.2 技术特点

（1）为了满足隧道施工环保要求，确保隧道开挖过程中隧道内空气状态良好，电脑三臂凿岩台车凿岩动力为高压电。施工时要求变压器距离掌子面不能超过500m，一台三臂凿岩台车施工要求变压器应为500kVA以上，两台三臂凿岩台车同时施工要求变压器应为800kVA以上。

（2）全电脑凿岩台车要求高压水压力为4～10 bar，流量300L/min。根据现场水源情况以及隧道坡度情况（正洞、平导及横洞施工坡度较小，斜井坡度较大且一般为下坡），现场高压用水一般要分为高处蓄水池供水和洞口蓄水池供水两种情况。

（3）电脑凿岩台车钻孔采用水钻，钻孔过程中会有水流出，因此在上坡隧道施工时应挖好排水沟，把污水排至洞外。在下坡隧道施工时，现场应做好集水坑，用水泵把污水抽至洞外排放。

（4）现场提前在掌子面附近安排凿岩台车会车道，掌子面开挖前提前把凿岩台车开到掌子面附近准备，减少凿岩台车准备时间。

（5）在以往的工程中，常采用人工手持凿岩机进行钻孔，三臂台车钻孔与人工钻孔相比有明显的不同特点和优势。人工钻孔不能精确控制，其产生的爆破效果远不如台车开挖形成的爆破，而台车开挖能够大大降低开挖后喷射混凝土的量，且能实现开挖爆破过程中的环保、经济、安全和高效。

4 特长隧道中台车施工措施及要点控制

4.1 施工要点控制

（1）根据台车施工技术要点，其施工工艺如图1所示。

（2）爆孔设置。爆孔需要根据凿岩台车臂架摆动角度、隧道的净空、现场围岩情况以及现场毫秒雷管的段位等综合考虑。由于隧道爆破施工需要在围岩扰动后进行动态调整，因此，隧道爆破属于动态管理。同时为了减小爆破对围岩及周边其他环境的扰动，要根据现场地质条件合理选择爆孔距，将辅助爆孔与其交替均匀布置。实施爆破后，相关人员应及时到现场查看爆破效果，若爆破效果不佳应及时分析原因，不断的对爆破设计进行优化和调整，优化出爆孔最少但是爆破效果最佳的爆破设计。

（3）装药控制。爆孔装药时要严格按照相关技术规范实施，不能由施工人员凭经验自行装药。一般而言，在隧道开挖中遇Ⅲ级围岩周边眼间距为40cm，应采取隔孔间隔装药，且单孔的装药含量不能超过3节。如果遇到Ⅵ级围岩周边眼间距40cm，单孔药量不超过1.5节。当设置V级围岩周边眼间距 30cm时，这类围岩较软弱，应采取多打眼来使岩体进行分割，形成破碎结构面，同时爆孔中应少装药，利用炸药的微爆作用可减小对周边围岩的扰动，这在一定程度上可保持围岩的稳定性。在爆破中若遇到围岩变形较为集中，含大量软弱围岩，则可以多的进行钻孔，不进行装药爆破，充分利用爆孔切割岩体，在其他爆孔爆破后依靠应力挤压使围岩分裂，这样也能较好的保护围岩。

（4）凿岩台车钻孔施工时要控制好钻机推进压力、冲击压力、旋转压力、钻机钻进速度等几个关键因素。同时，施工前要把隧道设计中心线（或者隧道标准线）平曲线的几个控制点对应的设计坐标以及竖曲线的相关参数导入电脑三臂凿岩台车，确定隧道线路走向和坡度。

（5）现场定位坐标点埋设。电脑凿岩台车定位原理类似于测量的后方交汇法，因此现场在凿岩台车施工前需要在掌子面后方已经完成初期支护的边墙上埋设三个坐标点，坐标点埋设高度以方便人工操作及通视空间良好为准，坐标点埋设距离以10～15m为佳，现场可根据实际情况做轻微调整。坐标点埋设有凿岩台车专用基座，人工手持电钻钻对应基座大小的孔，人后把基座埋入到钻好的孔内，确保埋入的基座稳定即可。基座埋入好后根据专用的凿岩台车标靶进行测量坐标。此步骤应注意三点：第一点是坐标点基座必须埋设稳定牢固，不能轻易的造成坐标点移动或者损坏；第二点是提供的定位坐标点的坐标必须和前面导入电脑凿岩台车中心线的坐标在一个坐标系统以内（隧道坐标一般有一个设计坐标，现场测量为了测量方便会建立一个施工小坐标），若两个坐标不在一个坐标系统内，电脑凿岩台车无法定位；第三点是随着掌子面的跟进应及时跟进坐标点，坐标点基座可以凿出重复利用。

4.2 安全要点控制

（1）凿岩台车属于大型隧道施工设备，停放位置的地基基础应稳定，禁止把凿岩台车停放在边坡失稳或者有失稳征兆的地面附近，并且停放台车的场地最好采用混凝土硬化。停车场地周围排水应通畅，防止地基被水浸泡后下沉，有条件的工地最好搭设专用的凿岩台车停车棚，满足标准化施工要求并且方便凿岩台车日常维护。

（2）凿岩台车停放后必须把支腿升好，确保凿岩台车平衡。如果现场场地受限必须停在未硬化的地面上时，支腿下应垫枕木或者钢板。

（3）在凿岩台车行使之前，操作人员应提前查勘道路的宽度、道路路面情况、道路边坡稳定情况、需要穿越建（构）筑的净空、转弯半径等是否满足电脑凿岩台车行驶要求，如果道路路况存在安全隐患应禁止通行。

（4）凿岩台车钻孔过程中严禁闲杂人员在凿岩台车臂架下行走，堵底板炮孔的人员应在钻孔完成且臂架停止工作后进行堵孔。若需要在掌子面紧急维修时，应停止臂架作业并且把出现故障的臂架移动到与另外两个臂架不干扰的位置，方可进行维修作业，并应尽量减少堵孔人员和维修人员的数量。

5 结语

随着隧道建设工程的增多及难度增加，凿岩台车越来越多运用到隧道开挖施工中，能较好的满足工程所需，可有效提高施工效率，能将环保、效率、安全等重要因素有机结合。本文以重庆鸡鸣特长隧道为依托，分析了三臂台车在特长隧道中的施工控制要点及安全注意事项，其结论可指导鸡鸣隧道施工，对类似工程也有较好的指导作用。