关于三臂凿岩台车隧道机械化应用的思考

关于三臂凿岩台车隧道机械化应用的思考

宋洪坡1刘文龙2

1.中交二航局第四工程有限公司安徽241000；2.中国建筑土木建设有限公司北京100070

摘要：结合工程实例，重点分析了工程项目中的隧道机械化施工中的机械化配套原则以及所需要注意的问题，并在此基础上重点探讨了三臂凿岩台车机械化应用以及成本分析，希望对于今后的隧道机械化施工发展所有帮助。

关键词：隧道施工；三臂凿岩台车；成本分析；施工成本

0引言

本文依托中交二航局乐百高速项目，根据那立隧道的围岩情况，三臂凿岩台车选择在那立隧道乐业端左右洞，进行对比施工试验。

隧道设计为分离式特长隧道，右幅隧道起讫桩号为YK40+777～YK43+922，全长3145m，最大埋深400.87m；左幅隧道起讫桩号为ZK40+765～ZK43+912，全长3147m，最大埋深约386.85m；其中Ⅴ级围岩804m，Ⅳ级围岩2275m，III级围岩3195m。进口端隧道左洞采用端墙式洞门，右洞采用偏压式洞门。出口端隧道左洞采用端墙式洞门，右洞采用偏压式洞门。

1三臂凿岩台车机械化施工

（1）爆破器材的选用

那立隧道采用光面爆破，雷管采用数码雷管，常用段数为1～20段。起爆雷管采用电子雷管。炸药采用乳化炸药，周边眼采用导爆索。

（2）循环进尺的确定

炮眼深度根据进尺长度确定。

（3）爆破参数的确定

为减轻对围岩的扰动，周边眼采用小直径药卷，并采用导爆索串到孔底间隔装药，用竹片等将药卷固定，孔口堵塞炮泥。III级围岩周边间距35～45cm最小抵抗线W=45～55cm，周边眼装药密度为0.3～0.4kg/m。爆破作业时，根据地质条件及时修正爆破参数，以达到最佳爆破效果。掏槽眼采用楔形斜眼掏槽。

图1三臂凿岩台车钻孔

（4）装药方法及装药结构

工人站在三臂凿岩台车鹰式高臂座上用木制炮棍装药，起爆器专人看管和起爆作业。采用光面爆破，周边眼采用间隔装药，掏槽眼和辅助眼底板眼采用连续装药结构。炮孔堵塞：炮孔采用人工堵塞，堵塞材料为炮泥，用木制炮棍压紧，堵塞长度一般为25～30cm。

（5）起爆

起爆网络采用并联网络，按如下顺序连接：孔内雷管分组—周边孔导爆索并接—同段数码雷管双发簇连—双发电雷管起爆。

2三臂凿岩台车工效对比

1.钻爆时间方面：凿岩台车施工方式下，设备较传统工艺优势不明显，主要因为凿岩台车操作平台装药速度慢，仍然需要开挖台车配合，另外隧道位于岩溶发育区，围岩节理裂隙发育破碎，凿岩台车为冲击式钻孔，对孔壁岩体破坏较大，容易出现塌孔无法装药，需人工吹孔方可装药，因此工序增加，抵消了凿岩台车钻孔快的优势。另外因凿岩台车车身较长，因此凿岩台车目前仅用于上台阶开挖，下台阶开挖仍然采用传统工艺施工。

2.火工品方面：凿岩台车施工方式下，新设备较传统工艺没有优势，主要因为新设备钻头直45mm比传统工艺大，不耦合装药，造成爆炸能量从炸药传播到空气，再由空气传播到岩石的过程中严重衰减，钻爆效果不佳，爆破方案有待进一步修正和提高，另外掏槽眼施工角度受设备导梁较长影响，掏槽效果不佳，补炮情况较多，均造成火工品用量增加。

3.电力消耗方面：凿岩台车较传统工艺有明显优势，设备自身配置空压机，可不用外接空压机，功率173kW，因此设备省电优势明显，但设备对电力设施要求较高，其中启动时用电功率＞196kW，传统工艺使用电缆线无法满足其要求，另外由于电压随着隧道进尺的增加会有明显的压降损失，经计算隧道开挖至700m时电压将不能满足凿岩台车使用。

3三臂凿岩台车成本对比

三臂凿岩台车双洞施工与传统工艺施工时，成本较传统工艺略高，平均每方增加1.511元，其中：

1.成本增加的主要因素包括凿岩台车日常维修保养和折旧两个方面，原因为凿岩台车属于全进口设备，因此在维修保养方面所有配件均需采用原装进口产品，成本单价较高，另外单台设备价值较高（731万元），因此折旧费用也较高。而成本降低的主要影响因素包括：人员节省明显，双洞使用情况下可节省人员14人；凿岩台车电耗节省方面较为明显，台车自带空压机，设备功率为173kW，而传统工艺需外接3~4台空压机，每台空压机功率约132kW，因此电耗明显低于传统工艺，详见表1

表1施工成本对照表

4总体分析和推广的相关条件

4.1总体分析

设备适用性：一般来说三臂凿岩台车对于硬岩使用效果更佳，但由于隧道围岩分级都是分区分段，针对较软围岩，如何确保机械化施工，将是急需解决的问题。

配套设施要求较高：三臂凿岩台车对于施工用水和施工用电要求较高，一般要求变压器位置距离凿岩台车不超过500m，为确保凿岩台车顺利使用，下一步即将考虑高压进洞方式保证供压稳定。

4.2目前效果

安全环保效果明显。使用台车进行开挖时，台车操作人员在固定的操作室内操作钻机（操作平台上面有安全顶棚保证人员安全）。台车开挖施工时，不用高压风，对操作手的身体健康系数有较大的保障。湿喷机械手采用湿喷工艺，符合国家相关标准，操作人员远离喷射混凝土，施工时空气

粉尘远低于人工干喷和湿喷，施工环境得到极大改善。

4.3机械化施工推广的相关条件

综合乐百高速项目隧道机械化试验性施工情况，结合多种情况提出以下建议：

1、根据设备施工“怕软不怕硬”的特点，机械化隧道施工应选择以III级围岩为主且隧道长度大于3km的隧道较好。

2、改变隧道施工管理模式，建立强有力的调度指挥系统，统一指挥隧道内各作业工序是保障机械化施工的必要条件。目前国内隧道施工按工序分包的管理模式是不适应的。

3、大幅降低隧道机械化设备成本是关键。国家从80年代引进隧道机械化施工设备，其设备的采购成本和使用成本过高是目前隧道机械化没能推广的重要原因。

4、国家对隧道施工安全、健康和环境进行更严格的管控。隧道机械化施工可大幅降低工人的安全风险和劳动强度，对粉尘等施工环境的改善是卓有成效。

5、熟练的技术工人是隧道机械化施工必不可少的条件。目前我国施工企业在隧道施工中大量使用农民工施工，而三臂凿岩台车和湿喷机械手的技术复杂程度较高，管理和维护需要一大批符合要求的熟练的技术工人。

建议单洞全断面开挖机械设备配置：三臂凿岩台车1台、挖掘机1台、装载机2台、自卸汽车5辆（按弃渣距离调整）、仰拱移动栈桥1座、喷射机械手1台、可移动整体仰拱模板1套。

5结束语

随着我国高速公路建设如火如荼地开展，其正在向山区的不断发展。在此过程中，存在着山岭隧道施工的特长隧道越来越多、劳动力短缺等问题，在人工成本不断增加的背景下，应该充分重视山岭隧道机械化配套作业相关问题，这也是未来的发展趋势所在。

参考文献：

[1]彭江.关于隧道机械化施工成本分析的思考.太原城市职业技术学院学报.2018