浅谈液压凿岩台车在小断面隧道中的应用

蔡明利1，胡 炫1，朱 亚1，张海君2，晋永琦3

（1.中油管道建设工程有限公司，河北 廊坊 065001；

2.中国石油天然气管道通信电力工程总公司 河北 廊坊 065001；

3.渤海装备辽河重工有限公司 辽宁 盘锦 124000）

随着近几年我国能源战略实施地加强，小断面山岭隧道穿越工程在输气、输油、引水管线中的施工数量越来越多，施工工期的要求也越来越高，提高施工效率，优化施工资源，成为确保工期的有效手段。由于小断面隧道具有断面小、空间有限、交叉工序多并且大型高效机械无法综合运用等问题，导致隧道洞身施工无法有效提高施工效率，提高生产进度。在隧道施工工序循环中，消耗工时最多的钻孔放炮工序一直是制约施工速度的关键。

液压凿岩台车在大、中断面隧道及矿山施工中应用较广，但在小断面隧道施工中，特别是在输油、输气、引水管线净断面小于20m2的小断面隧道施工中，由于受到空间限制，应用较少见。

1 走马岗隧道工程概况

西气东输二线东段广深支干线走马岗山岭隧道工程隧道全长2 075m，净断面为3.8m×3.3m。隧道出口位于樟木头镇裕丰村，隧道整体成“人”字坡，进洞口坡面（北坡）坡度为3.95%，实际长度为1 351.62m。出洞口坡面（南坡）坡度为-1.12%，实际长度为724.01m。隧道总实长为2 075.63m。隧道净断面为3.8m×3.3m（宽×高）。

隧道围岩级别划分为Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ级，Ⅲ级围岩实长1 339.28m，Ⅳ级围岩实长726.35m，Ⅵ级围岩实长10m。隧道主体为Ⅲ类围岩，从实际的围岩情况来看，围岩为石英砂岩，岩体属坚硬岩，整体性、完整性较好，岩体强度较高，围岩稳定性较好。

隧道采用全断面开挖，钻爆法施工。隧道支护形式为超前支护、初期支护和二次衬砌组合的复合式支护。

2 小断面隧道特点

根据洞室断面或跨度大小，隧道可划分为小断面（断面面积20m2，等效直径4.5m）、中断面（断面面积20～35m2，等效直径4.5～6.5m）、大断面（断面面积35～120m2，等效直径6.5～12m）和特大断面（断面面积＞120m2，等效直径＞12m）4类。

小断面隧道的特点就是“小”，小则受断面尺寸的限制，在有限的空间内施工，互相干扰大；在同一工作面上，钻孔、爆破、出碴等工作只能周期性循环进行；一旦一个工序耗时较长，将影响整个循环进行，从而总体影响施工工期和施工质量。

3 可行性分析

由于走马岗隧道净断面面积12.54m2，断面面积小于20m2，属小断面隧道，而衬砌规格尺寸类型的单一性，纵坡坡度不是太大，有利于隧道洞身开挖采用液压凿岩台车施工的应用。

根据业主对隧道施工安全、施工工期，工程质量的要求，走马岗隧道项目部成立了专项课题小组。根据专家的指导意见我项目部组织相关专业技术人员多次召开工程会议，前期考察了多家凿岩台车的生产厂家和经销商，最终确定设备型号（A tlas booer123二臂液压凿岩台车）并及时与多家电缆厂家联系定做该型号电缆，为优化方案的实施创造有利条件。研究此方案在断面较小的情况下作业的特点；制定出相应的作业指导书，认真地做好现场的技术交底，把专家的意见和现场的实际情况结合起来组织施工。

4 液压凿岩台车结构、技术参数及优缺点分析

1）结构 走马岗所用凿岩台车为A tlas booer123二臂液压凿岩台车，其主要由凿岩机、钻臂（凿岩机的承托、定位和推进机构）、钢结构的车架、走行机构以及其他必要的附属设备，和根据工程需要添加的设备所组成。

2）技术参数 ①整体凿岩台车运输高度2 250mm，宽 度1 990mm，长度10 500mm，转弯半径3 000～5 100mm，重13 400kg，地盘采用四轮驱动，液压助力转向，最大行走速度13Km/h，最大爬坡角度25%。发动机最大功率55k W/2 500rpm，最大扭矩230Nm/1 150rpm，铰接连接+/-41，采用大臂型号BUT20，单臂重125kg，推进器可升长度1 250mm，推进器可旋转角度360°，安装钻杆长度3 660mm，最大钻孔深度3 457mm，工作范围5 000×6 300mm。

3）优缺点分析 ①小断面隧道中采用传统开挖方式，风钻机加装支架开凿方法施工时，因隧道断面有限，仅能同时并行两台风钻作业，新机在硬度系数F＝14～18的石英岩和云母岩中作业，钻直径∅42炮孔的速度是：当掌子面风压达到5.5～6.5bar时，最大进尺为0.5m/m in，在花岗岩中一般平均为0.3～0.45m/m in，则取平均值：每台风钻0.38m/m in进尺。两台风钻机为0.76m/m in，台车钻孔速度：查A tlas booer123二臂液压凿岩台车使用说明书，当岩石的硬度在F=14～18的石英岩和云母岩中作业，当冲击压力在180kg/cm2时，最大钻进速度为2m/m in，平均为1.6～2.0m/m in，取平均值：每钻臂1.75m/m in进尺，两台钻臂为3.5m/m in，如只考虑打眼因素，那么凿岩台车每一台钻臂相当于4.5把风钻，每上一部两臂台车就等于上一台配有9把风钻的多功能台架，工作效率为传统施工方式的4.5倍，但在实际施工中应增加设备调试，电缆铺设等辅助工序，实际工作效率约为风钻机工作效率的3倍；②由于台车施工前可对危石找顶，减少了落石的危险，再因掌子面人员少，减少了掌子面落石伤人的频率，安全性是显而易见的；③钻深、长孔凿岩优势：台车单钻的功率大效率高，因此可钻d42～d127直径范围内各种岩孔（炮孔、注浆孔、锚杆孔、安装孔、检查孔、管棚孔、探水孔），并且在深5～15m（d48～89）优势最明显，速度之快是现有任何风动、电动的深孔钻、浅孔钻都无法取代的，是深孔岩层注浆的首选设备。

4）其他配套机具 ①发电机（型号：康明斯500k V）2台；②巷道稳压器（型号：300型）2台；③排风机2台。

5 实际施工运用

在走马岗隧道实际施工中，采用传统施工方式，Ⅲ类围岩洞身施工平均每循环用时：测量放线30m in、打眼放炮300m in、排烟30m in、出碴280m in、排险修水沟40m in、锚喷支护40m in，共计720m in。每循环进尺约2.5m，平均每日完成2个施工循环，单向掘进支护约5m。改用凿岩台车后，其他工序消耗工时不变的情况下，打眼放炮时间缩短为150m in。施工工序循环用时570m in。平均每日完成2.5个施工循环，单向掘进支护约6.25m。采用液压凿岩台车后，施工效率提高25%。

Ⅳ类围岩采用传统施工方式正常情况下平均每循环所用时间：测量放线30m in、打眼放炮300m in、排烟30m in、出渣250m in、排险修水沟40m in、锚喷支护60m in，共计710m in。每循环进尺2m，平均每日完成单向掘进支护约4m。改用凿岩台车后，其他工序消耗工时不变的情况下，打眼放炮时间缩短为150m in，施工工序循环用时560m in，平均每日完成2.5个施工循环，单向掘进支护约5m，采用液压凿岩台车后，施工效率提高25%。

Ⅴ类围岩正常情况下平均每循环所用时间：测量放线30m in、打眼放炮240m in、排烟30m in、出渣200m in、排险修水沟80m in、打锚杆立拱架350m in、锚喷支护360m in，共计1290m in，每循环立拱架两榀进尺2m，平均每日完成单向掘进支护约2m。改用凿岩台车后，其他工序消耗工时不变的情况下，打眼放炮时间缩短为120m in，施工工序循环用时1 170m in，平均每日完成1.2个施工循环，单向掘进支护约2.4m，采用液压凿岩台车后，施工效率提高20%。

经实际施工测算。采用液压凿岩台车后，整体施工效率提高23.3%。

6 结 语

为了更好地配置各类资源，小断面隧道工程项目会不断在输油、输气、引水等领域增加，为了保证安全，满足机械化程度高、质量好和工期紧的要求，通过全液压凿岩台车在走马岗小断面隧道施工中的成功使用，对新材料、新工艺、新方法在小断面隧道项目中普遍应用起到重要的启示作用。 O