全液压凿岩台车在隧道中的应用

陈从睿

(四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川成都 610017)

近年来随着我国经济的发展，隧道工程也在不断地发展[1]。对于部分工程项目，隧道更是全线的重点控制工程。面对日益严峻的环境问题，我国新建在建工程建设项目，都将环境保护、能源消耗、安全质量等问题放在了重要位置。系统性地对工程进行施工组织设计，通过引进先进设备、研究工艺特点，统筹安排施工流程，从而达到国家对环保的基本要求，同时兼顾经济性和安全质量。

1 工程概况

本文以某隧道长2 025 m的1#斜井开挖为例，对照分析全液压凿岩台车手持式凿岩机的开挖施工效果，光面爆破技术及施工工艺流程和控制要点。

隧道左、右线共使用1台瑞典AtlascopcoXL3 D全液压凿岩台车，辅助坑道(横洞、斜井、泄水洞、平导)共使用1台瑞典Atlascopco L2 D全液压凿岩台车。本文选用瑞典Atlascopco L2 D全液压凿岩台车(图1)进行分析。整车性能参数如表1所示。

图1 瑞典Atlascopco L2 D全液压凿岩台

2 手持凿岩机和凿岩台车对比

2.1 施工成本分析

以1#斜井开挖为例，考虑最简单的施工工况，开挖掌子面与空压机距离小于1.5 km。每1 m开挖方量为75 m3，每日2循环，开挖进尺为3 m左右。选用手持风钻凿岩机方案，每循环开挖时间为3 h，而采用瑞典AtlascopcoL2 D全液压凿岩台车开挖方案，每循环开挖时间仅需2 h。

其具体施工成本对照如表2所示。

对照表2可知，二者实际开挖成本基本持平。但液压凿岩台车每循环比手持风钻凿岩开挖的进尺多0.5 m以上,每循环用时节约1 h。在保障正常出渣的前提下，单考虑二者的开挖速度，液压凿岩台车每天的开挖进度约高1.3 m,相较手持风钻凿岩开挖每月多开挖约合40 m,进度提高20 %左右。以隧道1#斜井为例, 可将施工工期提前3个月。

表1 瑞典AtlascopcoL2 D全液压凿岩台车基本性能参数

表2 施工成本对照 元/m3

此外，隧道1#斜井的岩石主要为灰岩(强度为70 MPa以上)，每个作业循环开挖进尺按照3 m计算。在上文工况下，需要4台130 kW的空压机和1台110 kW的通风机共同持续工作3 h，最低耗电量为1 890 kW·h (4×130 kW×3 h+110 kW×3 h)。结合隧道开挖断面得到，手持风钻凿岩开挖能耗为：8.4 kW·h/m3。而完成同样的作业循环，仅需1台液压凿岩台车运行约2 h，其电能耗计算如下：最低耗电量400 kW·h (200 kW×2h)，其开挖能耗为：1.8 kW·h/m3。

由以上分析，液压凿岩台车开挖的电能耗远远低于手持风钻凿岩施工，每开挖1 m3岩石，可节约6.6 kW·h/m3。

综上可知，使用液压凿岩台车更有利于提高现场施工组织效率。

2.2 综合质量分析

凿岩台车开挖的施工环境和安全系数较人工手持风钻开挖有质的飞跃。人工风钻开挖采用高压空气作动力，会造成极大的空气污染，风钻又产生高分贝的噪音，引发噪音污染。这些对施工人员的身体健康造成极大的威胁，可能导致矽肺病及听力下降。而人工风钻开挖，操作人员离掌子面比较近，其产生的冲击振动可能引起隧道落石，造成人员伤亡。

凿岩台车由于其自身的特点,在开挖中的超欠挖控制能力要高于人工风钻开挖。瑞典AtlascopcoL2 D全液压凿岩台车采用BMH6818型液压推进梁，钻杆长度达5 530 mm，有效孔深可达5 268 mm，在进一步提高进尺的同时，也极大的减少了靠帮角；钻臂具备全方位平行保持功能和精确的直接定位技术，在实际使用中证明，完全可以达到11～15 cm的超欠挖水平，较手风钻20～25 cm的超欠挖具备更大优势，且由于全部采用机械化作业，可以保证施工的连续性，持续保证开挖效果。随着凿岩台车司钻工操作技术的不断提高,其光爆效果远高于人工开挖,大大降低了喷射混凝土用量，其经济效益远远高于人工开挖。

3 凿岩台车光面爆破应用

根据新奥法施工原理，选用两台全液压凿岩台车进行全断面或台阶法施工。为了尽量减少施工对围岩的扰动，需要根据围岩条件的不同，调整光面爆破施工的参数和措施，进行一次性开挖工作。同时利用全液压凿岩台车保证开挖进尺最大化，整体成型效果最优，以达到施工最高效。

3.1 工艺流程

工艺流程见图2。

图2 凿岩台车施工工艺流程

3.1.1 测量放样

采用莱卡全站仪TPS1201(精度1″)进行测量放线，测量前视人员利用凿岩台车中间的云梯台架，用红油漆画出周边孔孔位，其孔位参考见图3。

图3 隧道开挖测量光面爆破放线参考

3.1.2 台车就位

在测量放样完毕后及时进行凿岩台车定位，由班组长根据隧道中线指挥台车准确就位，同时必须保证就位区域平整坚硬。

3.1.3 钻孔

台车就位且完成辅助准备工作后，应严格按照测量放样和爆破设计进行钻孔，应严格遵照钻孔顺序，以两臂凿岩台车为例说明(图4)。

图4 钻孔步骤示意

钻孔顺序：底孔→抬炮→周边孔→辅助孔→拱部扩大孔→掏槽孔→中心扩大孔。

3.1.4 超挖及爆破

隧道1#斜井在爆破掘进中超挖和超爆主要体现在两个区域：拱肩和边墙。重点针对这两处进行重点调整，以辅助坑道为例，其装药布置图见图5。

3.2 凿岩台车与人工爆破技术对比

全液压凿岩台车在隧道光面爆破高效应用效果极为显著，并且其开挖效率和安全性能指标远远高于人工手风钻。但全液压凿岩台车施工成本较人工手持风钻高26元/m3，对于短小隧道而言并无优势可言，但对掘进长度大于5 km或工作面多的隧道而言，两者的施工成本基本持平。全液压凿岩台车在光面爆破技术上的高效应用，更能对隧道施工成本(初支喷混凝土、二衬浇筑混凝土)控制起到最优的控制，从而

图5 隧道光面爆破装药量

降低隧道施工总体成本。

3.3 适用范围

全液压凿岩台车在实际应用过程中，其光爆效果显著，但总体来说其适用范围为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩的全断面和Ⅳ级围岩台阶法开挖；Ⅴ级围岩受进尺和变形限制，很难体现出其光面爆破高效应用效果。

4 结束语

本文以隧道1#斜井开挖为例，全面对比了全液压凿岩台车与人工手持风钻施工的优缺点。结果表明，在进行大断面、大长度及多工作面的硬岩隧道掘进开挖时，两者施工成本基本持平，但全液压凿岩台车开挖耗能小、污染小、安全性高，具有很大的优势，是一种值得推广的施工工艺。