三臂凿岩台车在伏牛山隧道全断面开挖中的应用分析
１ 工程概况
郑西高速伏牛山隧道左线全长９１６１ｍ，右线全长９１８３ｍ，属于特长隧道，目前为河南省已建和在建最长隧道。隧道为双洞单向行车，最高海拔１５００ｍ。山势陡峭，河谷纵横。计划工期为３６个月，时间紧、任务重、施工难度大，是整条公路的关键线路之一。
２ 三臂凿岩台车在伏牛山隧道中应用
２．１ 隧道施工方法
隧道施工以新奥法原理施工，Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩采用台阶法施工，Ⅱ、Ⅲ级中强围岩采用全断面施工，以伏牛山隧道出口为例，前期隧道围岩状况较差属于强风化花岗岩，采用人工开挖，台阶法施工，到Ⅲ级围岩采用全断面施工，并引入三臂凿岩台车进行开挖。
２．２ 三臂凿岩台车进场前保障措施
２．２．１ 用水保障
三臂凿岩台车单循环用水量为１６～１９ｍ³，是人工开挖用水量的３～４倍，整个机身为封闭油管电路，体型较大，线路多，发热体多，需用大量水为机身降温；三臂凿岩台车钻眼为湿式钻孔，钻眼的同时不停地用水冲洗孔内残渣，防止卡钻，同时为钻头降温。所以在三臂凿岩台车进场前要做好供水保障工作，本隧道在洞口修建２５ｍ³蓄水池，通过增压泵给台车供水，并在掌子面安排一个专门抽水人员，将台车残余用水抽至隧道中央排水沟，水由中央排水沟流至洞口，在洞口中心检查井处安装水泵将水抽至洞口蓄水池，形成水循环。在蓄水池出水口处增加过滤网，过滤水中杂物，２～３天清理一次过滤网，防止其堵塞，保证三臂凿岩台车正常用水。
２．２．２ 用电保障
三臂凿岩台车整体电压为３８０Ｖ，因此隧道每个洞设置４００Ｖ变压器一台，变压器距离开挖断面３００～４００ｍ，并随隧道的掘进前挪。
２．３ 三臂凿岩台车施工
２．３．１ 三臂凿岩台车参数
伏牛山隧道出口使用徐工三台三臂凿岩台车ＴＺ３Ａ（２００ｋＷ）进行开挖施工，左右洞各用一台，备用一台，车身尺寸为ｌｍａｘｂｍａｘｈｍａｘ＝１６ｍ×２.８ｍ×３.４ｍ，钻臂作业覆盖面为１０４ｍ²，最大作业高度９.２ｍ，最大作���宽度１３.６ｍ，钻杆长５.５２５ｍ。
２．３．２ 工艺流程
工艺流程见图１。
２．３．３ 施工方法
（１）台车就位
隧道Ⅲ级围岩全断面开挖面积为８２.８ｍ²，台车在隧道正中即可，停好位置接水管、电缆线。
（２）测量放点
台车准备就绪后，测量人员可在三臂凿岩台车的吊篮臂内对断面的中心线和周边眼进行标识，吊篮臂的吊篮有活动杠杆，测量人员可以自己调节活动杠杆对吊篮位置进行微调，是测量工作更加方便。在放点的同时，测量人员要测量上一循环的超欠挖情况，形成断面图作为爆破效果数据参考，并对局部欠挖位置进行标识。
（３）台车钻孔
钻孔前先要处理上循环局部欠挖位置，并凿除不稳定处的围岩，防止打眼过程中石头掉落砸坏台车部件。爆破设计图如图２所示。
①底板眼施工。为防止打眼时顶部围岩掉落掩埋底板，先施工底板眼，打完底板眼后用橡胶管堵塞，防止碎石掉入。
②周边眼施工。根据测量放线位置施工周边眼，挥动大臂靠近隧道侧壁岩层，调节推进器保证与隧道轴线平行，这样可以避免钻杆进入岩层后外插角偏大导致的超挖现象。钻眼前要找较为平缓的开眼位置，并根据每处开眼位置石头的凹凸不平的程度，调整钻眼深度。钻孔是不宜过快，开始时速度要缓，慢慢进入岩层，这样容易掌握钻杆方向，钻孔过快宜导致钻杆向外偏造成超挖，尤其围岩不好的情况下，内部围岩偏软，钻杆进入不稳定岩层后更容易偏离原有方向，造成严重的超欠挖现象。周边眼间应均匀布置，间距基本一致，这样可以保证好的光爆效果，对于局部划层或强风化岩层时，周边间距可适当增大，对于局部破碎围岩处，尽量避免在其正中位置打眼，容易造成超挖，可在其周围打眼，利用周围围岩扰动破坏碎石层，可减少超挖。
③掏槽眼施工。掏槽眼采用楔形水平钻孔，操作手根据炮眼布置图进行掏槽眼定位。两个臂同时开钻，相互配合，控制好钻眼角度、深度，钻眼位置基本对称，符合爆破设计。
④辅助眼施工。辅助眼以隧道中线为轴对称布置，围绕掏槽眼向四周均匀扩散，传递并扩大爆破效果。
２．３．４ 装药、爆破
三臂凿岩台车开挖钻头直径为４５ｍｍ，炸药采用长２５ｃｍ、直径３２ｍｍ乳化炸药，雷管采用７ｍ毫秒导爆管，并使用导爆索辅助爆破。
爆破前先清理炮孔石渣和残留水，利用空压机推进空气至掌子面，进行“吹眼”。周边眼装药采用间隔装药，其余为连续装药，用雷管串联，周边眼可用导爆索串联。装完药后所有炮眼用炮泥封孔。
３ 三臂凿岩台车较人工开挖的优势
（１）开挖钻眼用时少。周边眼、辅助孔、掏槽孔深度３.８～４.５ｍ，单孔平均耗时２分钟；锚杆孔２.５ｍ，单孔平均耗时１.５分钟，两台车分别负责左右洞开挖，单台车３.５ｈ完成单班次施工。高效灵活，比人工钻眼平均节省０.５～１ｈ，尤其在中硬围岩时优势更为明显
（２）循环进尺大。三臂凿岩台车每循环进尺平均为４ｍ，而人工开挖单循环进尺平均为３.６ｍ，（３）安全环保符合社会发展理念。人工手持风钻开挖需要１６～２０人，掌子面施工人数过多，随时都有拱顶掉落岩石的风险，安全隐患极大，风钻需要风为动力，导致有大量粉尘污染大，同时伴有高分贝噪音，长期施工损害工人健康，抢工期连续作业时，工人疲劳作业，更易导致发生安全事故；三臂凿岩台车采用电力化施工，无尾气污染，施工环境好，台车操作室距离掌子面１０ｍ以上，顶部有可升降顶棚，可承载１～１.５ｔ的压力。有效的避免了来自拱顶落石的危险，三臂凿岩台车钻眼为湿式钻孔，钻孔时用大量的水冲洗残渣，同时也降低粉尘，改善空气质量，每位操作手都配有专用耳塞，降低噪音伤害。
（４）爆破质量较好。人工开挖控制不够精确，每个人协调配合不够灵活，超欠挖不易掌控，可达１５～２５ｃ，爆破效果较差。三臂凿岩台车钻杆调整好后，可匀速稳定推进，对周边眼外插角的掌握较好。超欠挖可控制在５～１０ｃｍ，残眼率可达９５％以上，光面爆破效果较好，可严格控制超欠挖质量，降低了喷射混凝土使用量。
４ 全断面开挖成本分析
以伏牛山隧道出口为例，以全断面施工基准，通过长期施工调查比较，综合分析了三臂凿岩台车与人工开挖的施工成本。如表１。
从开挖实际成本看，人工开挖和三臂凿岩台车开挖基本能持平。但是三臂凿岩台车每循环进尺都要比人工开挖大，单月累计进尺比人工多１５％～２０％，节省了机械费、管理费，减少了能源损耗。
５ 结论
通过在伏牛山隧道使用三臂凿岩台车全断面施工分析，三臂凿岩台车发挥其灵活性、安全性、低能耗、高进尺的优势，实现机械化、安全化、高效率施工，为伏牛山隧道顺利贯通提供有力帮助。不过实际投入使用时，需要准备的保障工作较多，对于水、电及管理人员的要求的要求较高，出现故障时维修时间较长，会影响进度。综合考虑爆破质量、工期压力、安全环保等因素，三臂凿岩台车更适合长大隧道中强围岩全断面施工。凿岩台车符合社会“以人为本、科学发展”的理念，是以后隧道施工建设的发展方向。