全电脑三臂凿岩台车在小相岭铁路隧道的应用
１ 引言
凿岩台车具有工作效率高、钻进速度快、安全性高、污染小及动力消耗小等特点，已在欧美、日本等发达国家的隧道施工中普遍应用，且多以现代化的全智能电脑台车进行隧道掘进施工。但在国内受设备费用开支大、超挖量大、投入产出比不平衡等因素影响，凿岩台车并未全面推广。８０年代后，我国从北欧国家引进了凿岩台车，提高了隧道机械化施工水平。最具代表性的为横广复线大瑶山隧道，引进了阿特拉斯ＴＨ２８６－２型四臂液压凿岩台车。９０年代后期，由于进口设备老化，维保成本高等原因隧道施工逐渐以风动凿岩设备为主。近年来，随着国内装备制造技术的发展，国产凿岩台车技术逐渐成熟，进口设备也开始降价，加之国家大力倡导提高隧道施工机械化水平，凿岩台车设备应用逐渐广泛。
２ 小相岭铁路隧道概况
小相岭隧道全长２１.８ｋｍ（设贯通平导１座长２１.６ｋｍ，斜井２座长２４２５ｍ和３１００ｍ，横洞１座长３４０ｍ），是成昆线第一长隧，设计时速１６０ｋｍ／ｈ，属Ⅰ级高风险隧道。其中小相岭隧道二号斜井工区采用凿岩台车进行斜井及正洞开挖作业。二号斜井以花岗岩为主，正洞以千枚岩为主，Ⅲ、Ⅳ级围岩占９０％。
３ 阿特拉斯全电脑三臂凿岩台车简介
３．１ Ａｔｌａｓ ＸＥ３Ｃ全电脑凿岩台车特点
Ｂｏｏｍｅｒ ＸＥ３Ｃ型电脑台车为四轮驱动轮式行走，并配备有一个带防护顶篷的标准服务平台。钻臂断面面积可达２０６ｍ²，钻孔直径自３３ｍｍ至１１５ｍｍ。凿岩台车整体采用模块化设计理念，采用成熟的ＣＡＮ－ＢＵＳ总线分布系统技术，配备鹰式高臂座，ＲＣＳ电脑控制钻进系统，ＢＵＴ４５重型液压钻臂、ＡＢＣ控制系统和大功率凿岩机（现有配备ＣＯＰ２２３８ＨＤ＋钻机），最大程度地确保了超高的生产力。
３．２ 操作流程
依据预先导入车载电脑的钻孔设计图，一键激活，智能布孔，自动找点打眼、清孔，每个钻臂２分钟内即可完成５米深钻孔作业，其施工流程如下：
（１）定位：场地平整，凿岩台车就位后，通过３Ｄ扫描仪（或自动全站仪）扫描后视两个固并扫描车辆上固定两个棱镜点，得到台车位置数据。
（２）选择钻孔设计图：根据隧道断面信息、支护参数及台车自身性能，绘制钻孔设计图，并预先导入车载电脑，设置钻孔参数，使用时，调出相应钻孔设计图。
（３）全自动钻孔、清孔：激活台车全自动钻孔系统，操作系统智能布孔，钻臂自动找点打眼。钻孔完毕，凿岩机退钻时自动利用高压水、风清孔。
４ 台阶法开挖钻爆设计与施工
小相岭Ⅳ级围岩占比较大，一般在Ⅳ级围岩中采用长台阶爆破，Ⅳ级围岩一般分为两台阶施工，现场掌子面围岩岩性为灰岩，围岩强弱风化，有大量渗、涌水，围岩呈湿润状，围岩受水侵蚀，普氏系数ｆ＝１０左右。
４．１ 台阶法钻爆设计
（１）孔深
钻孔深度控制在２.８～３.０ｍ。
（２）周边孔
周边炮孔间距取５０ｃｍ，抵抗线取６０ｃｍ（光爆层厚度）。
（３）炮孔布置图及爆破参数
详见“图１小相岭隧道Ⅳ级上台阶断面炮眼平面布置示意图”。“图２小相岭隧道全断面Ⅳ级掏槽眼布置示意图”。“图３小相岭隧道Ⅳ级下台阶断面炮眼平面布置示意图”。“表１小相岭隧道Ⅳ级长台阶开挖爆破参数表”。
（４）爆破参数复核
①理论计算炮眼数目：根据经验公式
理论计算布眼数目１７１个，理论计算炮眼数目与设计布眼数目相差不大。
②单耗ｑ＝０.９０ｋｇ／ｍ³＜１ｋｇ／ｍ³，单耗设计比较先进，领先同行一般水平。
４．２ 钻爆施工
（１）施工组织流程见图４。
（２）人员配置
小相岭隧道２＃斜井采用全电脑三臂凿岩台车开挖，１＃斜井采用人工开挖，本次人员对比仅考虑分队长、钻工、炮工等人员，不考虑火工品领用及押运人员。
（３）实际循环进尺和时间
统计半年的数据，循环进尺和循环时间见下表３。
（４）平均线性超挖
现场统计２＃斜井工区Ⅳ围岩台车开挖和１＃斜井工区人工开挖半年的数据，发现台车开挖线性超挖一般在１８ｃｍ左右，人工开挖一般在１５ｃｍ左右。
５ 结论
（１）安全性高、施工环境好
凿岩台车钻爆法施工工作面人员密度小，并且操作人员远离危险源，降低了危险源伤人的机率，安全性较高，同时机械化配套施工环境要好。
（２）施工人员配置少，劳动强度低。
凿岩台车钻爆法施工人员较少，劳动强度低。
（３）具有多功能性
凿岩台车可用于超前探孔、施作小导管、锚杆等。
（４）施工成本高
凿岩台车受设备及配套设施投入大、使用成本高、超挖成本高影响，施工成本高。