三臂凿岩台车小断面隧道施工技术运用
１ 工程概况简述
新建梅汕客专ＭＳＳＧ－３标丰顺隧道马鞍山斜井，斜井全长７６５ｍ进洞里程Ｘ３ＤＫ０＋７６５，位于线路前进方向右侧，与隧道正洞交于ＤＫ５８＋８００处，斜井综合坡度为１１％。斜井围岩类别以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级其中Ⅲ级围岩占８２.４％，设计采用复核式衬砌和喷锚式衬砌。
２ 凿岩台车主要技术参数
（１）Ａｔｌａｓ Ｃｏｐｃｏ掘进凿岩台车用途：三臂凿岩台车适用于钻爆孔、锚杆孔、掏槽孔和超前灌浆孔，适合于装药、安装锚杆、灌浆、安装风管等高空作业。
（２）工作条件。作业点的高度：适合在海拔３０００ｍ及以下工作。环境温度：适合在－２０℃～＋４５℃温度下工作。三臂凿岩台车适合在多尘土及潮湿的隧道中工作。
（３）外部尺寸和重量。工作状态：长×宽×高：１６５００ｍｍ×２５００ｍｍ×４９００ｍｍ，最大覆盖面积可达１７８ｍ²，总重量：３９０００ｋｇ（详见图１、图２）。
（４）凿岩台车制造厂Ａｔｌａｓ Ｃｏｐｃｏ Ｒｏｃｋ Ｄｒｉｌｌｓ ＡＢ，工作压力２３０ｂａｒ冲击功率２０ＫＷ冲击频率６０Ｈｚ最大回转扭矩５４０Ｎｍ，钻孔直径４３～１０２ｍｍ单杆钻孔深度５３００ｍｍ回转速度０～３００转／分，维护保养间隔６００冲击小时保修时间１０００冲击小时。
３ 全断面法凿岩台车钻爆开挖施工组织
丰顺隧道马鞍山斜井Ⅲ级围岩断面面积４５.１７ｍ²，采用的是三臂凿岩台车全断面法开挖施工。常规的隧道施工开挖机械主要采用风动气腿式凿岩机，由于气腿式凿岩机钻孔速度慢、工作效率低、钻孔噪音大、劳动强度高、对操作人员身体健康影响大等缺点，特别是在地质条件较好的大断面隧道施工中，三臂凿岩台车更显示出机械化程度高，施工进度快等优点。三臂凿岩台车施工断面可达１７８ｍ²。随着隧道工程的不断发展，三臂凿岩台车逐渐成为隧道开挖不可缺少的机械设备。三臂凿岩台车开挖的全断面掘进法施工工序如下：
３．１ 三臂凿岩台车就位、掌子面测量放样
测量采用全站仪测定中线和掌子面桩号以及主要眼孔的控制线。测量人员先利用多臂台车中间的挂篮在拱顶位置放出中线，并定出开挖轮廓线，画出掏槽眼的控制线。每次放线对上次爆破的断面进行检查，对测量数据进行处理，及时调整爆破参数，改进爆破效果，本隧道全断面共设计１００多个炮眼，各炮眼的技术参数要求及主要事项如下：
周边眼：周边眼间距５０ｃｍ，孔深３.５ｍ。由于三臂凿岩台车因钻孔设备原因，钻头距支护边墙不小于１０ｃｍ的工作空间，因此凡在进行周边眼钻眼施工时钻臂必须外张一个外��角度，若外插角过大或过小，则造成隧道轮廓线超挖或欠挖，都会增大工程成本。因而严格控制外插角度，保证钻孔循环错台在１０ｃｍ以内，炮眼开孔在轮廓线上，平均线性超挖５ｃｍ，成为周边眼的作业关键。
二圈眼：间距７０ｃｍ垂直钻孔，孔深３.５ｍ。
辅助眼：横向间距８０～１００ｃｍ，竖向间距８０～１００ｃｍ，梅花型分布垂直钻孔。
掏槽眼：钻爆效果的优劣，掏槽眼是关键。本隧道采用楔形掏槽，掏槽眼按六排布第一排角度６６°孔深２.３ｍ、第二排角度７０°孔深３.８ｍ、第三排角度７５°孔深３.６ｍ、第四排角度８０°孔深３.５ｍ、第五、六排角度９０°孔深３.４ｍ。
底板眼：横向间距８０ｃｍ，竖向间距８０ｃｍ，孔深３.５ｍ布设２排。
３．２ 装药、爆破
按照钻爆设计图分组进行装药，所用雷管必须和设计图的眼孔一致。炮孔堵塞采用专用炮泥进行堵塞，堵塞长度不低于５０ｃｍ。周边眼孔必须采用竹条将分段的炸药置于孔内，导爆索起爆，保证间隔装药和边眼同时起爆。
爆破采用孔内微差控制爆破，非电毫秒雷管起爆导爆索网路。微差时间用１～１５段非电毫秒雷管控制，起爆顺序为：掏槽眼→辅助眼→底板眼→周边眼。网络连接好后专人负责检查后再起爆。
４ 凿岩台车施工过程中的控制
三臂凿岩台车进行钻孔前，做好接水接电等准备工作，认真检查台车的液压系统及各种指示灯是否处于工作状态。在钻孔过程中，应根据各类围岩的特点结构不断调整钻机的推进压力和冲击压力，以保证钻孔的质量和防止卡钻，如果台车在复杂地质中卡钻可使用台车防卡钻系统。ＲＰＣＦ回转压力控制推进－根据回转压力变化，持续控制和调整推进压力。当回转压力持续上升，超过预先设置的压力时，凿岩机推进压力会自动降低。减小推进速度，使钻头能顺利通过复杂地质区域。一但通过，回转压力会自动降低，推进压力会自动调节，直至钻进系统恢复正常。
每循环钻爆设计施工前，由主管技术人员确定围岩的地质情况适当调整爆破参数，达到最佳爆破效果。为尽量减小开孔误差，每茬炮开钻前由技术室测量组使用全站仪精确测设，开挖线及钻爆眼位，特别是对周边眼严格控制，标定好钻孔方向角度，以使凿岩作业时司钻人员掌握好炮钎方向。
丰顺隧３＃斜井采用三臂凿岩台车钻眼作业，由３人操作其中熟手２名学徒１名，钻眼分工负责，位置固定，建立眼位负责制，实行奖罚制度，谁钻眼出现偏差谁负责，提高司钻人员责任心，确保掏槽眼口间距误差及眼底间距误差不大于５ｃｍ，辅助眼排距行距误差不大于１０ｃｍ，周边眼排距误差不大于５ｃｍ。
５ 凿岩台车装药量优化
丰顺隧道３＃斜井开挖断面为４５.１７～６２.３３ｍ²开挖断面较小，而三臂凿岩台车推进梁为７.１ｍ钻杆长度５ｍ钻头Φ４５ｍｍ。在斜井内施展不开，而我公司多年未使用三臂凿岩台车，施工技术人员缺乏水平不高经验不足等，导致钻眼精度达不到理想的精度，特别是掏槽眼很容易造成穿孔。由于凿岩台车钻头为Φ４５ｍｍ，炸药直径Φ３２号乳化炸药，和人工采用风动气腿式凿岩机钻头为Φ３８ｍｍ相比，两者眼孔差距７ｍｍ。使凿岩台车药量比人工大。
（１）在进入Ⅲ级围岩段后，随着岩质的逐渐变硬，炸药用量开始逐步上升。在每循环进尺３.２～３.５ｍ之间时，炸药用量在２３０～２５０ｋｇ左右，炸药单耗为１.５８ｋｇ／ｍ³，最高时一度达到２７０ｋｇ。而相比人工开挖在同样的进尺情况下炸药量为１６０ｋｇ，炸药单耗为１.０１ｋｇ／ｍ³。为了避免大药量爆破产生的过大震动影响围岩和衬砌的稳定，我们将设计循环进尺缩短为３.２ｍ，并调整了钻爆参数、炮眼角度，通过画控制线的方法提高司钻人员的钻眼精度。
（２）在２０１６年７月底，我们反复实践得出优化结果，主要是改变掏槽眼形式将原来的大掏槽改为小掏槽，由原来第一排掏槽眼间距１.７ｍ深度３ｍ改为优化后间距１.４ｍ深度２.３ｍ。每循环进尺稳定在３.２ｍ左右，炸药稳定在１８０～２００ｋｇ之间，炸药单耗为１.３６ｋｇ／ｍ³。
（３）斜井钻爆施工炸药单耗比规范和定额来说并不算大，但由于围岩较硬，操作人员的技术水平等问题还是有调整的余地。而钻爆前期最令人头疼的超欠挖问题也随着操作的逐渐熟练而得到有效的控制，但今后仍要将这两个问题视为我们工作中的重点。
６ 综合比较
从丰顺隧道３＃斜井凿岩台车和丰顺隧道２＃斜井传统人工开挖方式比较，两种施工方法的差异主要是钻眼的机具不同。常规手持风动凿岩机结构简单、维修方便、操作容易、使用安全，但压缩空气的供应设备较复杂、机械效率低、耗能高、噪音大、凿岩速度比液压台车低。液压凿岩台车与手持风动式凿岩机相比，具有以下特点：
（１）动力消耗较少，能力利用率高。液压凿岩台车动力消耗仅为风动凿岩机的１／３～１／２。能量利用率液压的可达３０％～４０％，风动的仅有１５％～２０％。
（２）凿岩速度快，液压凿岩机比风动式凿岩机的凿岩速度快８０％～２００％．在黄岗岩中纯钻速度可达２００～３００ｃｍ／ｍｉｎ。在３＃斜井Ⅲ级围岩施工中，月进度达到２４０ｍ进尺，而人工进尺基本维持在２００ｍ左右。由于我们第一次使用三臂凿岩台车，所以随着施工组织的逐步完善和操作技术的熟悉程度的提高，进一步提高开挖进度完全可能的。
（３）三臂凿岩台车的液压系统能自动调节冲击频率扭矩、转速和推力，能适应不同性质的岩石以提高凿岩功效，且润滑条件好，各种零件使用寿命较长。
（４）环境保护好。液压钻的噪音比风动钻降低１０～１５ｄＢ；液压钻没有风动钻那样排气，工作面没有雾气，空间较清晰。
（５）液压凿岩机构造复杂，附属装置多，重量体积大，对软弱围岩如Ⅳ、Ⅴ级围岩冲击较大钻进速度快容易造成塌孔，对小断面隧道操作施展不开有局限性。所以多臂凿岩台车只适用于围岩较好的大断面隧道，同时造价较高，操作要求专业性强，容易造成超欠挖而加大施工成本。
７ 结语
常规的手持式风动凿岩机钻眼在小断面、断隧道围岩较差（Ⅳ、Ⅴ级）围岩的施工条件下有一定的优势，而三臂凿岩台车在大断面、长隧道、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩的条件下，则具有钻进速度快，机械化程度高，噪音空气污染少等优点。对于成本控制，可提高生产规模，提高工人的操作水平以减少超欠挖等手段来减低成本。经过反复思考总结经验教训谦虚学习，在三臂凿岩台车隧道开挖钻爆效果上取得了一定的成果。
注：本文所指液压凿岩台车仅为多人操作的普通凿岩台车，不包括电脑凿岩台车。