三臂凿岩台车在隧道中心深埋水沟开挖施工中的应用
１ 工程概况
１．１ 阿拉套山隧道概况
阿拉套山隧道为新建博州支线铁路控制性工程，为单线隧道，起讫里程为Ｄ１Ｋ１＋８１５～Ｄ１Ｋ４＋４００，全长２５８５ｍ。隧区位于阿拉套山南麓丘陵区，地形起伏，隧道通过区地势呈中间高，两边低，海拔高程２２０～３１０ｍ，最大埋深８３.１ｍ。沿隧道分布地层主要为第四系全新统洪积细角砾土及泥盆系上统砂岩，其中洞口部分为Ⅳ、Ⅴ围岩，洞身部分为Ⅲ级围岩。
１．２ 隧道中心深埋水沟设计概况
阿拉套山隧道通长设置中心深埋水沟，水沟采用预制直径φ８００ｍｍ、壁厚８０ｍｍ的钢筋混凝土管，管顶面距內轨顶２.８７ｍ，大于当地最大冻结深度１.１ｍ。钢筋混凝土管采用承插式口管，管接口采用滑动就位橡胶圈密封，施工碎石反滤层前将环向盲管插入水管不小于３ｃｍ。管底铺设１０～２０ｃｍ碎石垫层，设置Ｃ２０混凝土基座，管顶３０ｃｍ以内采用Ｃ２０混凝土回填固定管身。中心深埋水沟具体结构设计如图１所示。
１．３ 三臂凿岩台车主要概况
阿拉套山隧道采用阿特拉斯·科普柯Ｂｏｏｍｅｒ ＸＬ３Ｄ三臂掘进凿岩台车，采用先导液压控制方式，配有三条ＢＵＴ３５型钻臂，同时还配有鹰式高臂座，大大增加了断面作业面积，适用于隧道掘进、洞室开挖及地下厂房开挖等各项地下凿岩工作，可进行钻爆孔、锚杆孔、掏槽孔、超前灌浆孔、管棚施工、装药、安装锚杆、灌浆、安装风管等高空作业。阿特拉斯·科普柯Ｂｏｏｍｅｒ ＸＬ３Ｄ三臂掘进凿岩台车如图２所示。
２ 中心深埋水沟开挖工艺
２．１ 开挖步骤
文章以阿拉套山隧道Ⅲ级围岩无仰拱地段为例，具体介绍中心深埋水沟开挖工艺，如图３所示。第一步：三臂凿岩台车完成掌子面钻眼工序；第二步：三臂凿岩台车退出，台架移动到掌子面开始安装炸药；第三步：三臂凿岩台车在距掌子面与１５～２０ｍ处开始倒退式钻中心深埋水沟炮眼，每循环开挖长度为３.５ｍ，掌子面装完药后，继续安装中心水沟处炸药；第四步：中心水沟和掌子面先后间隔起爆，中心水沟暂时不出渣，待施工到一定长度后集中出渣，安装预制管片。
２．２ 爆破设计
Ⅲ级围岩无仰拱地段中心深埋水沟采用全断面深孔预裂爆破，中心水沟顶宽２.２７ｍ，底宽１.１ｍ，深度３.３ｍ，断面面积为４.９ｍ²。掏槽眼采用正向连续装药起扩孔和产生临空面的作用；辅助眼采用反向间隔装药起破碎岩体扩槽作用；周边眼采用小药卷反向间隔装药起到控制开挖轮廓的作用，并加深１０ｃｍ确保水沟爆破深度。炮眼装药量宜根据围岩具体情况确定，施工过程中进行动态调整。中心深埋水沟炮眼设计图如图４所示，装药结构图如图５所示。
２．３ 开挖控制要点
（１）合理组织工序，水沟开挖作业应在掌子面装药的时候进行，不影响掌子面循环时间，水沟应在掌子面前面起爆，防止掌子面洞渣覆盖水沟影响水沟爆破效果。
（２）严格进行测量复核交底，每循环开挖前要进行施工测量，对中心水沟深度及宽度进行有效控制，在隧底用油漆标出水沟开挖开口线及炮眼的准确位置。
（３）现场施工应配备满足三臂凿岩台车作业的电压及水压，操作手能够熟练控制台车，确保钻眼的精度，角度偏差不大于２°，位置偏差不大于１ｃｍ。
（４）中心水沟钻孔前应对隧底作业面的虚渣进行清理，防止虚渣堵塞炮孔。
（５）三臂凿岩台车钻孔过程中要及时清理孔内排出的粉渣，每钻完１个孔钻杆退出后立即采用同直径的ＰＶＣ管插入炮孔，防止塌孔。
（６）严格按照爆破设计进行钻眼、装药、连线，装药连线应固定专人进行，炮泥堵塞不小于１０ｃｍ，起爆网络连接完毕后爆破员应仔细检查，确保无误后方可起爆。
（７）起爆完，通风１５ｍｉｎ之后爆破员才能进入现场检查爆破情况，有无盲炮。处理盲炮应严格按《爆破安全规程》（ＧＢ６７２２－２０１４）执行。
（８）无仰拱地段水沟深度达３.２７ｍ，受深度及临空面影响，部分围岩较完整，石质较硬地段，水沟底部约１ｍ范围内围岩外抛效果较差，现场应配备机械开挖设备，凿除水沟底部已爆破的松散围岩。
３ 三臂凿岩台车开挖中心水沟的优缺点
３．１ 优点
（１）与手持风动凿岩机对比。①风动凿岩机无法钻竖向孔，三臂凿岩机可以自由控制角度。②风动凿岩机采用分台阶水平抬炮，工序复杂，耗时长，三臂凿岩台车采用深孔预裂爆破，中心水沟一次成型。③风动凿岩机开挖超欠挖难以控制，若超挖过大会严重影响隧道施工安全质量和施工成本，如图６所示。三臂凿岩台车钻眼角度精确，通过预裂爆破可以有效控制超欠挖。④三臂凿岩台车可以减少钻眼作业人员，极大提高作业安全，是未来隧道机械化施工的趋势。
（２）与潜孔钻对比。①三臂凿岩台车可以三臂同时钻孔，如图７所示，且钻孔速度是潜孔钻的２倍以上，总体工效达５倍以上。②潜孔钻一般是干钻，钻孔过程中粉尘过大，导致其他工序无法进行，而三臂凿岩台车采用湿钻，钻孔过程中无粉尘。③三臂凿岩台车钻完孔后，孔内基本满水符合水压爆破的原理，爆破能量通过介质水传播并撕裂围岩，爆破效果较好，可以减少炸药用量，降低爆破烟尘。
３．２ 缺点
（１）三臂凿岩台车前期一次性投入较大，需要配套一定外接电压和水压。
（２）三臂凿岩台车需要熟练的操作手和相关维护保养人员，对作业维护及管理人员的素质要求较高。
４ 结束语
文章以新疆博州支线阿拉套山隧道为例，详细、系统介绍了三臂凿岩台车在隧道中心深埋水沟开挖施工中的应用，包括总体开挖步骤、爆破设计、开挖控制要点，并和传统的风动凿岩机、潜孔钻进行对比，分析其优缺点，得出结论：采用三臂凿岩台车可以有效提高工效，加快进度，降低成本，确保安全质量，可以为后续类似工程施工提供一定借鉴。