凿岩台车在高铁软围岩隧道工程施工中的应用技术
１ 工程概况
某单洞双线式高铁隧道工程位于湖北省襄阳市，属于大断面软围岩隧道工程。该隧道工程的设计时速为３５０ｋｍ／ｈ，隧道起讫里程为Ｄ１Ｋ４６８＋２３０～Ｄ１Ｋ４７６＋２３７，全长７８２７.２７９ｍ，隧道最大埋深２０９.４ｍ，全程隧道内可能出现有害气体，需加强隧道内通风及监测。Ｄ１Ｋ４７１＋６７０及Ｄ１Ｋ４７５＋０３３两处为浅埋，开挖时要严格按照监测措施控制，勤测量、早预报、强支护、早封闭。该隧道施工难度较大、工期紧张。
２ 三臂凿岩台车应用技术
在高铁大断面软围岩隧道工程施工中，三臂凿岩台车的主要功用就是钻爆破孔，其钻孔深度为４～５ｍ。该凿岩台车在施工中所钻爆破孔的种类有周边孔、底板孔、掏槽孔和辅助孔，其钻孔质量直接影响隧道爆破施工效果。
２．１ 作业前准备工作
在该凿岩台车作业之前，要检查其臂架的收回和居中情况。在凿岩台车移动之前，须将其支腿、电缆和水管等完全回收，并确认台车能够通过施工区域所有狭窄、低矮的地段。
为了提高凿岩台车的作业效率，在安装电缆和水管的同时可安装定位板，用于凿岩台车定位。定位时，凿岩台车钻臂最前端距离掌子面约０.８～１.０ｍ。施工人员应在停好凿岩台车后，做好电缆连接电源、水管连接水源以及定位工作。
隧道在Ｄ１Ｋ４７２＋１５０～Ｄ１Ｋ４７４＋６００（２４５０ｍ）段的围岩施工中，配置了ＺＹＳ－１１３型全电脑三臂凿岩台车进行开挖作业，拟采用“全断面＋微台阶法”的开挖支护方式进行开挖。凿岩台车定位时，必须保证其就位区域地面平坦、坚硬。
２．２ 钻爆施工
２．２．１ 钻爆参数
三臂凿岩台车在全断面法、微台阶法施工时工效最高。下面以全断面法、微台阶法为例进行简要说明。全断面法钻爆炮眼参数如１表所示，微台阶法钻爆炮眼参数如表２所示。
２．２．２ 钻孔作业
钻孔深度根据围岩软硬程度、节理发育、掌子面的平整度进行适当调整，尽量使孔眼底部在同一个断面上。以全断面法为例，单循环进尺４ｍ时，单个钻孔所用时间约为１ｍｉｎ３０ｓ，全断面每循环钻孔时间约为２ｈ；以Ⅳ级围岩微台阶法为例，单循环进尺３.５ｍ时，单个钻孔所用时间约为１ｍｉｎ３０ｓ，上台阶每循环钻孔时间约为１ｈ２０ｍｉｎ。底板眼成孔后，为防止炮孔堵塞，要采用ＰＥ管等材料封堵孔口。
２．２．３ 安装炸药
掏槽眼、辅助眼采用连续装药，周边眼、底板眼采用间隔装药，其间距为５０ｃｍ。用透明胶带将药卷固定在竹片上，间隔药卷之间通过导爆管串连。使用三臂凿岩台车作业平台装药，作业时工人均穿��专用防坠物背心保护脊椎。
２．２．４ 爆破
爆破联线采用复式网路连接，以保证起爆的可靠性和准确性。孔内非电雷管采用段发为１～１３段，以改善爆破效果和防止地震波叠加而产生较大的地震波。装好雷管后将各段非电毫秒雷管导爆管集束于掌子面中央，用电雷管起爆。为了确保周边眼同时起爆，保证光面爆破效果，将各孔内的导爆索延长至孔外。用１根长主干导爆索顺拱部周边眼进行串联，使每个周边眼孔内有两套独立的起爆系统，确保同时起爆，从而取得理想爆破效果。
２．２．５ 检查爆破效果
为了控制好超欠挖现象，现场成立光面爆破技术小组，每排炮爆破后安排技术员记录炮眼间距，并按照管理制度对施钻操作手进行考核，同时根据爆破效果对钻爆参数进行微调。
２．３ 断面扫描
使用全电脑三臂凿岩台车３Ｄ激光扫描仪对大断面软围岩隧道工程进行扫描，采集实施爆破后的隧道轮廓数据，转换生成结构模型，计算出开挖数据，检查是否出现超挖、欠挖情况，实时掌握开挖动态和钻孔质量，优化钻爆方案，为技术人员优化隧道开挖设计提供数据参考。
２．４ 锚杆施工
搭建移动作业平台，便于三臂凿岩台车全方位开展隧道锚杆作业，节约更换施工设备的时间，高效率、高质量完成隧道掌子面、拱部等区域的锚杆钻孔、安装和注浆作业。
２．５ 优化施工作业方案
为了使三臂凿岩台车更好地适应高铁在Ⅳ、Ⅴ级大断面软围岩隧道工程施工的实际情况，保证掌子面的稳定性，避免对软围岩造成巨大干扰，要优化施工组织，编制科学合理的施工方案，现从５个方面优化三臂凿岩台车在软围岩中的施工作业方案，如下所述。
２．５．１ 辨识围岩稳定性和等级
做好前期地质勘察工作，如实记录地层岩性、地下水及掌子面的变形特征，并根据掌子面的稳定情况对其进行等级划分，并根据软围岩的不同等级调整施工技术参数。
２．５．２ 优化初期支护措施
以新奥法原理为指导，从多个方面优化初期支护措施，具体可从以下３个方面进行优化：
一是结合软围岩稳定性和等级等实际情况，提高喷射混凝土的等级，喷射纤维混凝土；二是采用超前大管棚等支护技术，加固掌子面；三是加强对初期支护参数的设计，根据实际情况优化初期支护施工，采用预应力锚杆配合加长锁脚锚杆，调整钢架型号，改善连接方式，使得初期支护与衬砌施工符合设计要求。
２．５．３ 优化施工工艺
综合比较传统三台阶、ＣＲＤ等多种传统施工工艺，最终确定在本高铁软围岩隧道工程中应用全断面或微台阶工艺，配合三臂凿岩台车开展钻爆开挖作业，提高施工效率和施工质量。
２．５．４ 动态调整施工作业方案
统筹各项资源，完善自行式仰拱栈桥、锚杆钻机等配套施工设备，全过程动态跟踪爆破开挖施工，做好施工阶段性总结，并根据施工实际动态调整施工作业方案。
２．５．５ 增加应力变化测试
设计单位应在隧道施工前期，即在开展初期支护和二次衬砌施工期间，在隧道内部设置监控点，测试和分析初期支护、二次衬砌、围岩的受力及其变化情况，为后续施工提供指导。
３ 应用效果分析
３．１ 加快施工进度
在同样开展超前支护作业，支护效果基本一致的前提下，全电脑三臂凿岩台车的施工工序更加简单，施工效率明显优于传统钻爆法。该凿岩台车在Ⅳ级和Ⅴ级围岩施工过程中的具体表现为：全电脑式三臂凿岩台车每循环进尺深度为３ｍ的工况下，在Ⅳ级围岩施工中钻爆施工时间约为４～５ｈ，在Ⅳ级相对应的工序时间约为１７～２１ｈ，折合月进尺约为１０３ｍ；在Ⅴ级围岩施工中钻爆施工时间约为３.８ｈ，在Ⅳ级相对应的工序时间约为１８ｈ，折合月进尺约为６５ｍ。以上２种工况的月进尺均明显高于相关规范中的月进尺要求。
３．２ 提高经济效益
与传统的人工钻爆施工相比，在高铁大断面软围岩隧道工程中使用三臂凿岩台车进行钻爆施工的工程的成本多出了１０％。但是综合考虑施工进度、钻孔精度以及施工安全性等方面因素，使用三臂凿岩台车进行钻爆施工比人工钻爆施工的作业效率提高了３０％。按此作业效率计算，使用三臂凿岩台车进行钻爆施工，比人工钻爆施工的经济效益提高了１５％左右。
４ 结语
综上所述，在高铁大断面软围岩隧道工程施工中应用全电脑三臂凿岩台车，优化施工设计，编制科学合理的施工方案，增加应力变化测试，完善初期支护和优化二次衬砌施工，全过程动态跟踪钻爆开挖作业，能够保证高效率、高质量完成隧道掘进作业。其弥补了传统钻爆开挖施工技术的不足，性能稳定性突出，优势明显，应用效果良好，代表了隧道工程今后的发展方向，值得在大断面软围岩隧道工程中推广应用。