浅析三臂凿岩台车在公路隧道开挖施工中的应用
０ 引言
在公路隧道施工中，三臂凿岩台车作为一种高效、先进的凿岩设备，具有显著的优势和适用性。不仅有足够的刚度和强度，能够承受凿岩过程中的冲击和振动，还能够通过控制系统，实现自动化、智能化操控。基于上述优势，目前国内一些公路隧道工程先后引入了三壁凿岩台车，该文结合工程实例，对这一新型隧道施工设备的具体应用展开探讨。
１ 三臂凿岩台车的基本原理与特性
１．１ 三臂凿岩台车的构造与工作原理
三臂凿岩台车的主要组成部分包括车体、臂架、凿岩机、推进器、控制系统等，车体是整个设备的支撑部分，通常采用履带式或轮胎式，具有良好的越野性能和稳定性。臂架是设备的核心部分，通常由高强度钢材制成，具有足够的刚度和强度，能够承受凿岩过程中的冲击和振动。凿岩机是实现凿岩功能的部分，通常采用气动或液压驱动，具有高效率和低能耗的特点。推进器是控制臂架和凿岩机进给的部分，能够实现精确的定位和调整。控制系统是整个设备的指挥中心，能够实现设备的自动化控制和监测，保证设备的安全和稳定运行。
三臂凿岩台车的工作原理主要是通过控制系统的指挥，使臂架和凿岩机按照预定的轨迹进行运动，实现准确的定位和凿岩。推进器的作用是控制臂架和凿岩机的进给，使其能够按照设定的参数进行工作。在凿岩过程中，凿岩机通过冲击或旋转的方式将岩石破碎，产生的石渣通过设备的排渣系统排出。三臂凿岩台车具体结构如图１所示。
１．２ 三臂凿岩台车在公路隧道施工中的优势与适用性
（１）三臂凿岩台车能够大幅提高隧道施工的效率。其独特的三臂结构使得设备能够同时进行凿岩作业，减少了施工时间，提高了施工效率。此外，三臂凿岩台车的推进器和控制系统能够实现精确的定位和调整，进一步提高了施工的准确性和效率。
（２）三臂凿岩台车在隧道施工中具有广泛的应用。由于其高强度、高刚度的臂架结构，以及强大的凿岩能力，三臂凿岩台车适用于各种不同规模、不同地质条件的公路隧道施工。无论是在硬岩还是软岩中，三臂凿岩台车都能够发挥出色的性能，为隧道施工提供可靠的支持。
（３）三臂凿岩台车的安全性和稳定性也是其重要的优势之一。在隧道施工中，安全始终是首要考虑的因素。三臂凿岩台车采用先进的控制系统和监测系统，能够实时监测设备的运行状态和凿岩效果，及时发现并处理异常情况，确保施工过程的安全可靠。同时，三臂凿岩台车的稳定性能也得到了充分验证，能够在各种复杂的地形和环境下稳定运行，为隧道施工提供可靠的保障。
２ 三臂凿岩台车在公路隧道开挖施工中的应用实践
２．１ 项目概况
北斗坪隧道左线起止里程桩号为ＺＫ５２＋０９０～ＺＫ５５＋６６３，长３５７３ｍ；右线起止里程桩号为Ｋ５２���０９０～Ｋ５５＋６８０，长３５９０ｍ，属公路特长隧道，为微瓦斯隧道。隧道左右线合计：Ⅳ级衬砌类型５３９２ｍ，Ⅴ级衬砌类型１７６３ｍ。隧道采用钻爆开挖。隧道采用分离式双线隧道，镇巴端（进口）洞门型式为端墙式，广安端（出口）洞门型式为倒削竹式。隧道进口左洞设计高程５６０.６１ｍ，隧道进口右洞设计高程５６０.７９ｍ；隧道出口左线设计高程５２３.１５ｍ，隧道出口右线设计高程５２３.１５ｍ。
２．２ 施工工艺流程及操作要点
２．２．１ 开挖施工工艺流程
三臂凿岩台车开挖施工工艺流程如图２所示。
２．２．２ 开挖施工操作要点
具体施工操作要点如下：
（１）施工准备。
１）台车就位前，应对作业面基底整平处理，隧底基面应密实可靠，满足凿岩台车承载力要求，并施作掌子面至仰拱段临时排水沟。
２）台车定位控制点应每环进行检查，若发生移位、损坏，及时更换。
（２）测量放样。
１）每个循环，采用全站仪对开挖轮廓线和关键孔位点用红色油漆进行放样（爆破后周边轮廓线控制较好时取大值），用于验证台车定位的准确性。
２）开挖轮廓线测量放样时，由２名测量人员，通过装药台架，按照钻爆设计、技术交底或设计图纸要求进行开挖轮廓线放样（并对上一循环支护超欠进行核查），并标记红色喷漆。
（３）台车就位。调整台车高度，做好钻前准备工作。
（４）钻孔及清理：
１）钻爆参数调整。在传统的超前地质预报和超前钻孔预报的基础上，需要对上循环开挖断面的超欠挖情况和前方围岩情况进行全面的分析。同时，根据光面爆破的要求，应优化爆破方案，采取降低周边眼及辅助眼的装药量、减小周边眼的间距等措施对钻爆参数进行动态调整。
２）找点及钻孔。机手通过摇杆实现精准对孔。钻眼过程中，安排抽水人员及时抽排掌子面积水，保证后续装药顺利。
３）钻孔进尺。Ⅳ级围岩进尺宜控制在３～３.５ｍ，Ⅴ级围岩宜控制在１～２ｍ。
４）光面爆破控制技术：
①减小周边眼外插角：施作周边眼钻孔时，可采用长短眼结合方式（短眼设置仅在钢架距掌子面距离不足时设置）。
②装药形式：掏槽眼采用连续装药，周边眼采用竹片及导爆索辅助间隔装药，利用竹片将药卷预先加工形成，并设置导爆索传爆，确保光面爆破效果。周边眼间距、周边孔最小抵抗线、相对距、周边孔装药集中度应符合表１规定（见表１）。
③及时优化钻爆设计：同类围岩应根据其差异性，结合上循环的开挖效果，通过钻孔间距，掏槽眼外插角等的调整和装药结构来适当的优化钻爆设计。
④对爆破后的实际效果进行分析，通过残眼率作为每班光面爆破控制要求；每开挖１００ｍ，通过平均线性超挖率Ｓ作为考核指标。爆破质量评定表如表２所示。
隧道线性超挖率为隧道每断面的超挖面积与设计开挖断面面积的比值，超挖面积等于超挖断面周长乘以开挖深度。每开挖一循环后均对开挖断面进行测量，取得超挖数据，单循环线性超挖率可以通过测量数据计算得出，而后计算１００ｍ范围内的线性超挖率平均值即为隧道平均线性超挖率。
⑤做好监控量测工作，根据量测数据动态调整预留变形量和开挖轮廓线。
⑥在保证稳定前提下，适当增加初期支护端头至掌子面距离，减小钻笔外插角。
５）钻孔挖成后，对掌子面底部虚渣、积水及时进行清理。
（５）钻孔验收。钻孔验收时，检验钻孔的位置、孔深、外插角是否满足钻爆设计要求，钻孔是否堵塞。对不满足要求的钻孔，应重新钻孔。
（６）装药及爆破。利用装药台架进行人工装药，掏槽眼采用连续装药，周边眼采用间隔装药。
１）人员及爆破器材就位：
①装药前，技术员、安全员、爆破员检查洞内洞外安全情况，在洞口树立安全警示牌，设置警戒线。
②洞内炮工到达现场，进行排危及清孔作业，作业时用装药台车贴近掌子面，在装药时设置专人进行观察围岩情况。
③民爆公司将炸药送至现场临时存放点，现场设专人看管爆破器材，炸药和雷管分开存放。
２）装药、起爆、出渣。分发炸药和雷管，６～９人进行装药作业，连接起爆网络，技术员、安全员、爆破员检查洞内洞外安全情况，爆破员起爆，洞内空气质量改善后，技术员、安全员和爆破人员及时去现场检查并排除掌子面可能存在的盲炮及其他安全隐患。
待开挖断面检查完，挖掘机进行掌子面和拱圈排险，清理掌子面控制掌子面坡比，坡比要求小于１∶０.１。挖掘机与装载机配合出渣，出渣车将石渣运至渣场。
２．３ 三臂凿岩台车施工效果分析
相比普通人工钻爆，极大提升了施工进度，通过检查实施效果，主要有以下几个优点：
２．３．１ 提高隧道开挖效率
造孔快、成型好。三臂凿岩台车在坚硬岩中快速凿岩成孔，单臂造孔速度为２.５ｍ／ｍｉｎ，优于常规气腿钻的０.２５ｍ／ｍｉｎ。根据围岩结构特点调整钻机参数，可使三臂凿岩台车保持最佳状态，能有效提高钻孔质量和速度。三臂凿岩台车能控制周边眼外插角，减少超挖，确保成型好。
２．３．２ 保证隧道施工安全
操作人员在固定平台远距离操作机械，设有安全顶棚，避免塌方伤害。三臂凿岩台车冲击力强，能快速清理危石，提高效率。
２．３．３ 降低施工成本
能够节省动力。三臂凿岩台车能量利用率高，动力消耗（油料）仅为风动凿岩机的１／４～１／２，能节约资源，降低成本。
２．３．４ 改善了施工环境
三臂凿岩台车上操作人员的劳动强度较低，一般为湿式钻进，粉尘少，且卡钻较少。同时钻进过程中噪声较常规的低，视线好，整体整洁。
２．３．５ 节省欠挖与出渣时间
出现欠挖后，长钻杆处理速度快，不影响正常开挖，每个循环能节省时间１ｈ左右。三臂凿岩台车窄，宽度只有２.９ｍ，省空间，每个循环能够减少４５ｍｉｎ。
３ 三臂凿岩台车应用中面临的问题与对策
３．１ 存在的主要问题分析
在公路隧道施工中，三臂凿岩台车作为一种高效、先进的凿岩设备，其使用过程中也存在一些问题。主要包括以下几个方面：
（１）三臂凿岩台车存在的主要问题之一是设备的维护保养。由于三臂凿岩台车是一种大型、复杂的机械设备，其维护保养工作对于设备的正常运行和使用寿命具有重要影响。然而，在实际使用过程中，设备的维护保养往往得不到足够的重视，导致设备出现故障和磨损等问题。这不仅会影响设备的性能和效率，还会增加维修成本，延误工期。
（２）三臂凿岩台车在使用过程中也存在一定的安全风险。由于三臂凿岩台车的操作需要高技能、经验丰富的操作人员，如果操作人员技能不足或操作不当，可能会导致设备故障、人员伤亡等安全事故。此外，隧道施工环境复杂多变，存在许多不确定因素，如地下水、地质灾害等，也可能对设备的安全使用造成影响。
（３）三臂凿岩台车的成本较高也是其存在的问题之一。由于三臂凿岩台车是一种高科技、高附加值的机械设备，其制造成本和维护成本相对较高。对于一些小型隧道工程来说，购买和维护三臂凿岩台车的成本可能过高，不具有经济性。此外，三臂凿岩台车的操作和维护需要专业人员，这也增加了人力成本。
３．２ 技术改进措施与优化建议
针对三臂凿岩台车在公路隧道施工中存在的问题，提出以下技术改进措施与优化建议：
３．２．１ 加强设备的维护保养管理
建立完善的维护保养制度，定期对三臂凿岩台车进行检查、保养和维修，确保设备处于良好的工作状态。同时，加强与设备制造厂的合作与交流，及时获取技术支持和培训，提高维护保养水平。
３．２．２ 完善安全管理制度
制定操作规程和安全指南，培训操作人员技能和安全意识，提高应对能力。建立设备安全检查机制，及时处理隐患。
３．２．３ 强化成本管控措施
（１）优化设备设计。通过对三臂凿岩台车的设计进行改进和优化，降低制造成本和维护成本。例如，采用高强度材料、优化结构设计和减少易损件等措施，可以提高设备的耐用性，降低维修成本。
（２）提高设备利用率。合理安排施工计划，提高三臂凿岩台车的利用率，降低单位工程量的设备成本。同时，加强设备的调度和管理，避免设备闲置和浪费。
（３）推广设备租赁。对于一些小型隧道工程来说，可以采用租赁三臂凿岩台车的方式，避免一次性投资过大。这样可以降低工程成本，也可以满足施工需求。
４ 结语
在公路隧道开挖施工中，三臂凿岩台车作为一种高效、安全的施工设备，较手持风钻具有钻孔速度快、机械化程度高、能耗低、施工安全、成孔质量好、噪声空气污染少和综合成本低等优点，具有广泛的应用前景。通过该文的探讨和分析，以期能为相关工程提供有益的参考和指导，促进公路隧道开挖施工的进一步发展。同时，也期待未来有更多的研究和实践能够深入挖掘三臂凿岩台车的潜力，提升其在复杂环境下的适应性和工作效率。