三臂凿岩台车与手持凿岩机在隧道应用中的效果比较
随着我国科技水平的不断发展，机械已经真正渗入了各领域的生产过程中，在隧道工程项目施工方面，也逐步实现了机械设备智能化和自动化，不仅能够大幅度降低施工成本、提高工作效率，还可以充分保障项目施工的安全性。伏牛山隧道施工具有安全风险高、施工难度大、不良地质层较多等特点，因此，将机械设备智能化、自动化与隧道施工工艺科学、施工技术进行有机结合，是隧道施工企业降低施工成本、减少安全事故发生、增强企业核心竞争的根本途径。
一 概述
１ 工程概况
郑西高速公路栾双端伏牛山隧道为分离式隧道，右线全长９１８３ｍ，左线全长９１６１ｍ，目前是河南省第一公路长隧，属于超特长隧道，隧道最大埋深７５１ｍ，共设置三处斜井，左右线隧道轴线间距３０ｍ。该隧道工程由中交一公局承建，伏牛山隧道开工日期为２０１７年１１月１日，２０２０年８月３１日结束，施工工期为３４个月，具有任务重、工期紧等特点，是河南省重点工程之一。
２ 隧道工程地质条件简述
伏牛山公路隧道位于栾川县庙子镇附近，进口交通条件较差、出口交通条件较好，地属伏牛山系，海拔高度在８５０～１５００ｍ之间，横跨黄河、长江分水岭，地势起伏较大，坡面植被茂盛，隧道大里程端较高、小里程则较低。地质条件极为复杂，处于东秦岭重要断裂带，与北侧的栾川断裂带相平行，并出现断层两侧地质倾角陡峻、斜井与断裂层斜交、出水孔断层等不良地质现象，漏出地层为Ｔｌｙ、Ｔｉｍ泥岩、灰岩，沿线有溶洞水和断层泉出漏。
３ 隧道施工机械配置原则
伏牛山隧道施工机械化配套主要包括设备的配用量及隧道施工设备选型两个方面，同时循序集约管理、理性选型、性能匹配、先进合理的基本机械化配置原则。设备施工选型需要根据项目施工的特点，灵活选用最适宜的配套机械；设备的配用量则必须与施工进度和施工能力相匹配，最大限度实现机械设备最佳利用率，从而使项目施工企业社会效益和经济效益最大化。
二 三臂凿岩台车施工
１ 三臂凿岩台车参数及施工准备措施
使用徐工三臂凿岩台车ＴＺ３Ａ（２００ｋＷ）实施开挖施工，钻臂最大作业高度９.２ｍ，最大作业宽度１３.６ｍ，作业覆盖面为１０４ｍ²，钻深４ｍ左右，钻杆长５.２５ｍ，车身尺寸为ｌｍａｘ×ｈｍａｘ×ｂｍａｘ＝１６ｍ×３.４ｍ×２.８ｍ，钻头有１０８ｍｍ、１０５ｍｍ、１０１ｍｍ、５５ｍｍ、４８ｍｍ、４５ｍｍ等，本隧道采用４５ｍｍ的钻头进行施工。首先，凿岩台车就位后，相关工作人员应立即安装供电线缆及高压水管，在安装完毕后，由操作手启动台车电气系统，使台车整体保持水平状态。同时明确凿岩台车施工流程，详见图１。
２ 三臂凿岩台车施工流程
（１）测量放线。利用莱卡全站仪进行测量放线，相关工作人员应使用凿岩台车的云梯台架，对周边眼孔位做出标记，同时对每一循环的超欠挖进行测量，并及时与当班、代班的班组人员沟通欠挖部位，由测量人员画出开挖岩面的里程线，以便于操作手观察和控制钻孔进入深度。
（２）凿岩台车就位。操作手在班组长指导下，进行凿岩车定位，并保证就位区域坚硬、平整，台车钻臂最前端距离掌子面０.８～１.０ｍ为最佳。
（３）凿岩台车钻眼。根据测量放线及爆破设计进行台车钻眼，首先施工底板眼，其次实施周边和其他炮眼的施工，为了保证掏槽成功，掏槽眼应比掘进眼深２０ｃｍ，周边眼到内圈炮眼的排距误差必须控制在５ｃｍ以内，可以按照掌子面的实际情况做出调整。
（４）清孔、装药、爆破。在装药前，必须用手或高压风管对炮眼进行扫孔和吹孔，无法装药的应及时补眼，同时仔细清理坍孔内石碴。在装药完成后，应由爆破班长及领工员对网路连接和装药情况进行全面检查，核实每个炮眼的起爆药卷是否连好、网路连接是否正确，检查无误后方可排警戒线、撤离人员实施起爆。
（５）凿岩台车超欠挖处理。为了避免造成超欠挖部位的错台，超欠挖禁止一次性进行修正，必须确保其整体轮廓线平整，因此要逐步调整欠超挖部分，防止对后期挂网与支护喷砼施工质量造成影响。若局部欠挖值≤１０ｃｍ，则可直接使用钻臂对其进行凿岩处理，最大限度避免二次爆破形成的更大超挖。
三 手持凿岩机施工流程
（１）支架搭设。在伏牛山隧道出口，可将开挖作业台车作为钻眼作业平台，需在提前为开挖台车完成焊接、作业台车铺设钢轨，在施工时在１小时内推动提车上前即可。
（２）放样。使用全站仪画出拱部轮廓线，并明确开挖的水平和中线，将墙部开挖边线的周边眼连接起来就是开挖轮廓线，相关工作人员在操作时，必须保证其准确性，误差不能＞２ｃｍ。同时，根据确定的开挖轮廓线，在此检查前一循环的超欠挖值，若超欠挖＞５ｃｍ，则必须使用红色油漆。
（３）钻眼。伏牛山隧道采用１６台手持凿岩机，在钻机就位后由上至下进行接风水管、钻眼、及扫孔工作。
（４）爆破。主要过程包括领药、装药、移架、爆破、排尘及找顶补炮等，其中移动台车需要１ｈ，领药、装药、爆破排尘时间各需要０.５ｈ，共计需要１５名爆破工人历时２.５ｈ完成。
四 三臂凿岩台车钻爆开挖与手持凿岩机钻爆开挖对比
１ 施工环境与安全性
三臂凿岩台车采用的闭式油路系统可直接消除排气噪音，没有湿雾状废气排出，因此安全性较高、空气较为清晰。同时，三臂凿岩台车在施工过程中，不仅开挖工作人们密度小，操作人员更能够受到防护顶棚的保护，可在最大限度上降低掌子面落石伤人的危险性。不仅如此，在三臂凿岩台车上装置隔音的司机室，还能进一步增强施工安全性、改善操作人员工作环境。
２ 施工质量
与手持凿岩机相比，三臂凿岩台车一旦定位后，即可按固定或水平倾角推进钻杆，可有效减少超挖量、提高钻孔质量；而手持凿岩机钻孔质量则直接受到工人素质影响，加之安全性能、环境等因素影响，从而导致其钻孔质量较差。
３ 社会效益
三臂凿岩台车与手持凿岩机相比，具有成孔质量高、成本低、安全系数高、对环境污染小等优势，但在实际应用过程中，只有在充分保证后续衔接工艺、三臂台车工艺和操作人员综合素质的前提下，才能够使三臂凿岩台车真正发挥其优势。可以看出，在围岩条件较差的段隧道内，手持凿岩机施工具备一定优势，但在特长及长隧道全断面开挖中，必须依靠三臂凿岩台车进行施工。因此，合理利用三臂凿岩台车不仅能够显著提升施工进度和生产效率，更促进了我国隧道施工的现代化、机械化发展，是未来隧道建设的大趋势。
４ 经济效益
三臂凿岩台车与手持凿岩机开挖施工成本相比，差异较小，但三臂凿岩台车开挖每１／ｍ³围岩，可节约１.９４元，见表２。
五 结语
三臂凿岩台车与手持凿岩机相比，具有成孔质量高、综合成本低、噪音污染少、施工安全、耗能低、机械化程度高等显著优势，适用于Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下的大断面特长隧道；在一些地质不良、地质变化频繁、围岩地质较差的短隧道和小断面施工中，手持凿岩机则具备一定施工优势。但在三臂凿岩台车施工过程中，必须强化设备保养工作、不断提升操作人员专业素质，从而真正发挥三臂凿岩台车优势，保障隧道工程项目的顺利进行，在给企业创造更大利润空间的同时，为我国隧道建设发展做出贡献。