三臂凿岩台车在高铁大断面软弱围岩隧道的施工技术
０ 引言
三臂液压凿岩台车是隧道钻爆法施工中最先进的开挖设备，能降低人工开挖劳动强度，改善作业环境，大大提高安全系数，缩短工期等，充分发挥机械设备效率来说，进行机械化作业也是今后隧道施工的发展方向。郑万高铁隧道中大断面单洞利用双台车及配套设备实现快速掘进的施工技术，为长大隧道提供了一种快速施工的思路。
１ 工程简介
新建郑州至万州铁路湖北段站前工程ＺＷＺＱ－９标段位于湖北省兴山县境内，全长３３７９１.５５９９ｍ，主要包含的隧道工程有兴山隧道出口段、古夫隧道、向家湾隧道、香炉坪隧道。计划兴山隧道２号横洞、向家湾隧道进口、香炉坪隧道进口、香炉坪隧道１号斜井共４个作业面采用加强型机械化配套施工。
隧道工程地质复杂，存在岩溶、煤层瓦斯、有害气体、岩堆、顺层、断层破碎带等不良地质，工程建设风险大，施工难度高，部分洞口进场便道、施工用电修建难度大，工期紧张。
２ 凿岩台车大断面隧道超欠挖控制难点
（１）大断面隧道凿岩台车钻爆法施工使用的三臂凿岩台车，因施工高度，目前市场现有三臂凿岩台车，无法满足高铁隧道全断面开挖施工要求。
（２）单洞双线高铁隧道Ⅳ、Ⅴ软弱围岩施工，原有的常规施工工法很难适用大型机械化配套施工的需求，需对原有工法进行创新。
（３）掌子面围岩稳定性差，全断面法开挖面积大，掌子面挤出位移大，当挤出位移达到一定限值时，掌子面出现失稳、坍塌，对现场施工的人员及设备产生极大安全影响。
３ 大断面隧道凿岩台车钻爆法施工技术
（１）凿岩台车开挖施工顺序与快速施工工艺。施工顺序为：台车进场定位→断面、掌子面危石清理→测量画线→底板炮孔施钻、台炮孔施钻→周边炮孔施钻、辅助炮眼施钻、掏槽炮孔施钻→断面、掌子面危石第二次清理→安装炸药、雷管→台车退场→起爆。
（２）双台车单洞全断面钻爆开挖施工技术。
①郑万高铁２＃横洞兴山隧道Ⅲ级围岩全断面爆破设计
开挖断面面积超过１４０ｍ²，为控制超欠挖，循环进尺控制在４～４.２ｍ，采用大楔形掏槽光面爆破技术，掏槽夹角最大达到７０°，钻孔深度为５ｍ（第一排掏槽孔），钻孔孔径为４５ｍｍ，设计六排套槽，夹角依次减少；采用非电毫秒导爆管系统，周边眼间距为０.４ｍ，采用Φ３２ｍｍ乳化炸药间隔装药（掏槽孔采用φ３５ｍｍ乳化炸药装药爆破效果相对更好），整个断面设计１９８个炮眼，炸药消耗４０８ｋｇ，单耗达到０.７２ｋｇ／ｍ³。
②郑万高铁２＃横洞兴山隧道Ⅵ级围岩上台阶爆破设计
预留仰拱上台阶开挖断面面积接近１３４ｍ²，围岩较差，为控制超欠挖，循环进尺控制在２～２.２ｍ，采用大楔形掏槽光面爆破技术，如图１所示，掏槽夹角最大控制在７０°，钻孔深度为２.６ｍ（第一排掏槽孔），钻孔孔径４５ｍｍ，设计六排套槽，夹角依次减少；采用非电毫秒导爆管系统，周边眼间距０.４ｍ，采用Φ３２ｍｍ乳化炸药间隔装药，整个断面设计１７５个炮眼，炸药消耗１７２.８ｋｇ，单耗达到０.６５ｋｇ／ｍ³。
③郑万高��２＃横洞兴山隧道上台阶爆破设计
Ｖ级围岩预留仰拱上台阶开挖断面面积接近１３９ｍ²，围岩和自持力较差，为控制超欠挖，循环进尺控制在１～１.２ｍ，采用楔形掏槽光面爆破技术，掏槽夹角最大控制在７０°，钻孔深度为１.８ｍ（第一排掏槽孔），钻孔孔径为４５ｍｍ，设计五排掏槽，夹角依次减少；采用非电毫秒导爆管系统，周边眼间距为０.４ｍ（局部０.３ｍ），采用Φ３２ｍｍ乳化炸药间隔装药（局部只打炮眼，不装药，炮眼起分割岩体作用），整个断面设计１６５个炮眼，炸药消耗７９.２ｋｇ，单耗达到０.５６ｋｇ／ｍ³。
４ 大断面双台车施钻技术要点
（１）施钻人员进入掌子面后，先观察掌子面开挖成型，上循环爆破效果，再辨别围岩状况，分析施钻区域特点。
（２）施钻时做到控制好“３个压力”和１个速度，即施钻时钻机推进压力，冲击压力，旋转压力以及钻机钻进速度。
（３）周边眼钻孔要做到“准、直、平、齐”，即钻孔位置准，炮孔垂直工作面，彼此平行，孔底落在同一横断面上。
（４）施钻过程做到与“基线对照”和２个控制点，即开钻前测量在掌子面拱顶画的一条平行于中心线的基准线，２个控制点为推进梁前端点和后尾端点。施钻过程要始终控制好推进梁两个端点，保持推进梁与基线平行。
（５）硬岩施钻掏槽时，重点注意进尺掏槽炮孔的定位、炮眼深度、炮眼角度；软弱围岩施钻时，重点注意进尺掏槽炮眼的深度。
５ 凿岩台车大断面隧道超欠挖控制的主要措施
（１）微台阶“爬坡状”开挖方法，大型机械化配套施工在遇到软弱围岩段开挖时，大机效率低下，有时施工进度甚至无法媲美人工钻爆法开挖施工，业内反对声音较大。郑万高铁９标隧道大型机械化配套施工，通过现场施工总结，摸索出了一套新的凿岩台车钻爆法开挖施工方法——“微台阶爬坡状开挖”，即在掌子面凿岩台车钻爆法开挖时，把掌子面开挖成爬坡形状，使掌子面从顶部到下部进尺深度不一样，顶部超前下部，从上到下超前深度逐步减少。正中心部分预留核心土，加强掌子面围岩结构强度，以控制掌子面围岩变形造成的失稳、塌方和围岩松动容易引起的超挖现象。
（２）大型机械化配套施工过程中，围岩较好时，三臂凿岩台车全段面（含仰拱）钻爆法开挖施工，但目前市场上所有凿岩台车无法满足高铁隧道高度施工需求，需对施工现场进行修整控制，掌子面退后７ｍ位置，垫１.５ｍ厚石碴，凿岩台车停在石碴上时可以一次性全段面带仰拱开挖施工，凿岩台车可以满足高铁隧道施工高度需要，施钻过程中操作手视线开阔，凿岩台车摆臂方便，定位准确，容易控制外插角，控制超欠挖。
（３）拱架穿孔施钻控制超欠挖方法，在围岩较软，Ⅳ、Ⅴ级时，拱架一般离掌子面较近，有时是贴近掌子面立拱，给凿岩台车施钻，特别是控制超欠挖带来很大难度，此时如果在贴近掌子面的那品拱架上设置穿孔，间距４０ｃｍ，环形分部，施钻时钻头从拱架上设计的穿孔中穿过施钻，可降低施钻时的外插角角度，提升超欠挖控制精度。
（４）双排眼施钻控制超欠挖方法，在围岩较硬时，例如围岩Ⅳ级加强段立花拱架时，拱架离掌子面距离可以适当放大到１００ｃｍ左右，但此时凿岩台车推进梁伸过拱架开孔时还是会因拱架原因造成钻孔外插角过大，无法精准控制超欠挖，此时一般使用双排眼施钻，一排深孔外插角角度较少，炮孔开眼点在开挖轮廓线内，深度为开挖设计深度；另外设计施钻一排浅孔，外插角角度较大，深度较少，炮孔开眼点在开挖轮廓线上，一般为消除第一排孔深孔开眼段的欠挖。
（５）控制周边眼装药办法，施工过程中严格按照技术交底进行施工作业。Ⅲ级围岩周边眼间距４０ｃｍ，孔孔间隔装药，单孔药量不超过３节；Ⅵ级围岩周边眼间距４０ｃｍ，隔孔间隔装药，单孔药量不超过１.５节；Ⅴ级围岩周边眼间距３０ｃｍ，多打眼少装药，多打眼作用是分割岩体，加上少量炸药微爆，可将周边眼围岩爆破出来，对围岩扰动较少；在围岩变形集中区域可以只打眼不装药，只需靠炮眼分割岩体（特殊地段炮眼间距可控制在２０ｃｍ），待掏槽眼和辅助眼爆破后，在地壳应力挤压下，这部分周边眼围岩就可分裂掉下。
６ 结语
郑万高铁９标大型机械化配套施工经验证明，大断面隧道施工采取大型机械化配套施工是完全可行的，也是社会发展的必然趋势，证明了三臂凿岩台车是完全可行适应软硬各类围岩的钻爆法开挖施工，关键是是否有对应可行的施工工法。