中铁十一局集团第四工程有限公司 湖北省武汉市 430074
摘要：本文结合工程实例，主要通过对郑万高铁(湖北段)5标高家坪隧道标准化、机械化的施工过程及施工技术要点进行了探讨，并提出了在特殊地形(喀斯特地貌)环境情况下的隧道开挖施工技术和方法——高铁隧道三臂凿岩台车施工应用技术。
关键词：三臂凿岩台车；高铁隧道；施工技术
引言
对于隧道施工来说，开挖是很常见的一项施工工序，开挖方法也有很多种类，如传统的人工爆破开挖、聚能水压爆破开挖等等，但如果在城市市区、紧邻国家保护的重要建筑物和自然风景保护区等地形条件复杂的情况下进行安全隧道开挖，对于工程技术人员来说，也是经常面临的难题。本文将通过实际施工，给大家提供一种特殊条件下的隧道机械化开挖方法。
一、工程基本概况：
高家坪隧道位于襄阳南漳县李庙镇境内，中心里程为DK451+786，全长5498m。隧道最大埋深320m，设计坡度为23‰，-25‰的人字形坡。本隧道设计为Ⅰ级风险隧道。工程所处地形位属构造剥蚀中低山区、地形波状起伏，地面高程220～700m，相对高差20～480m，自然横坡20°～60°，局部较陡；隧道为越岭隧道，坡上覆土层较薄，基岩部分裸露，地表多被垦为旱地。隧道进出口范围毗邻鱼泉河河岸及国家重点保护林区，林区包括许多珍贵野生动植物，均属国家及地方重点保护。隧道范围溶洞，溶缝，溶隙段可能发生突水、突泥，同时断层破碎带多为地下水富集区，易发生突水、突泥。为提高铁路隧道施工机械化水平，本隧按照《铁路隧道工程施工机械配置技术规程》（Q/CR9226-2015）进行相应的机械化配套。
三臂凿岩台车钻爆作业工艺流程图
二、施工工艺工法特点
2.1设备技术参数
隧道开挖作业采用钻爆法进行施工，设备配置2台铁建重工ZYS113全电脑三臂凿岩台车。铁建重工ZYS113三臂凿岩台车结构尺寸长16.1m×宽2.9m×高3.6m,作业范围为宽16.6m×高11.3m，使用最小高度为5m，总重量49吨，总功率325KW。钻臂推进梁长度7.465m，钻孔直径41～140mm，单根钻孔深度5.34m，最大钻孔深度30m。
2.2工艺流程
三、施工关键技术
3.1试验方案
（1）上中台阶微台阶+下台阶带仰拱二次开挖工法
该工法适用于洞口段及围岩松散破碎、自稳性差地段，施工时上、中台阶同时钻孔同时起爆，下台阶带仰拱同时钻孔爆破开挖，后续跟进。隧道开挖高度为12.86m，上台阶高度5m，中台阶高4.37m，下台阶(含仰拱)高3.49m。单次开挖进尺试验采用0.6m、1.2m。
（2）微台阶(含仰拱)开挖工法
该工法适用于围岩局部破碎、整体较完整，具备一定自稳能力地段，为避免开挖断面过大造成掌子面失稳，施工采用上、下台阶带仰拱一次开挖，上、下台阶同时钻孔、同时爆破。上台阶高6.34m，下台阶(含仰拱)高6.47m，上、下台阶距离为2.5m～3m。单次开挖进尺试验采用1.2m、2.4m。
（3）全断面(含仰拱)开挖工法
该工法适用于掌子面围岩整体性较好，自稳能力较好地段，在对掌子面进行超前预加固确保掌子面稳定后，采用2台全电脑三臂凿岩台车钻孔、装药爆破掘进。根据现场实际情况，结合初期支护监控量测数据、超前地质预报结果，单次开挖进尺试验采用1.6m、2.4m、3.2m、4.8m，保证掌子面围岩稳定，确保施工安全。
3.2三臂凿岩台车机械化施工优势
（1）钻孔速度快、精度高。钻孔前将炮眼布置图导入台车电脑，台车机械臂可根据钻爆设计图自动精确定位，根据各钻臂划分区域同时钻眼；掌子面钻孔速度快(单孔5m孔深，钻孔时间仅为2.5-3min),全断面钻孔时间仅为2-2.5h,较人工钻孔速度大幅提高。
（2）钻孔人员大幅减少、安全风险低。原有人工钻孔施工，掌子面需配置钻孔人员约24人，采用3臂凿岩台车施工，仅需配置4人，大大降低了掌子面作业人数，降低了掌子面作业风险。
（3）超前水平钻施工便捷。三臂凿岩台车具备超前水平钻功能，可施做30m超前水平钻，无需单独配置地质钻机，30m深孔钻孔时间仅为40min，大大提高了施工效率。
（4）地质分析有效指导现场施工。三臂凿岩台车WMD地质分析软件，该软件能够通过采集钻孔的速度、扭矩、压力等参数，对前方围岩进行分析，形成地质云状图，通过地质云状图的颜色区分，判定前方围岩的软硬程度及基本地质情况，结合传统的超前地质预报措施，有效指导现场施工。
（5）软弱围岩大断面机械化施工效率高，初支封闭成环快。软弱围岩地段传统台阶法、三台阶等施工工法，施工速度慢、工序繁多，仰拱初支封闭成环滞后，初支无法及时封闭成环，频繁的工序转换，造成初支变形累加，不能及时稳定，安全风险高；在采用掌子面超前预加固后大断面施工，工序简单、开挖完后初支可快速封闭成环，有效保证了初支结构稳定。
四、施工中存在的问题及解决办法
1、装药速度慢。采用传统人工施工，钻爆台架可实现全断面同时装药，但采用三臂凿岩台车施工，台车仅有2个操作筐，作业面较少，装药速度较慢。为解决此问题，我部加工快速安装作业筐，将快速作业筐安装在钻臂前端，利用2部台车6个作业臂同时进行装药，将原有2个装药作业平台增加至8个，提高施工效率。
WMD地质云图
三臂凿岩台车装药工作平台
2、超挖较大。受台车钻臂推进梁影响，台车施工较人施工超挖较大，前期局部超挖达到50-60cm。通过台车自带3D扫描仪对开挖断面进行扫描，结合掌子面地质云图，对爆破参数进行优化，并根据地质情况进行动态调整，目前平均超挖为10cm，下一步将进一步对钻爆设计进行优化，根据实际施工地质条件调整施工工艺及工装，减小超挖。
五、总结与体会
通过对郑万高铁项目在高家坪隧道机械化施工过程中，分别成功试验三臂凿岩台车上中台阶微台阶+下台阶带仰拱二次开挖、微台阶(带仰拱)及全断面(带仰拱)等三种开挖工法，及自进式长管棚、掌子面玻璃纤维锚杆超前预加固施工工艺。摸索出三臂凿岩台车在隧道不同地质条件下，配套使用的相应开挖工法、及超前预加固措施，总结出各种工法最优开挖台阶高度、长度及进尺参数，为后续机械化施工工艺的推广打下了坚实的基础。三臂凿岩台车机械化施工作业标准、施工工艺在全标段隧道施工中得到进行推广。三臂凿岩台车的施工技术和施工方法无论从经济性，可操作性来讲都是非常有用的，值得我们去使用与完善。
参考文献
[1]《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204-2008）
[2]《高速铁路隧道工程施工技术规程》（Q/CR 9604-2015）
[3]《高速铁路隧道工程施工技术规程》（Q/CR 9604-2015）
[4]《铁路大断面隧道三台阶七步开挖法施工作业指南（试行）》（经规标准［2007］ 119号）
[5]《铁路隧道工程施工机械配置技术规程》（Q/CR9226-2015）
作者简介：
周攀，1987年出生，男，助工，本科，2010年毕业于武汉理工大学土木工程与建筑学院建筑工程专业。
论文作者:周攀
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/25
标签：台车论文; 隧道论文; 钻孔论文; 台阶论文; 作业论文; 围岩论文; 地质论文; 《基层建设》2018年第6期论文;