王閱章 李鳴 宿成智 張立爽 閆少澤

(中交路橋建設(shè)有限公司 北京 101121)

近年來，隨著我國交通運(yùn)輸行業(yè)的飛速發(fā)展，公路、鐵路等重要的基礎(chǔ)設(shè)施被大量修建。發(fā)達(dá)地區(qū)所處的沿海平原地區(qū)修建公路、鐵路較內(nèi)地復(fù)雜山區(qū)環(huán)境容易得多，尤其在我國西南的云、貴、川等地區(qū)，往往呈現(xiàn)地勢險峻、溝壑縱橫的起伏地貌，公路和鐵路在修建過程中需要進(jìn)行架橋、挖隧道等，這在一定程度上增加了工程施工的難度。隨著現(xiàn)代科技發(fā)展，先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備不斷運(yùn)用到工程建設(shè)中，這為項(xiàng)目施工帶來了便利。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國已成為世界上隧道建設(shè)較多的國家之一，根據(jù)地勢環(huán)境的不同，往往需要修建長且大的隧道，而隧道掘進(jìn)通常使用全斷面開挖，同時，采用全智能化的電腦隧道多臂鑿巖臺車進(jìn)行機(jī)械化開挖是隧道鉆爆法施工中最先進(jìn)方式，它不僅能夠提高施工效率，還能提高施工的安全，對施工環(huán)境也有較好的改善。因此，本文以重慶城口（陜渝界）至開州高速公路B1標(biāo)雞鳴特長隧道為依托，對多臂臺車在特長隧道施工中的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析，其研究對雞鳴山特長隧道工程的順利推進(jìn)具有重要意義。

1 工程概況

圖1 施工工藝

雞鳴隧道進(jìn)口位于重慶市城口縣蓼子鄉(xiāng)梨坪村松林坡南面斜坡，出口位于重慶市城口縣雞鳴鄉(xiāng)雙岔河附近。該隧道為雙向四車道高速公路隧道。Ⅲ級圍巖占隧道總長的17.51%，Ⅳ級圍巖占隧道總長的72.40%，Ⅴ級圍巖占隧道總長的10.09%。隧址區(qū)屬高中山構(gòu)造溶蝕，侵蝕地貌，以構(gòu)造作用為主，具有強(qiáng)烈的剝蝕、溶蝕切割作用和部分冰川刨蝕作用，區(qū)域上按構(gòu)造形式分類為褶皺斷塊山。隧道穿越的主要地質(zhì)構(gòu)造有：興隆坡-黃家?guī)r背斜、棒棒梁-貓耳背復(fù)向斜、瓦廠坡-大院子背斜、鄭家溝向斜、團(tuán)城-雙河背斜、學(xué)堂咀-王家灣向斜。穿越的斷裂構(gòu)造為簸箕凼-大埡口斷層。隧址區(qū)分布地層主要為寒武系、奧陶系、志留系、二疊系、三疊系地層及第四系殘坡積，碳酸鹽巖及占隧道總長度約55%。

2 雞鳴特長隧道開挖控制難點(diǎn)

（1）地勢復(fù)雜，存在較多不良地質(zhì)現(xiàn)象。通過前期地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)，雞鳴隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部含有溶洞、瓦斯等，且部分溶洞屬于隱伏溶洞，很難被預(yù)測和發(fā)現(xiàn)，施工過程中可能發(fā)生隧道涌水，需要在施工過程中做好排水措施。其次隧道瓦斯也及有可能溢出，瓦斯泄露遇見明火容易引起爆炸，嚴(yán)重的會造成人員傷亡和隧道垮塌，要做好監(jiān)測與隧道通風(fēng)。

（2）隧道圍巖主要為Ⅳ級、Ⅴ級，其質(zhì)量較差，掌子面開挖時圍巖穩(wěn)定性較差，當(dāng)掌子面擠出的位移超過一定限額時極有可能發(fā)生圍巖失穩(wěn)，出現(xiàn)巖體崩塌，隧道垮塌等現(xiàn)象，對施工設(shè)備和人員安全都會造成較大影響。需要對隧道進(jìn)行邊開挖邊支護(hù)，并做好位移監(jiān)測。

（3）由于雞鳴隧道屬于特長隧道，其施工工期較長，需要控制好隧道內(nèi)的通風(fēng)。隧道內(nèi)形成的是雙向四車道，開挖斷面大，常規(guī)的施工方法在一定程度上很難滿足大型機(jī)械施工的需要，因此需要創(chuàng)新施工工藝，優(yōu)化施工設(shè)備。

3 三臂鑿巖臺車特點(diǎn)

3.1 基本信息

雞鳴特長隧道開挖使用全智能 ZYS113 三臂鑿巖臺車，外觀尺寸較大，屬于大型隧道施工機(jī)械。其主要參數(shù)為：長17.8m，寬2.9m，高3.6～5.2m，工作斷面達(dá)到11.6×16.3m2，其轉(zhuǎn)彎半徑為13.2m，總體質(zhì)量為50t。包含底盤、鉆臂、吊籃、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、水系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、推進(jìn)器、鑿巖機(jī)等。

3.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）為了滿足隧道施工環(huán)保要求，確保隧道開挖過程中隧道內(nèi)空氣狀態(tài)良好，電腦三臂鑿巖臺車鑿巖動力為高壓電。施工時要求變壓器距離掌子面不能超過500m，一臺三臂鑿巖臺車施工要求變壓器應(yīng)為500kVA以上，兩臺三臂鑿巖臺車同時施工要求變壓器應(yīng)為800kVA以上。

（2）全電腦鑿巖臺車要求高壓水壓力為4～10 bar，流量300L/min。根據(jù)現(xiàn)場水源情況以及隧道坡度情況（正洞、平導(dǎo)及橫洞施工坡度較小，斜井坡度較大且一般為下坡），現(xiàn)場高壓用水一般要分為高處蓄水池供水和洞口蓄水池供水兩種情況。

（3）電腦鑿巖臺車鉆孔采用水鉆，鉆孔過程中會有水流出，因此在上坡隧道施工時應(yīng)挖好排水溝，把污水排至洞外。在下坡隧道施工時，現(xiàn)場應(yīng)做好集水坑，用水泵把污水抽至洞外排放。

（4）現(xiàn)場提前在掌子面附近安排鑿巖臺車會車道，掌子面開挖前提前把鑿巖臺車開到掌子面附近準(zhǔn)備，減少鑿巖臺車準(zhǔn)備時間。

（5）在以往的工程中，常采用人工手持鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔，三臂臺車鉆孔與人工鉆孔相比有明顯的不同特點(diǎn)和優(yōu)勢。人工鉆孔不能精確控制，其產(chǎn)生的爆破效果遠(yuǎn)不如臺車開挖形成的爆破，而臺車開挖能夠大大降低開挖后噴射混凝土的量，且能實(shí)現(xiàn)開挖爆破過程中的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全和高效。

4 特長隧道中臺車施工措施及要點(diǎn)控制

4.1 施工要點(diǎn)控制

（1）根據(jù)臺車施工技術(shù)要點(diǎn)，其施工工藝如圖1所示。

（2）爆孔設(shè)置。爆孔需要根據(jù)鑿巖臺車臂架擺動角度、隧道的凈空、現(xiàn)場圍巖情況以及現(xiàn)場毫秒雷管的段位等綜合考慮。由于隧道爆破施工需要在圍巖擾動后進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，因此，隧道爆破屬于動態(tài)管理。同時為了減小爆破對圍巖及周邊其他環(huán)境的擾動，要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件合理選擇爆孔距，將輔助爆孔與其交替均勻布置。實(shí)施爆破后，相關(guān)人員應(yīng)及時到現(xiàn)場查看爆破效果，若爆破效果不佳應(yīng)及時分析原因，不斷的對爆破設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，優(yōu)化出爆孔最少但是爆破效果最佳的爆破設(shè)計。

（3）裝藥控制。爆孔裝藥時要嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范實(shí)施，不能由施工人員憑經(jīng)驗(yàn)自行裝藥。一般而言，在隧道開挖中遇Ⅲ級圍巖周邊眼間距為40cm，應(yīng)采取隔孔間隔裝藥，且單孔的裝藥含量不能超過3節(jié)。如果遇到Ⅵ級圍巖周邊眼間距40cm，單孔藥量不超過1.5節(jié)。當(dāng)設(shè)置V級圍巖周邊眼間距 30cm時，這類圍巖較軟弱，應(yīng)采取多打眼來使巖體進(jìn)行分割，形成破碎結(jié)構(gòu)面，同時爆孔中應(yīng)少裝藥，利用炸藥的微爆作用可減小對周邊圍巖的擾動，這在一定程度上可保持圍巖的穩(wěn)定性。在爆破中若遇到圍巖變形較為集中，含大量軟弱圍巖，則可以多的進(jìn)行鉆孔，不進(jìn)行裝藥爆破，充分利用爆孔切割巖體，在其他爆孔爆破后依靠應(yīng)力擠壓使圍巖分裂，這樣也能較好的保護(hù)圍巖。

（4）鑿巖臺車鉆孔施工時要控制好鉆機(jī)推進(jìn)壓力、沖擊壓力、旋轉(zhuǎn)壓力、鉆機(jī)鉆進(jìn)速度等幾個關(guān)鍵因素。同時，施工前要把隧道設(shè)計中心線（或者隧道標(biāo)準(zhǔn)線）平曲線的幾個控制點(diǎn)對應(yīng)的設(shè)計坐標(biāo)以及豎曲線的相關(guān)參數(shù)導(dǎo)入電腦三臂鑿巖臺車，確定隧道線路走向和坡度。

（5）現(xiàn)場定位坐標(biāo)點(diǎn)埋設(shè)。電腦鑿巖臺車定位原理類似于測量的后方交匯法，因此現(xiàn)場在鑿巖臺車施工前需要在掌子面后方已經(jīng)完成初期支護(hù)的邊墻上埋設(shè)三個坐標(biāo)點(diǎn)，坐標(biāo)點(diǎn)埋設(shè)高度以方便人工操作及通視空間良好為準(zhǔn)，坐標(biāo)點(diǎn)埋設(shè)距離以10～15m為佳，現(xiàn)場可根據(jù)實(shí)際情況做輕微調(diào)整。坐標(biāo)點(diǎn)埋設(shè)有鑿巖臺車專用基座，人工手持電鉆鉆對應(yīng)基座大小的孔，人后把基座埋入到鉆好的孔內(nèi)，確保埋入的基座穩(wěn)定即可?；袢牒煤蟾鶕?jù)專用的鑿巖臺車標(biāo)靶進(jìn)行測量坐標(biāo)。此步驟應(yīng)注意三點(diǎn)：第一點(diǎn)是坐標(biāo)點(diǎn)基座必須埋設(shè)穩(wěn)定牢固，不能輕易的造成坐標(biāo)點(diǎn)移動或者損壞；第二點(diǎn)是提供的定位坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)必須和前面導(dǎo)入電腦鑿巖臺車中心線的坐標(biāo)在一個坐標(biāo)系統(tǒng)以內(nèi)（隧道坐標(biāo)一般有一個設(shè)計坐標(biāo)，現(xiàn)場測量為了測量方便會建立一個施工小坐標(biāo)），若兩個坐標(biāo)不在一個坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)，電腦鑿巖臺車無法定位；第三點(diǎn)是隨著掌子面的跟進(jìn)應(yīng)及時跟進(jìn)坐標(biāo)點(diǎn)，坐標(biāo)點(diǎn)基座可以鑿出重復(fù)利用。

4.2 安全要點(diǎn)控制

（1）鑿巖臺車屬于大型隧道施工設(shè)備，停放位置的地基基礎(chǔ)應(yīng)穩(wěn)定，禁止把鑿巖臺車停放在邊坡失穩(wěn)或者有失穩(wěn)征兆的地面附近，并且停放臺車的場地最好采用混凝土硬化。停車場地周圍排水應(yīng)通暢，防止地基被水浸泡后下沉，有條件的工地最好搭設(shè)專用的鑿巖臺車停車棚，滿足標(biāo)準(zhǔn)化施工要求并且方便鑿巖臺車日常維護(hù)。

（2）鑿巖臺車停放后必須把支腿升好，確保鑿巖臺車平衡。如果現(xiàn)場場地受限必須停在未硬化的地面上時，支腿下應(yīng)墊枕木或者鋼板。

（3）在鑿巖臺車行使之前，操作人員應(yīng)提前查勘道路的寬度、道路路面情況、道路邊坡穩(wěn)定情況、需要穿越建（構(gòu)）筑的凈空、轉(zhuǎn)彎半徑等是否滿足電腦鑿巖臺車行駛要求，如果道路路況存在安全隱患應(yīng)禁止通行。

（4）鑿巖臺車鉆孔過程中嚴(yán)禁閑雜人員在鑿巖臺車臂架下行走，堵底板炮孔的人員應(yīng)在鉆孔完成且臂架停止工作后進(jìn)行堵孔。若需要在掌子面緊急維修時，應(yīng)停止臂架作業(yè)并且把出現(xiàn)故障的臂架移動到與另外兩個臂架不干擾的位置，方可進(jìn)行維修作業(yè)，并應(yīng)盡量減少堵孔人員和維修人員的數(shù)量。

5 結(jié)語

隨著隧道建設(shè)工程的增多及難度增加，鑿巖臺車越來越多運(yùn)用到隧道開挖施工中，能較好的滿足工程所需，可有效提高施工效率，能將環(huán)保、效率、安全等重要因素有機(jī)結(jié)合。本文以重慶雞鳴特長隧道為依托，分析了三臂臺車在特長隧道中的施工控制要點(diǎn)及安全注意事項(xiàng)，其結(jié)論可指導(dǎo)雞鳴隧道施工，對類似工程也有較好的指導(dǎo)作用。