為了研究三臂鑿巖臺車楔形及直眼掏槽爆破技術(shù)在小斷面隧道開挖施工中的應(yīng)用，本文以巴玉隧道為依托，分別對兩種施工方法所使用的臺車性能參數(shù)、爆破方案的選擇、炮孔的布置位置以及材料使用等方面進(jìn)行了對比分析，研究表明直眼掏槽施工法無論在節(jié)約工程成本還是縮短施工工期方面都是最佳的方案，采用直眼掏槽開挖技術(shù)更能發(fā)揮三臂鑿巖臺車的優(yōu)勢。

０　引言

長期以來，巖石隧道施工中最主要采用手工鉆爆法和ＴＢＭ法進(jìn)行破巖，這種爆破方法炮眼深度一般在１.６～２.０ｍ，循環(huán)進(jìn)尺為１.２～１.７ｍ，炮眼利用率一般為７５％～８５％，最低為６０％左右。在我國鉆爆法比較盛行，鉆爆法的核心工序之一就是鉆孔爆破，一些礦山采用鑿巖臺車或液壓鑿巖機(jī)鉆孔等，以提高掘進(jìn)效率，但炮孔深度均在２.０～３.０ｍ之間。目前我國最常使用的鉆孔機(jī)具為氣動鑿巖機(jī)配合自制開挖臺架以及多臂鑿巖臺車。而人工鉆孔爆破法施工成本較低，但是工人作業(yè)勞動強(qiáng)度較大、作業(yè)環(huán)境惡劣、并且施工效率低下；多臂鑿巖臺車鉆爆法具有速度快、自動化水平高、施工質(zhì)量高、操作安全、隧道開挖作業(yè)工作環(huán)境好，但是造價較高，從降低人工開挖勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)環(huán)境以及充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備優(yōu)勢上來說，機(jī)械作業(yè)是今后隧道施工的主要發(fā)展方向，而多臂鑿巖臺車鉆爆法具備這些優(yōu)點，而在實際工程中也得到了更加廣泛的推廣和應(yīng)用。

針對這種現(xiàn)狀，本文對某隧道工程施工中，采用的三臂鑿巖臺車楔形掏槽與直眼掏槽鉆爆法施工技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，同時以本工程為依托，比較了楔形掏槽與直眼掏槽鉆爆法所使用的臺車性能參數(shù)、爆破方案的選擇、炮孔的布置位置以及材料使用等方面。

１　工程概況

巴玉隧道為拉林鐵路控制性工程，總體沿東西走向，隧址位于藏南谷地桑日至加查下游段，進(jìn)口軌面標(biāo)高為３４６４.０８１ｍ，位于山南地區(qū)桑日縣干登，出口軌面標(biāo)高為３３４４.１０９ｍ，位于山南地區(qū)加查縣藏木。隧址地面標(biāo)高３２６０～５５００ｍ，高差達(dá)２３００ｍ，為典型的高山峽谷地貌。隧道工程地質(zhì)巖性揭示為巖漿巖，屬塊狀全晶質(zhì)花崗巖，整體性較好，巖石極軸抗壓強(qiáng)度普遍在１９２ＭＰａ以上，屬Ⅱ級圍巖；不良地質(zhì)有巖爆、高地應(yīng)力、地?zé)岬?，其中高地?yīng)力對爆破影響最大，通常爆破格外困難，炸藥單耗要比正常情況下高的多，這也是深埋花崗巖的固有特性。

隧道最大埋深約２０８０ｍ，進(jìn)出口均無公路相通，交通困難。隧道以越嶺走行于雅魯藏布江南岸，起訖里程ＤＫ１９０＋３８８～ＤＫ２０３＋４６１，全長１３０７３ｍ，為單洞單線隧道，隧道設(shè)進(jìn)、出口２個平導(dǎo)，進(jìn)口平導(dǎo)長度４０５８.８２７ｍ，出口平導(dǎo)長度４０７３米。進(jìn)出口平導(dǎo)采用ＸＬ３Ｄ三臂鑿巖臺車進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)。平導(dǎo)設(shè)計開挖斷面為圓拱直墻型形，高為６.３３ｍ，寬７.５ｍ，具體尺寸如圖１。

▲圖1 平導(dǎo)設(shè)計斷面圖

２　三臂鑿巖臺車楔形掏槽鉆爆法

２．１?。兀蹋常娜坭弾r臺車簡介

Ｂｏｏｍｅｒ?。兀蹋常娜坭弾r臺車整車由底盤、鉆臂、推進(jìn)梁、鑿巖機(jī)、服務(wù)平臺、液壓控制系統(tǒng)、空壓機(jī)以及水泵組成，可以進(jìn)行鉆爆空、錨桿孔、注漿孔、管棚施工、裝藥、安裝錨桿、灌漿以及安裝風(fēng)水管等高空作業(yè)。具有安全、高效、符合人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計特點，采用先導(dǎo)控制液壓系統(tǒng)，減少了控制平臺四周的高壓膠管數(shù)量，對操作者更安全，并且噪聲更??；采用新型人機(jī)工程學(xué)控制面板，控制系統(tǒng)的液壓部件集中在一起，易檢修、維護(hù)；符合ＦＯＰＳ（防落物沖擊）標(biāo)準(zhǔn)的防護(hù)頂棚，可以升高１.１ｍ來增加更好的視野；為了增加效率和準(zhǔn)確度，Ｂｏｏｍｅｒ?。兀蹋常呐鋫淞送七M(jìn)梁角度測量系統(tǒng)（ＦＡＭ３），這個系統(tǒng)有助于操作者精確鉆孔，減少超挖或是欠挖，增加一次進(jìn)尺量，其具體的性能參數(shù)如表１所示。

表1 臺車性能參數(shù)表

Ｂｏｏｍｅｒ?。兀蹋常拇蟊坶L度７.１米，配備鉆桿長度５.２５米，更加適用于大斷面開挖。ＸＬ３Ｄ三臂鑿巖臺車見圖２。

▲圖2 XL3D 三臂鑿巖臺車

２．２　測量準(zhǔn)備工作

為了保證施工的進(jìn)度，改變了常規(guī)的施工測量方法，采用全站儀測量以及激光導(dǎo)向儀相結(jié)合的方法來進(jìn)行控制開挖。洞頂位置安裝了一臺激光指向儀，調(diào)整激光束與隧道軸線方向保持一致。臺車定位以后，測量人員采用全站儀進(jìn)行周邊炮眼的放樣。同時臺車施鉆人員根據(jù)激光投射與掌子面上的點束位置，先施鉆掏槽眼以及輔助眼。通過這種方法測量放樣就不再占有工序循環(huán)時間。每循環(huán)可以節(jié)約３０～４５ｍｉｎ測量放樣時間。

２．３　楔形掏槽爆破設(shè)計

為了保證爆破工作安全有序進(jìn)行，不同的爆破部位根據(jù)實際情況選取不同的爆破參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)，對不同位置的炮孔的爆破參數(shù)根據(jù)其爆破破碎標(biāo)準(zhǔn)試爆后進(jìn)行調(diào)整。通過人力和機(jī)械相結(jié)合的方法清理爆破現(xiàn)場，爆破具體的施工工序為：施工設(shè)備以及材料的準(zhǔn)備→現(xiàn)場爆破→清理爆破現(xiàn)場。

２．３．１　炮孔布置

考慮到施工工期緊、安全風(fēng)險高等特點，為減少作業(yè)面人員數(shù)量，規(guī)避開挖階段安全風(fēng)險，進(jìn)出口平導(dǎo)全部采用ＸＬ３Ｄ三臂鑿巖臺車進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，采用了楔形掏槽，并在實際施工中不斷對周邊眼的間距，裝藥量以及掏槽眼的角度進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，楔形掏槽鉆孔爆破設(shè)計炮孔布置如圖３所示。

▲圖3 楔形掏槽炮孔布置圖

每個炮孔按照不同段位安裝非電毫秒雷管，分區(qū)并聯(lián)后與１段毫秒雷管連接，最后由電雷管引爆。

２．３．２　爆破參數(shù)的確定

根據(jù)前述的爆破理論、相關(guān)參數(shù)以及相關(guān)隧道工程鉆孔爆破技術(shù)的經(jīng)驗，對本巴玉隧道工程的爆破位置以及所使用的藥量進(jìn)行了統(tǒng)計分析，具體的結(jié)果見表２。

表2 三臂臺車楔形掏槽施工炮眼藥量分配表

根據(jù)表２可以看出，采用三臂臺車楔形掏槽施工鉆孔數(shù)量總計約１３３個，正常情況循環(huán)進(jìn)尺約３.４米，炮眼利用率９０％，開挖總方量約１４８.６９方，使用炸藥總量３５８.２５ｋｇ，炸藥單耗約２.４１ｋｇ。

２．４　臺車強(qiáng)制保養(yǎng)制度

為了保證臺車的使用率，必須要加強(qiáng)臺車的日常管理和保養(yǎng)，臺車保養(yǎng)實行“１＋１”的臺車保養(yǎng)模式，即開挖放炮為一個保養(yǎng)循環(huán)，實行定機(jī)、定人、定臂等保養(yǎng)管理模式，從而保證臺車充分發(fā)揮其機(jī)械性能，減少故障率，最終保證施工進(jìn)度。其中保養(yǎng)的主要內(nèi)容是：檢查、清潔、緊固、調(diào)整、潤滑以及防腐等。

３　三臂鑿巖臺車直眼掏槽鉆爆法

直眼掏槽是由若干個彼此距離很近的，垂直于開挖面的相互平行的炮眼組成。其中一個或幾個不裝藥的炮眼稱為空眼，其作用是給裝藥眼創(chuàng)造臨空面，保證掏槽眼范圍內(nèi)的巖石被破碎。所以直眼掏槽就是利用一些相互平行眼距不大的炮眼內(nèi)炸藥包爆炸的巨大能量，將掏槽區(qū)范圍內(nèi)的巖石破碎，并將其拋出槽外，從而形成一個設(shè)定的槽腔。

這就為后續(xù)爆破的炮眼提供了一個平行于這些炮眼的第二臨空面，然后按順序起爆，直到設(shè)計的斷面周邊輪廓為止。直眼掏槽一般適用于中硬有堅硬巖層，本工程中巴玉隧道平導(dǎo)巖石為花崗巖，又采用鉆孔臺車開挖，更能體現(xiàn)直眼掏槽的優(yōu)勢。

對于直眼掏槽以及楔形掏槽鉆孔爆破法，其使用的三臂鑿巖臺車的性能參數(shù)、測量準(zhǔn)備工作以及臺車保養(yǎng)方式基本上是相同的，區(qū)別在于爆破方案的選擇、炮孔的布置位置以及炮眼所使用的藥量的不同。

３．１　直眼掏槽爆破方案

３．１．１　炮孔布置

根據(jù)巖石的主要特性如強(qiáng)度、脆性、密度等，結(jié)合以往施工爆破經(jīng)驗綜合分析：采用五梅花中空直眼掏槽方案較為合理。炮眼布置形式如圖４所示。

▲圖4 直眼掏槽炮孔布置圖

為降低爆破后產(chǎn)生的灰塵，有效提高工序時間利用率，從孔底向孔口依次按照炸藥→水袋→炮泥進(jìn)行放置。圖中１段外圈４個φ１００炮孔為中空孔，不裝藥，只是起到擴(kuò)大槽腔的作用。

３．１．２　爆破網(wǎng)絡(luò)

周邊眼采用導(dǎo)爆索引爆藥包，由于導(dǎo)爆索具有傳爆方向，在周邊眼孔口沿同一方向并聯(lián)導(dǎo)爆索，理論上周邊眼采用導(dǎo)爆索并聯(lián)后可由１發(fā)毫秒雷管引爆，但是在實際操作過程中，為確保順利引爆，通常周邊眼按５～６個炮孔分區(qū)，分別安裝１發(fā)毫秒雷管，最后并聯(lián)所有毫秒雷管，然后由電雷管引爆。這種方法的優(yōu)點是節(jié)省了毫秒雷管，提高了光爆質(zhì)量。圖５展示了周邊眼導(dǎo)爆索并聯(lián)的施工現(xiàn)場。

▲圖5 周邊眼導(dǎo)爆索并聯(lián)

３．２　爆破參數(shù)的確定

根據(jù)前述的爆破理論、相關(guān)參數(shù)以及相關(guān)隧道工程鉆孔爆破技術(shù)的經(jīng)驗，對直言掏槽鉆爆發(fā)施工所使用的藥量進(jìn)行了統(tǒng)計分析，具體的結(jié)果見表３。

表3 三臂臺車直眼掏槽施工炮眼藥量分配表

利用三臂臺車直眼掏槽施工方法，鉆孔數(shù)量總計約１１７個，正常情況循環(huán)進(jìn)尺約３.７米，炮眼利用率９３％，開挖總方量約１６１.８１方，使用炸藥總量２４８.８ｋｇ，炸藥單耗１.５４ｋｇ。

４　技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

為了進(jìn)一步體現(xiàn)直眼掏槽爆破施工法在掘進(jìn)效果及經(jīng)濟(jì)效益方面的優(yōu)勢，分別對三臂臺車楔形掏槽及直眼掏槽爆破兩種施工方法在炮孔的使用數(shù)量、炸藥單耗等方面進(jìn)行了對比分析，具體指標(biāo)見表４。

表4 三臂臺車直眼掏槽施工炮眼藥量分配表

備注：上表成本項目僅考慮爆破費用（含人工費、火工品費用，不包含出渣等其他費用）。

通過表４的分析結(jié)果可以看出，楔形掏槽技術(shù)與直眼掏槽技術(shù)平均循環(huán)進(jìn)尺幾乎相同，但是后者剩余的工期大大縮短，且消耗的炸藥量及導(dǎo)爆管數(shù)量都在減少，同時施工成本節(jié)約了３１％，可見直眼掏槽工法更能體現(xiàn)三臂鑿巖臺車的開挖優(yōu)勢。

５　結(jié)論

（１）本文以巴玉隧道工程為依托，總結(jié)了三臂鑿巖臺車楔形掏槽與直眼掏槽的施工方法，可以看出兩種施工方法所使用的三臂鑿巖臺車的性能參數(shù)、測量準(zhǔn)備工作以及臺車保養(yǎng)方式基本上是相同的，區(qū)別在于爆破方案的選擇、炮孔位置的布置以及炮眼所使用的藥量的不同。

（２）通過三臂鑿巖臺車楔形掏槽與直眼掏槽比較，可以看住直眼掏槽施工方法可以縮短施工周期，減少施工材料的用量，同時施工成本較楔形掏槽施工方法可節(jié)約３１％，直眼掏槽施工法無論在節(jié)約工程成本還是縮短工期方面都是最佳的方案。

（３）直眼掏槽法炮眼布置并不是一成不變的，還是要堅持“巖變我變”思想，隨時根據(jù)圍巖變化情況調(diào)整爆破參數(shù)，以達(dá)到理想的爆破效果。