复杂地质条件下液压凿岩台车快速掘进技术

复杂地质条件下液压凿岩台车快速掘进技术摘要:以长洪岭隧道为例，介绍了复杂地质条件下液压凿岩快速掘进技术，并对一些体会和经验进行了总结，以供同类工程借鉴。关键词:复杂地质液压凿岩台车快速掘进1、工程概况长洪岭隧道起止里程为DK170+300～DK83+594，位于重庆市丰都县龙河镇柏木园村，交通条件较好。区内植被发育，进口段地形陡峻。斜坡地带多为农田，民房较多，隧道全长13294m，设计为双线单洞隧道，围岩以Ⅲ级为主，洞口浅埋段为Ⅳ级、Ⅴ级围岩。长洪岭隧道是渝利铁路第二长隧道，同时也是全线控制性工程之一。2、岩层特性长洪岭隧道穿越地层主要为泥岩夹砂岩、砂岩，构造较简单，地层单斜，隧道临近石柱向斜核部，岩层倾角较小，走向变化较大，节理发育，岩体破碎，岩质较软。隧道开挖断面是典型的缓倾层状，多层薄厚不均的滑层叠加，隧道开挖后遇裂隙水渗出，泥岩遇水软化，夹层间结合较差，拱部开挖后易发生大面积剥落、掉块、以致坍塌。3、钻孔设备选择及性能分析目前国内山岭隧道掘进施工主要有两种施工方法，一是传统的人工手持风钻的钻孔，二是采用从国外引进的液压凿岩台车钻孔。针对本隧地质差、工期紧、安全、环保要求高等诸多因素，传统的人工开挖不能满足施工需求，长洪岭隧道进口采用两台液压凿岩台车进行全断面开挖。液压凿岩台车做为一种新型的隧道凿岩机械，与人工掘进相比，具有三大优点：①、单循环进度快凿岩台车在本隧地质条件允许的范围内钻孔进尺最大可达5.3m，对提高开挖进度提供了先进的性能支撑。相比人工钻孔循环进尺3.0～3.5、，采用台车钻孔每循环最大进尺可达4.5～5.0m，大大提高了施工进度。②、安全性能高采用凿岩台车开挖，设备操作人员在固定的操作平台上操作机械，距隧道掌子面约13m的安全距离，视线开阔，易于观察围岩的变化情况，加之操作平台上设有安全顶棚，从硬件和机械的设计上增大了操作员工安全系数。③、开挖成型好凿岩台车电—液控制系统采用PLC可编辑逻辑控制，电信号通过电液比例阀控制终端执行机构，由此可以使各个钻进参数达到最佳，从而达到快速高效精确的控制。通过长洪岭隧道进口液压凿岩台车钻爆效果看，光爆效果明显优于人工手持风钻的操作模式，隧道残眼保存率基本在90%以上，隧道的开挖成型得到保证。4、施工工艺4.1隧道开挖工艺流程超前探孔→测量放线→台车钻孔→装药爆破。4.1.1超前探孔超前地质钻探作为超前地质预报手段中最直接、最直观、最有效的一种预报方法,在长大隧道施工中起着重要的作用。本隧采用在拱顶部位、拱腰两侧各取一点作为超前探孔施作点，探孔深度均为5.0m。超前探孔的施作，可以超前准确预报出掌子面前方围岩情况及各种地质灾害，为施工安全提供了有力的保障。4.1.2测量放线凿岩台车配备有一个多功能升降吊篮，钻孔前测量人员站在吊篮内进行周边眼的放样，既提高了测量速度，测量人员人身安全也得到了保证，测量仪器采用莱卡TCR802全站仪，并配有断面测量程序，可以实现隧道掘进断面的快速放样。在Ⅲ级围岩开挖中，测量时间一般在8-10分钟之内。4.1.3台车钻孔①、钻孔深度选择台车钻孔根据隧道内的围岩情况来确定钻孔深度，本隧穿越岩层为泥岩与砂岩互层，缓倾岩层发育较明显。经过反复试验和比较，确定钻孔深度一般为3.0～3.5m，掏槽眼为3.5～3.8m。考虑掌子面凹凸不平处与要求的眼深的差距，钻眼深度要根据掌子面的平整度适当调整，尽量使眼底在同一个垂直面上。②、掏槽方式选择由于本隧道设计跨度大、净空高，采用全断面一次爆破开挖，没有大的掏槽自由面是很难实现的，施工人员经过多次掏槽试验，最后确定采用复式楔形斜眼掏槽。第一级掏槽角控制在45°～55°，不宜过大或过小。通常情况下，掏槽眼上下排间距取50～90cm，硬岩取小值，中硬岩取中值，软岩取大值。同一隧道横断面上，一对掏槽眼眼底距离通常取20～30cm。③、钻眼精度控制a、钻眼要尽量避开在一些较大的裂隙、夹层处开眼，需根据现场围岩情况适当调整爆破设计要求的钻眼位置，并依据岩层的发育特点，选择合适的钻进位置。首先用低冲击低推进慢慢钻进10～15cm，直至钻出的浅眼易于钻进，易于控制钻进方向为止。钻眼时，应密切关注钻进方向的变化，发现有较大变化，如发生严重坍孔或卡钻时，就要停钻，废弃该眼，在别处重新钻眼。b、掏槽眼角度控制：在室内依爆破设计算好钻每个炮眼时台车推进梁尾部与隧道中线的距离，在现场由测量人员在隧道底板测出隧道中线的位置，由红油漆标示出来，然后在标出的隧道中线左右两侧用皮尺量出算好的钻每个炮眼时台车推进梁尾部离隧道中线的距离，用炮棍在该处沿平行隧道轴线方向标示出来，以作为控制掏槽眼钻眼角度的参照。c、周边眼控制长洪岭隧道进口洞身全断面开挖断面周长为29.5m，，周边眼间距为50cm，全断面周边眼总数为59～60个。钻孔前，根据掌子面围岩情况及开孔处的凹凸不平程度，确定每一个炮孔的钻孔深度，同时控制好推进梁尾部与周边岩壁的距离，调整好外插角，外插角控制在3°左右。在符合爆破设计要求、保证炮孔间距基本均匀的前提下，选择易掌握钻进方向的位置开孔。推进梁尾部与周边岩壁的距离对于控制隧道周边超欠挖起着至关重要的作用。凿岩台车在制造上有个特点，即调整台车推进梁与隧道轴线平行后，只移动台车大臂，不调整推进梁，推进梁仍保持与隧道轴线平行。钻孔前，司钻人员必须参照花杆或标示出的隧道轴线调整推进梁，使其与隧道轴线平行，然后移动台车大臂(切不可调整推进梁)，接近周边时，观察推进梁尾部与岩壁的距离，直至将定顶盘顶在开挖轮廓线上开孔的位置。④、钻眼质量要求司钻人员必须严格按照炮眼的设计位置、深度、角度和孔径，分工定点、定位、定机进行，多台钻机同时作业。钻眼时，要做到准（位置）、平（平行）、直（方向）、齐（孔底）。应注意防止炮眼交叉打穿，炮眼总数不小于爆破设计炮眼总数的90%，掏槽眼眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm；辅助眼深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不得大于10cm；周边眼位置在设计开挖轮廓线上，允许沿轮廓适当调整，间距均匀，眼口位置误差不得大于5cm，眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm；当开挖面凹凸不平，相差较大时，应按实际情况，适当调整炮眼深度，力求所有炮眼（除掏槽眼和底板眼外）在同一个垂直面上。如果出现较大的偏差，应废弃该炮眼重钻，切实保证钻眼质量。⑤、效果检验最初，由于地质条件差和司钻工人操作不熟练，断面平均超挖在30～40cm，超挖很大。经过对司钻人员经过司钻技术培训和现场考核，激发了司钻人员钻研司钻技术的积极性，司钻水平提高很快，控制隧道超欠挖意识加强，施工操作规范，司钻人员之间配合默契，隧道开挖断面成型越来越平顺、圆滑，炮眼间距越来越均匀，从外观上达到了规范要求。最大线性超挖降低到15cm以内，平均超欠挖值控制在5cm以内。4.1.3装药爆破根据本隧围岩情况及装碴的合理块度要求，Ⅲ级围岩炮眼及掏槽眼布置图如下：图1、全断面开挖炮眼布置图4、人员配置表1、液压台车开挖作业人员表工种司钻工爆破工保养及维修工人员12人4人4人5、机械强制保养技术要对凿岩台车进行“班保养”、“周保养”、“月保养”、“强制保养（即按照厂家提供的维修保养规程的要求，按规定时间进行强制性集中维修保养）”，以保证台车充分发挥其机械性能，减少故障率，才能保证施工进度。保养内容主要是：清洁、紧固、调整、润滑、防腐亦称“十字作业法”。6、结束语长洪岭隧道进口自2010年3月份开工以来，目前已完成隧道洞身开挖1800多米，最高月掘进速度达240米，达到了以先进机械促生产、以生产促效益的良好效果。7、经验及体会凿岩台车以其掘进速度快、施工安全系数高、综合性强等诸多优点，在复杂地质条件下取代传统的人工开挖已成为一个必然趋势。但是凿岩台车相比人工也存在成本高、对管理人员水平要求高、功能间相互制约性较强，当故障不能完全排除和配套服务跟不上时，台车不能正常使用等缺点，要想使之更快的得到推广和应用，还需要我们不断探索和实践。参考文献：[1]《铁路隧道工程施工质量验收标准》.北京.中国铁道出版社,2004[2]王海亮.《铁路工程爆破》.北京.中国铁道出版社，2003:96-98[3]王智明、马保松等.《钻孔与非开挖机械》化学工业出版社,2006:267-272[4]王明年、张建华.《工程措施对控制隧道围岩变形的力学效果研究》[J].岩土工程学报，1998：27-30[5]马宏伟《液压凿岩台车开挖隧道控制超欠挖施工技术》[J].隧道建设2009（29）254-255[6]段宝福《武广专线大瑶山隧道光面爆破施工技术》[J].工程爆破2008（14）38-41[7]李明《软岩隧道开挖的数值模拟与研究》[J].交通标准化2008（14）57-60RapidexcavationtechnologyofhydraulicrockdrillrigincomplicatedgeologicalconditionsAbstrac：TakingChanghonglingTunnelasanexample，introducesrapidexcavationtechnologyofhydraulicrockdrillrigin