三臂凿岩台车开挖作业工法

作业工法中铁十一局集团黔张常铁路项目经理部三臂凿岩台车开挖作业工法一、前言随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，国家对基础设施投入的不断加大，以及国家对基础建设的施工标准（如环保要求、能耗要求、安全质量要求等）的不断提高，在公路、铁路和水利水电工程施工中隧道比重将越来越大；在隧道开挖施工中，传统的隧道施工工艺已不能满足国家对环保、低耗能、经济性和高安全质量的要求，而三臂凿岩台车的施工工艺环境污染少，安全系数较高，成本低，消耗能量少，比传统的隧道施工开挖工法有着显著的优势，是一种值得广泛推广，较为经济、先进的施工工艺。黔张常铁路项目部于2016年6月率先在黄家台隧道进口工作面投入使用阿特拉斯·科普柯三臂液压凿岩台车。常规的手持风动凿岩机钻眼在小断面、短隧道、围岩地质较差的施工条件下有一定的优势;而凿岩台车在大断面、长隧道、高类围岩的条件下,则具有钻进速度快,机械化程度高,噪音空气污染少等优点。对于成本控制,可以通过提高生产进度,提高工人的操作水平以减少超欠挖等手段来降低成本。钻臂具备全方位平行保持功能和精确的直接定位技术，超欠挖控制可以达到11~15cm,使其光爆效果远高于人工开挖,能严格控制开挖质量，大大降低了喷射混凝土用量。操作人员在固定的操作台上操作钻机，离掌子面有十几米远，且操作平台上面有安全顶棚保证人员安全，可防止落石伤人，安全系数明显比人工风钻开挖高。凿岩台车开挖采用电力作动力，不产生粉尘，对空气状况改变不大，清洁无污染，只有一定量的噪音，与风钻相比，噪音比较小，操作人员可戴上防噪音弹性耳塞，可大大减少噪音对人体的伤害。二、工法特点从测量、钻眼、装药都可以通过三臂凿岩台车相关组件完成，较普通开挖台架更为方便、快捷，可提高工作效率。手持风动凿岩机钻眼钻杆定位方向靠人工控制不够准确,超欠挖控制达到20~25cm,其光爆效果低于台车开挖，且钻臂具备全方位平行保持功能和精确的直接定位技术，超欠挖控制可以达到11~15cm,使其光爆效果远高于人工开挖,能严格控制开挖质量，大大降低了喷射混凝土用量。作业工法中铁十一局集团黔张常铁路项目经理部人工风钻开挖，操作人员离掌子面比较近，仅几米远，风钻开挖时冲击振动岩面，易造成隧道拱部产生落石，人员逃脱不及而受到伤害，甚至致死。人工风钻开挖采用高压风做动力，风钻数量较多，对开挖面周围的空气污染很大。随着开挖的进行，空气状态越来越差，风钻又产生高分贝的噪音，对施工人员的身体健康和施工安全造成极大的威胁，可能导致矽肺病、耳朵听力下降等疾病，甚至伤亡事故；而使用三臂凿岩台车钻进时操作人员在固定的操作台上操作钻机，离掌子面有十几米远，且操作平台上面有安全顶棚保证人员安全，可防止落石伤人，安全系数明显比人工风钻开挖高。凿岩台车开挖采用电力作动力，不产生粉尘，对空气状况改变不大，清洁无污染，只有一定量的噪音，与风钻相比，噪音比较小，操作人员可戴上防噪音弹性耳塞，可大大减少噪音对人体的伤害。在开挖的实际成本上凿岩台车与人工开挖基本持平，但是，从隧道实际每开一循环的开挖进尺上要比人工开挖长,时间节约,功效可提高20％左右，可节省大量机械使用费、人工费、办公费等，且可大大减少电能源。三、适用范围凿岩台车在实际应用过程中，其光爆效果显著，但总体来说其适用范围更加倾向于Ⅱ、Ⅲ级围岩的无拱架的全断面或台阶法开挖；Ⅳ、Ⅴ级围岩受进尺和变形限制，很难体现出其光面爆破高效应用效果。凿岩台车在实际应用过程中单线断面隧道配置1台凿岩台车，双线隧道台阶法或全断面法开挖配置2台凿岩台车。每台凿岩台车每小时需用水18立方米，用电200KW，采用380V三相交流电，具体供电线路，供水管道按相应台车数量统一配置。四、工艺原理根据新奥法施工原理，采用两台Atlascopco.XL3D三臂凿岩台车进行隧道开挖掘进，利用光面爆破一次性开挖作业，尽量减少对周边围岩的扰动。可采用全断面或台阶法施工，并对不同地质条件的围岩分别进行针对性的光面爆破施工参数及调整措施，控制凿岩台车保证开挖整体成型效果最优，进尺最大化，达到隧道施工光面爆破高效应用。作业工法中铁十一局集团黔张常铁路项目经理部五、施工工艺流程及操作要点凿岩台车施工工艺流程图1.测量放线采用莱卡全站仪TPS1201（精度1″）进行测量放线，测量前视人员利用凿岩台车中间的云梯台架，用红油漆画出周边眼孔位，具体需注意以下几点：1.1.测量按照轮廓线程序将开挖的周边眼孔位画出，整体孔位应呈一条圆滑的弧线，同时将边墙2m高的拱部和边墙分界点（曲墙应画出起拱点、边墙弧度分界点）画出。1.2.辅助眼也要在放样周边眼的同时用固定尺（按照爆破设计的固定间距）将辅助眼轮廓线也画出，炮眼间距60cm。1.3.为控制周边眼钻进角度和坡度两个重点方面，应由掌子面向后方画出5条坡度控制线中心线1条、拱肩和边墙的坡度线4条（拱肩2条——起拱线标高/坑底标高+2m、边墙2条/边墙高度2m），同时在下方放出中心位置。1.4.掌子面的掏槽眼、扩大眼、抬炮眼等由现场技术员在台车定位后，根据测作业工法中铁十一局集团黔张常铁路项目经理部量放置的中心线和高度严格布孔，布孔必须标准，严禁未布孔开钻施工。测量放样1.5.超欠挖应在每一循环进行测量，并在岩面标出超欠挖值。欠挖部位要及时和班组、带班沟通交底，当班处理；测量队要在下一次放样时复测后方的欠挖处理情况。1.6.由测量人员在掌子面后方1m处放置里程线，并在开挖岩面环向画出一条里程线，以便凿岩台车操作手参照控制钻孔钻进的深度。2.凿岩台车使用规程2.1.工作前检查泵、空压机等正常；并检查管路、接头等应无漏油、漏水和漏气等现象。2.2.工作前应确定各部操作杆、控制装置及仪表应处于正常。2.3.行走作业①降下升降平台，倒回滑动工作台，缩回臂架，将导杆摆成水平，凿岩机保持在始动位置，缩回支腿方能行走。②台车行走前，应查看场地周围，确认前后左右无人及障碍物后，再按照引导人员的指示信号作业，不可误触操作杆。作业工法中铁十一局集团黔张常铁路项目经理部③行走时要平稳，避免紧急操作发生意外事故，特别在上下坡时应特别注意。由于台车的机体很长，转向时机体的前端与尾端摆动较大，操作时要特别慎重。④液压油温应保持在30～70℃范围，超过70℃时，应立即停止行走。2.4.凿岩作业①进入凿岩作业之前，应清除作业面上的危石。②连接水管前，先用压缩空气排除管内的尘埃。③将绝缘的电缆线准确地接在供电装置上。④必须先张开支腿后，方可进行凿岩作业和升降平台作业。⑤在凿岩作业和升降平台作业时，严禁移动机体，否则将损伤臂和导杆。⑥若臂需移位时，必须先退回导杆，使顶点离开工作面，注意臂不要相互碰撞，撞坏油管。移动臂时，不可让软管绊绕。⑦操作升降平台时，一定要用手势或信号提醒下方作业人员注意，随时查看下方的臂与导杆的位置是否正确。⑧运转中，因导管、软管、液压部件等损伤引起漏油时，应立即停止发动机。⑨停放后，应将导杆和臂就行走状态摆成水平位置，各操作杆置于中位，停止发动机。作业工法中铁十一局集团黔张常铁路项目经理部3.凿岩台车就位三臂凿岩台车主要使用于Ⅱ、Ⅲ级围岩台阶法和全断面法开挖施工中，台车位置主要布置如图：作业工法中铁十一局集团黔张常铁路项目经理部在测量放样完毕后及时进行凿岩台车定位，由班组长根据隧道中线指挥台车准确就位，同时必须保证就位区域平稳坚硬，一般台车钻臂最前端应距离掌子面约0.8～1.0m，如图。凿岩台车就位图4.凿岩台车辅助准备工作4.1.凿岩台车就位后，应由专人立即安装高压水管、供电线缆，同时由操作手在确认水电安装到位后启动台车电气系统，利用液压系统将台车整体调整呈水平状态。4.2.爆破班组应提前查看掌子面虚渣和浮石情况，首先将隧道开挖底眼处虚渣清除，由测量放置的标高线参照标记处底眼孔位。5.凿岩台车钻眼5.1.台车就位后，应严格按照测量放样和爆破设计进行钻孔，应严格遵照打钻顺序，以三臂凿岩台车为例说明如下:钻孔顺序：底眼→抬炮→周边眼→辅助眼→拱部辅助眼→掏槽眼→中心辅助眼作业工法中铁十一局集团黔张常铁路项目经理部凿岩台车钻孔步骤示意图5.2.针对围岩多变的情况，钻孔的质量直接影响到光爆效果的好坏，应由专人统一指挥协调。实行定人、定位、定机、定量、定时、定耗、定奖罚标准的“七定原则”，提高施工人员思想意识，过程中动态调整开挖断面；5.3.凿岩台车钻孔孔径为45mm，拱部的扩大眼布置7个，3个呈拱形，4个呈水平；中心掏槽眼（楔形掏槽）为中心线左右210cm两侧布置，每侧布置11个，掏槽眼间距为60cm；扩大眼布置在掏槽眼的两侧；5.4.Ⅱ、Ⅲ级围岩全断面光面爆破开挖进尺最佳为3.5m/每循环；5.5.光面爆破控制指标之一就是炮孔残留线性保持一致（一个施工区段内），要严格按照上次炮孔位置钻进；5.6.爆破效果考核时间为本循环出渣完毕后，超欠挖统计由现场技术负责人管理，考核主要内容是炮孔残留率、超欠挖、周边眼外插角与坡度角。周边眼外插角考核主要是将上茬炮周边眼底位置与本次所画轮廓线进行比较，周边眼底位置超过钻爆设计值则按照要求进行处罚；5.7.周边眼间距是控制爆破或光面爆破成型的关键控制指标之一，为了更好的控制开挖成型效果，各队应严格控制周边眼间距，由技术员专门负责对周边眼间距作业工法中铁十一局集团黔张常铁路项目经理部进行检查；周边眼间距超过钻爆设计值5cm，应对该处钻眼人员进行处罚；超过钻爆设计值10cm必须重新钻眼并进行处罚。光面爆破参数表岩石种类周边眼间距E（cm）周边眼最小抵抗线W（cm）相对距离E/W装药集中度q(kg/m)极硬岩50～6055～750.8～0.85（0.25～0.3）硬岩40～55（50）50～600.8～0.85（0.15～0.25）软质岩30（35）～4545～600.75～0.8（0.07～0.12）6.凿岩台车清孔、装药、爆破6.1.考虑到我标段在前期爆破掘进中超挖和超爆主要体现在两个区域：拱肩和边墙。拱肩主要是由于钻进的角度偏差造成超欠挖过大，而边墙主要是由于药量过多基本成型很难，所以在光面爆破的施工中，应重点针对这两处进行重点调整。周边眼装药采用导爆索连接分段式不耦合连接，严禁施工现场简化步骤采用集中装药而非沿炮孔均匀分布。6.2.周边眼的装药量要严格按照爆破设计方案执行，严禁多装和少装，同时应确保装药的质量，必须用炮棍送至指定位置，同时炮孔要做好封堵。光面爆破的炮眼痕迹保存率：硬岩不应小于80％，中硬岩不应小于60％。6.3.由于凿岩台车钻孔孔径为45mm，装药采用直径32mm乳岩石化炸药卷，以Ⅲ级围岩为例：6.4.装药顺序应严格按照设计要求，为便于凿岩台车操作区域建议快捷，应遵循“分段位、分区域”，“先底脚、再拱部”，“先周边、再中间”方式；6.5.爆破起爆顺序应确保中心掏槽的起爆效率，尤其是周边眼可分区域两次爆破，采用“先拱墙、后拱部”的连线方式，同时为减少拱墙底脚的超挖，该区域（2～3个孔）应最后起爆，加强该区域的爆破效果控制。作业工法中铁十一局集团黔张常铁路项目经理部隧道光面爆破装药量参考图7.凿岩台车超欠挖处理7.1.钻爆设计允许线性超挖值：Ⅱ、Ⅲ级围岩10cm（拱墙综合平均），隧底、仰拱10cm。严格控制欠挖。7.2.光面爆破要确保在前两个循环要达到炮眼残留率为98％，钻机角度和坡度控制高质量，在第三个循环后期要严格按照上次炮孔位置钻机，确保孔位线性一致。7.3.超欠挖严禁一次性进行修正，避免造成超欠挖部位的错台；超欠挖要逐步调整，确保整体轮廓线平顺，防止后期初期支护喷砼与挂网的施工质量。7.4.在处理隧道欠挖中，如为局部欠挖或欠挖值不大于10cm，可直接采用钻臂对其进行凿岩处理，尽量避免二次爆破形成更大超挖。六、材料与设备1.材料乳化炸药：药卷直径32mm，重量200g/卷，长度200mm。作业工法中铁十一局集团黔张常铁路项目经理部2.机具设备主要设备清单序号仪器名称规格及型号数量备注1全站仪徕卡TS021台2三臂凿岩台车阿特拉斯XL3D2台3装载机柳工502台4挖掘机卡特320D1台5挖掘机沃尔沃EC200B1台6变频通风机2SDF-