江西鑫通机械三臂凿岩台车的应用,据了解,当今隧道开挖施工方法主要分为盾构法和钻爆法两种,盾构隧道施工法是指使用盾构机进行开挖、支护、出碴施工、修筑隧道的一种全机械化全断面施工方法。钻爆法是传统的隧洞施工工法,通过在岩体上钻凿炮眼,装药爆破,从而达到开挖目的。传统钻爆法安全系数较低,环境污染重、工人劳动强度大,但施工灵活,隧洞断面形状尺寸可变、地质适应性强、设备费用相对低廉,因而在我国山岭隧道及大地下空间开发中占主导地位。
随着控制系统的稳定性和传感器可靠性的提高,全电脑三臂凿岩台车适用性随之提高,适用范围也越来越广,应该是未来发展的方向。相比液压台车,全电脑台车的缺点是购买成本较高,对管理人员及操作、维保人员的素质要求高,需要化的管理机构进行化管理。
三臂凿岩台车应用技术,在高铁大断面软围岩隧道工程施工中,三臂凿岩台车的主要功用就是钻爆破孔,其钻孔深度为4~5m。该凿岩台车在施工中所钻爆破孔的种类有周边孔、底板孔、掏槽孔和辅助孔,其钻孔质量直接影响隧道爆破施工效果。
三臂凿岩台车作业前准备工作:凿岩台车作业之前,要检查臂架的收回和居中情况。在凿岩台车移动之前,须将其支腿、电缆和水管等完全回收,并确认台车能够通过施工区域所有狭窄、低矮的地段。为了提高凿岩台车的作业效率,在安装电缆和水管的同时可安装定位板,用于凿岩台车定位。定位时,凿岩台车钻臂前端距离掌子面约0.8~1.0m。施工人员应在停好凿岩台车后,做好电缆连接电源、水管连接水源以及定位工作。
多臂凿岩台车钻孔作业:钻孔深度根据围岩软硬程度、节理发育、掌子面的平整度进行适当调整,尽量使孔眼底部在同一个断面上。以全断面法为例,单循环进尺4m时,单个钻孔所用时间约为1min30s,全断面每循环钻孔时间约为2h;以Ⅳ级围岩微台阶法为例,单循环进尺3.5m时,单个钻孔所用时间约为1min30s,上台阶每循环钻孔时间约为1h20min。底板眼成孔后,为防止炮孔堵塞,要采用PE管等材料封堵孔口。
断面扫描:使用全电脑三臂凿岩台车3D激光扫描仪对大断面软围岩隧道工程进行扫描,采集实施爆破后的隧道轮廓数据,转换生成结构模型,计算出开挖数据,检查是否出现超挖、欠挖情况,实时掌握开挖动态和钻孔质量,优化钻爆方案,为技术人员优化隧道开挖设计提供数据参考。
为了使三臂凿岩台车更好地适应高铁在Ⅳ、Ⅴ级大断面软围岩隧道工程施工的实际情况,掌子面的稳定性,避免对软围岩造成干扰,要优化施工组织,编制科学合理的施工方案,现从5个方面优化三臂凿岩台车在软围岩中的施工作业方案。
优化初期支护措施,一是结合软围岩稳定性和等级等实际情况,提高喷射混凝土的等级,喷射纤维混凝土;二是采用大管棚等支护技术,加固掌子面;三是加强对初期支护参数的设计,根据实际情况优化初期支护施工,采用预应力锚杆配合加长锁脚锚杆,调整钢架型号,改善连接方式,使得初期支护与衬砌施工符合设计要求。
在同样开展支护作业,支护效果基本一致的前提下,全电脑三臂凿岩台车的施工工序更加简单,施工效率明显优于传统钻爆法。该凿岩台车在Ⅳ级和Ⅴ级围岩施工过程中的具体表现为:全电脑式三臂凿岩台车每循环进尺深度为3m的工况下,在Ⅳ级围岩施工中钻爆施工时间约为4~5h,在Ⅳ级相对应的工序时间约为17~21h,折合月进尺约为103m;在Ⅴ级围岩施工中钻爆施工时间约为3.8h,在Ⅳ级相对应的工序时间约为18h,折合月进尺约为65m。以上2种工况的月进尺均明显相关规范中的月进尺要求。