双台车快速掘进技术在隧道中的应用

1、双台车快速掘进技术在方都山隧道中的应用摘要：本文首先分析了液压凿岩机、风钻的优缺点，其次介绍了瑞典353E凿岩台车在方斗山隧道B13标中的应用情况。通过对部分统计数据分析，得出双台车掘进技术在掘进速度方面具有极大的优势，更加说明了该掘进技术在方斗山隧道B13标施工中的引用取得了一定的成功。关键词：353E凿岩台车，快速掘进，隧道施工1.绪言液压凿岩机是近些年内隧道掘进机械化作业中正在逐步推广的一种凿岩设备，它具有动力消耗小、能量利用率高、冲击频率和能量传递效率较风钻大为提高等优点。但由于其自身的特点(包括使用、维护、操作等方面)，相对生产成本较风动凿岩机高，在国内并未大规模应用。随着工业技术的

2、不断发展，其替代风动凿岩机是个重要发展方向。我单位很早从国外就引进了液压凿岩机，从大瑶山隧道的施工到现在已有20多年的历史。通过多年的施工，在利用凿岩机掘进隧道的施工方面已经掌握了丰富的经验。目前我们正在施工的石忠高速公路方斗山隧道左线正在利用两台瑞典353E三臂凿岩机来进行隧道掘进。瑞典353E三臂凿岩机(345kW)，总共率为132KW，车身尺寸为lmaxbmaxhmax13.5m2.5m3.4m，钻臂作业覆盖面为bmaxhmax15m11.8m，钻杆长5 .5 m，钻深5m左右，钻头有45mm、48mm、55mm、和108mm等。从目前凿岩机进洞的几个月的施工进度来看，已经有着显而易见的

3、效果。2液压凿岩机、风钻的优缺点分析2.1 能力计算1）.风钻钻孔速度查YT28风钻使用说明，新机在硬度系数F1418的石英岩和云母岩中作业，钻直径D42炮孔的速度是：当掌子面风压达到5.56.5巴时，最大进尺为0.5m/分钟，在花岗岩中一般平均为0.30.45m/分钟，则取平均值： 每台风钻：0.38m/分钟进尺；2）.台车钻孔速度查353E台车1238ME使用说明书，当岩石的硬度在F=1418的石英岩和云母岩中作业，当冲击压力在180KG/CM2时，最大钻进速度为2M/分钟。平均为1.62.0m/分钟，取平均值：每钻臂：1.75m/分钟进尺；3）.匹配假设假如不考虑多功能台架并行或交叉作业

4、的因素，只考虑打眼因素，那么353E三臂台车每一台钻臂相当于4.5把风钻，每上一部三臂台车就等于上一台配有13.5把风钻的多功能台架，又假如又同在一个隧道断面的地段作业布眼数量状况相近、岩石类别相同并是较好的花岗岩，都是5米的钻杆钻同样深的孔，每一次炮日进4米，那么钻孔时间每次均为4小时。2 .2 台、风钻优缺点分析1)安全性能好由于台车施工前可对危石找顶，减少了落石的危险，再因掌子面人员少，减少了掌子面落石伤人的频率，安全性是显而易见的。2)适应机动性能优势台车可在523坡度上隧道施工（多功能台架不稳），断面可一会大一会小地变化也可，从20200平方都能适应，特别适用于国防，海底工程等部规则

5、的断面，并能转弯（从90180度）的隧道都能施工不受限制，特别在水利、海底工程低水平面或海平面下施工应特别强调“先探后掘”“先查后挖”的工序作业。3)钻深、长孔凿岩优势台车由于单钻的功率大效率高，因此可钻d42d127直径范围内各种岩孔（炮孔、注浆孔、锚杆孔、安装孔、检查孔、管棚孔、探水孔）。并且在515米深（d4889）优势最明显，速度之快是现有任何风动、电动的MK6或其他象古柯的深孔钻、浅孔钻都无可取代或替代，是深孔岩层注浆最好的首选设备。4）低能耗高效率优势台车三个臂仅要145KW电量，而风钻14把则需4台4L20/8空压机为535KW电量，风钻是台车数倍这在电费高地区很明显。5）高原优

6、势由于使用台车劳动强度低，又没有风钻施工带来的水雾和油雾、风尘，同时杂音低，掌子面空气质量有所改善，利于高原地区使用。3. 工程应用3.1 工程概况石忠高速公路B13合同段方斗山隧道属于特长大隧道，是泸蓉国道主干线分水岭（渝鄂界）至忠县重庆境内的重点工程的控制性工程。我单位现在承建的B13标合同段的历程为：ZK59+100ZK62+865，其中类围岩、断层、含煤地层为430m，类围岩为430m，、围岩为2554m，占该标段全长的67；K59+100K62+905，其中类围岩、断层、含煤地层为435m，类围岩为570m，、围岩为2567m，占该标段全长的67。隧道设计采用“新奥法”复合式衬砌，开

7、挖采用大断面开挖，光面爆破。右线隧道主要的开挖设备是多功能台车和YT28风钻，风钻台数为20台，左线采用的是两台瑞典353E液压凿岩机。3.2 台车、出碴机械定位介绍1）台车的定位隧道的最小断面尺寸为类围岩时的断面尺寸，即bmaxhmax11.8m7.9m。双台车在隧道的定位位置基本上保持两车之间的间隔为2m左右，两侧的间隔为2.4m左右，具体施工情况详见图1.1。 图1.1 双台车定位图2）出碴机械的定位出碴机械为2台WA380装载机，六台2629K（载重17.5T）自卸汽车。具体施工情况详见图1.2。图1.2 出碴施工示意图3.3 台车掘进及超欠挖情况3.1 台车掘进情况通过我单位多年对凿

8、岩台车施工经验的总结，已经实现了台车钻爆一体化作业。在双台车同时作业时，由于拥有两个装药吊篮平台，装药完成时间基本 上等于钻孔时间，这样大大提高了工作效率，同时也实现了快速掘进。 表1.1主要统计了2005.6.252005.7.25的大部分的凿岩台车掘进情况。在该表中未作6 .257.4的掘进情况，主要是该时间段隧道围岩类型主要是类围岩，同时在隧道开挖过程中，由于机械故障、洞内其它设备的影响，以及上级领导的检查，造成了凿岩台车处于非正常作业状态，因此没有列举相关数据。表1.1 双台车作业部分数据统计情况 从表1.1我们可以得到，台车每天平均单循环进尺都在4.4左右，单循环的最高进尺可达到5.

9、1m；平均日进尺在四个循环的情况下，一般都在17.5左右，最高时可达18.9m，在三个循环时为13.1左右。在该一个月内，台车的掘进为324.2m，风钻的掘进为269m。3.2 台车超欠挖情况台车作业在带来快速掘进的同时，也会造成严重的超欠挖。由于台车作业比风钻作业的成本高，为了降低台车作业成本，关键在于控制超欠挖。为了较少和杜绝超欠挖，我们在隧道爆破中采用光面爆破，钻孔中严格按围岩钻爆设计进行。同时严格要求测量组精确测量放线，对台车操作人员进行不定期的培训，加上一些奖惩制度，在超欠挖控制方面做的很好。表1 .2 允许超挖值（cm）1 允许欠挖值：当岩层完整、岩石抗压强度大于30MPa并确认不

10、影响衬砌结构稳定和强度时，允许岩石个别突出部分（每1m2内不大于0.1m2）欠挖，但其隆起量不得大于5cm。拱、墙脚以上1m内断面严禁欠挖1。平均线性超挖值 （ 1.1）在统计了2005.6.252005.7.25的超欠挖测量数据的情况下，通过式1.1计算得出：个别拱部最大超挖值为28cm，一般的情况下，平均值都在表1.2的允许范围内，有时甚至做到了零超挖。欠挖现象出现的比较少，一般都在岩石比较坚硬的情况下，出现个别的欠挖。从图1.3可以清楚地看到，光爆后的围岩表面很平整，爆破后的半孔成形相当的不错。图1.3 光面爆破效果图4. 结论（1）台车掘进一般适应类以上围岩。从台车进洞的掘进资料来看，台车在类围岩时，没有发挥出其优势，每循环的平均进尺只有3.5m左右。在、类围岩的时，每循环的进尺都在4.4左右，单循环的最高进尺可达到5.1m，平均日进尺在四个循环的情况下，一般都在17.5左右，最高时可达1