新建川藏鐵路隧道鉆爆法施工機(jī)械化配套新技術(shù)探討

朱琴生

摘 要：針對川藏鐵路高海拔地區(qū)的低溫、低壓、低氧惡劣環(huán)境特征，本文對鐵路隧道鉆爆法施工的機(jī)械化配套新技術(shù)進(jìn)行了探討分析，為即將動工建設(shè)的川藏鐵路隧道鉆爆法施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：川藏鐵路隧道;機(jī)械化配套;新技術(shù)

中圖分類號：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）01-0086-02

0 引言

川藏鐵路雅安至林芝段建設(shè)即將全面啟動，規(guī)劃建設(shè)川藏鐵路，做好科學(xué)規(guī)劃、技術(shù)創(chuàng)新、生態(tài)保護(hù)、安全可靠、配套高效的策劃，才能高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量地推進(jìn)工程規(guī)劃建設(shè)，惡劣高原自然環(huán)境，創(chuàng)新大規(guī)模的機(jī)械化配套施工技術(shù)尤為重要。

1 川藏鐵路工程概況

川藏鐵路雅安至林芝段位于青藏高原東南部，沿線山高谷深，人跡罕至，線路穿越橫斷山、念青唐古拉山等山脈，跨越大渡河、雅礱江、金沙江、瀾滄江、怒江、雅魯藏布江等河流，具有顯著的地形高差、強(qiáng)烈的板塊活動、頻發(fā)的山地災(zāi)害、脆弱的生態(tài)環(huán)境以及高寒缺氧的氣候環(huán)境。

川藏鐵路雅安至林芝段隧道75座，長度789km，20km以上隧道16座，30km以上5座，平均隧道長度大于10km，長大隧道密集，前所未有。

2 川藏鐵路隧道建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)

川藏線隧道工程有以下幾大特點(diǎn)：工程規(guī)模大，隧道占比高、總量大、超長隧道集中;位于板塊擠壓碰撞帶，地質(zhì)條件極為復(fù)雜;穿越橫斷山脈，輔助坑道設(shè)置條件差;超大的地形起伏，隧道位于長大單面坡道;高原缺氧的氣候環(huán)境;地質(zhì)條件的不確定，工期、環(huán)保要求高。

3 機(jī)械化配套的必要性

通過柴油機(jī)機(jī)械效率數(shù)學(xué)模型，就可以計(jì)算出高海拔地區(qū)的低溫、低壓、低氧環(huán)境因素對施工設(shè)備機(jī)械效率的影響程度和規(guī)律[1]，人工、機(jī)械功效均會不同程度降低，常規(guī)的機(jī)械設(shè)備配套，將無法滿足按期完成建設(shè)任務(wù)的需要創(chuàng)新機(jī)械化配套技術(shù)是保證隧道施工質(zhì)量、減輕作業(yè)人員勞動強(qiáng)度的需要;能減少隧道施工群死群傷事故，提高隧道施工安全性，是保證施工進(jìn)度的重要措施，只有進(jìn)行隧道施工大型機(jī)械化配套，才能達(dá)到“快速施工、以機(jī)代人”的目標(biāo)，滿足建設(shè)要求。

4 川藏鐵路雅安至林芝段隧道施工及機(jī)械化配套技術(shù)總體方案

4.1 基于隧道新奧法和新意法的施工總體方案

鄭萬高鐵湖北段施工過程中，根據(jù)掌子面圍巖分類及工程地質(zhì)特性，進(jìn)行掌子面穩(wěn)定性評價(jià)，據(jù)此確定施工方法、掌子面處理措施及超前支護(hù)措施，在采取不同處理措施情況下，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級圍巖采用全斷面法開挖，V級圍巖采用微臺階法開挖，獲得了成功[2]。

（1）單線隧道Ⅳ級圍巖、雙線隧道Ⅳ級硬質(zhì)巖采用超前支護(hù)+全斷面法施工，雙線隧道Ⅳ級軟質(zhì)巖采用超前支護(hù)+微臺階法施工;

（2）V級圍巖單雙線隧道采用超前支護(hù)+掌子面加固+微臺階法施工;

（3）輔助坑道Ⅳ級圍巖均采用超前支護(hù)+全斷面法施工;V級圍巖均采用超前支護(hù)+掌子面加固+全斷面法施工。

4.2 鉆爆法施工機(jī)械化配套原則

（1）分級配置原則，機(jī)械化配套方案分成高度、基本機(jī)械化兩種模式;

（2）少人化原則;

（3）全機(jī)械化原則，檢鋪底作業(yè)線配置自行式仰拱棧橋，防排水作業(yè)線配置防水板自動安裝臺車，混凝土襯砌作業(yè)線配置智能化模板臺車，養(yǎng)護(hù)作業(yè)線配置養(yǎng)護(hù)作業(yè)臺車，溝槽作業(yè)線配置溝槽臺車;

（4）大型設(shè)備管理專業(yè)化原則，先進(jìn)的施工機(jī)械必須配備高素質(zhì)的管理人員和操作人員，采取專業(yè)化的管理模式，最大程度的提高設(shè)備的完好率和利用率;

（5）平行作業(yè)原則，超前地質(zhì)鉆探和噴錨拱架安裝單工序作業(yè)時(shí)間長，效率低下，針對性地進(jìn)行技術(shù)革新，實(shí)現(xiàn)與其他工序平行作業(yè)，縮短循環(huán)時(shí)間。

4.3 機(jī)械化配套等級總體原則

考慮配置等級、海拔高度、隧道長度、控制工期等因素，對雅安至林芝段隧道按工區(qū)劃分，機(jī)械化配套方案如下：

（1）雙3000M原則：海拔3000m及長度3000m以上隧道采用高度機(jī)械化配套模式，其余隧道采用基本型。

（2）保工期原則：控制工期的隧道采用高度機(jī)械化配套模式，其余隧道采用基本型。

4.4 隧道鉆爆法施工設(shè)備配置方案

（1）高度機(jī)械化配套方案：高度機(jī)械化配套以“快速施工、以機(jī)代人”為目標(biāo)，在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)作業(yè)上配置超長距離取芯鉆機(jī)（千米級）;開挖作業(yè)線配置三臂鑿巖臺車，混裝炸藥設(shè)備兩臺;大坡度長斜井工區(qū)采用皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)出渣提升出渣效率，支護(hù)作業(yè)線配置二臂濕噴機(jī)械手、鑿巖拱架安裝一體機(jī)、錨桿高壓注漿等設(shè)備，后續(xù)作業(yè)線配置自行式仰拱棧橋、防水板自動鋪設(shè)臺車、智能化模板臺車、養(yǎng)護(hù)作業(yè)臺車、溝槽臺車等設(shè)備。

（2）基本機(jī)械化配套：基本機(jī)械化配套機(jī)械主要包括：工程鉆機(jī)、開挖臺架、風(fēng)動鑿巖機(jī)、普通注漿泵、挖掘機(jī)、運(yùn)渣車、普通拱架安裝臺架、小型混凝土濕噴機(jī)、簡易仰拱棧橋、普通防水板鋼筋鋪設(shè)臺架、普通襯砌模板臺車、噴淋養(yǎng)護(hù)臺架、簡易溝槽模板臺車等，滿足工程目標(biāo)。

5 新設(shè)備及新工藝

（1）千米級超前定向取芯鉆機(jī)：SMART 8隧道巖芯勘探鉆機(jī)是安百拓集團(tuán)公司（原阿特拉斯科普柯）生產(chǎn)的長距離巖石取芯勘探鉆機(jī)。SMART 8隧道巖芯勘探鉆機(jī)主要特點(diǎn)如下：

1）可實(shí)現(xiàn)360角度任意方向鉆進(jìn)，B口徑（鉆孔直徑60mm，取芯直徑36mm）鉆進(jìn)能力可達(dá)到垂直鉆孔深度2000m，水平1400m以上，全程無縫取芯;2）可以安放在隧道橫通道上，APC自動鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)單人操作，與主洞施工平行作業(yè)，大大縮短循環(huán)時(shí)間。

（2）輪式兩籃三臂液壓鑿巖臺車：可實(shí)現(xiàn)掌子面爆破孔、錨桿支護(hù)、管棚支護(hù)、超前探孔、注漿孔等作業(yè)，使用雙作業(yè)吊籃做輔助性工作，可以大大縮短裝藥、安裝錨桿等工序時(shí)間，加快隧道施工進(jìn)度。

（3）破碎機(jī)+皮帶機(jī)出渣系統(tǒng)：在國外，鉆爆法施工的隧道也越來越多的采用連續(xù)皮帶機(jī)輸送出渣技術(shù)[3]，其主要優(yōu)點(diǎn)：1）較傳統(tǒng)出渣方式，連續(xù)皮帶機(jī)的功效可提高20%-30%;2）斜井坡度大于15%時(shí)，采用皮帶機(jī)出渣輸送能很好的滿足運(yùn)輸需求、降低施工成本;3）在高原嚴(yán)寒、低壓和缺氧的氣候環(huán)境下，燃油設(shè)備功效下降，嚴(yán)重制約工程施工效率，連續(xù)皮帶機(jī)具有高原強(qiáng)適應(yīng)性、節(jié)能減排和環(huán)保方面的優(yōu)勢。

（4）兩臂濕噴機(jī)械手：國產(chǎn)的HPS5016型雙臂濕噴機(jī)械手已經(jīng)在安九鐵路某隧道試用，噴射效果與單臂機(jī)械手相同，效率約為常規(guī)單臂機(jī)械手的1.5倍。

（5）鑿巖拱架安裝一體機(jī)：傳統(tǒng)的設(shè)備工裝進(jìn)行軟弱圍巖的錨、網(wǎng)、拱、噴、鎖腳錨桿等作業(yè)，效率低下，時(shí)間長，嚴(yán)重影響隧道施工進(jìn)度，利用鑿巖拱架安裝一體機(jī)，可實(shí)現(xiàn)起吊、運(yùn)輸、架設(shè)、鉆孔一體化作業(yè)，并可進(jìn)行鎖腳、超前小導(dǎo)管、系統(tǒng)錨桿作業(yè)，能夠極大地提高支護(hù)的工作效率。

新設(shè)備新工藝如表1所示。

6 結(jié)論及建議

目前，上述的新設(shè)備新工藝在鐵路隧道施工中應(yīng)用極少，川藏鐵路雅安至林芝段低溫、低壓、低氧的高原環(huán)境特征，更需要高度機(jī)械化配套施工新技術(shù)，特別是千米級定向取芯鉆機(jī)、兩籃三臂液壓鑿巖臺車、鑿巖拱架安裝一體機(jī)的應(yīng)用，可以大幅度地改善員工作業(yè)環(huán)境、降低員工作業(yè)強(qiáng)度、保障工程質(zhì)量，降低工程成本，以達(dá)到“快速施工、以機(jī)代人、安全高效、快速施工”的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李琦.高海拔環(huán)境對施工設(shè)備機(jī)械效率的影響研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2016，33（12）：82-87.

[2] 王志堅(jiān).鄭萬高鐵隧道大斷面機(jī)械化施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].隧道建設(shè)（中英文），2018，38（08）：7-20.

[3] 梅志榮.隧道連續(xù)皮帶機(jī)出碴施工技術(shù)研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2013，50（4）：42-49.