1.一种大断面隧道的三台阶全工序机械化施工方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:隧道开挖施工前的准备,包括安全步距的调整、隧道施工台阶高度及长度设置、施工用电准备和施工用水准备;(1)安全步距的调整:仰拱栈桥有效搭接长度设置为15m,设备错车区长度设置为30m,设备作业区长度设置为25m,依据上述设置仰拱安全步距调整为70m;(2)隧道施工台阶高度及长度设置:使用三臂凿岩台车进行隧道施工,三臂凿岩台车作业时停机面设置在拱脚底板高度即仰拱位置进行开挖,作业高度为10m,停机面宽度为13.56m;隧道施工台阶高度及长度划分如下:上台阶高度设置为5m,长度设置为2~3m;中台阶高度设置为2.5m,长度设置为2~3m;下台阶高度设置为2.5m;所述三臂凿岩台车包括台车本体(1),所述台车本体(1)的后端配备有三条液压臂(2),各液压臂(2)上均安装有凿岩机(8),所述台车本体(1)的底部设置有行走装置,所述凿岩机(8)能翻转收折在液压臂(2)的下方,每条所述液压臂(2)的最前端均设置有用于抓举隧道拱架的机械抓手(3),且各液压臂(2)上靠近机械抓手(3)处均设置有吊篮平台(4),在其中一液压臂(2)上设置有注浆单元,所述注浆单元包括自动搅拌罐(6)、注浆泵和注浆管(7),所述自动搅拌罐(6)安装在台车本体(1)上,所述注浆管(7)缠绕在对应的液压臂(2)上,注浆管(7)的一端通过注浆泵与自动搅拌罐(6)连接,另一端固定于该液压臂(2)的最前端;(3)施工用电准备:三臂凿岩台车的用电系统通过100m的3×240mm 2 +3×50mm 2 的国标铜电缆与配电柜电连接,配电柜配备630A或以上断路器以方便台车接线和供电保护,配电柜通过大于240mm 2 的铜电缆与发电机或变压器电连接;(4)施工用水准备:准备100m的输水管,将输水管的出水端设置在三臂凿岩台车处,输水管的进水端与供水水源的送水管连接,输水管的出水水压设为1-10bar,流量为300L/min;步骤二:进行超前支护作业,所述三臂凿岩台车为全电脑凿岩台车,利用全电脑凿岩台车进行超前钻孔作业,孔径为Φ50-Φ140mm;通过操控三臂凿岩台车调节吊篮平台的位置,作业人员在吊篮平台上辅助管棚库、注浆单元进行管棚的入孔安装和注浆工作;步骤三:进行开挖支护作业,其施工工序为:初喷支护→系统锚杆和超前小导管的安装→开挖钻孔作业→拱架(A)安装→复喷支护→装药、爆破,进入下一个工序循环;(1)初喷支护:台阶法爆破、出渣完成后,湿喷机械手进入施工场地,先利用高压风对拱顶、掌子面浮石进行清理,然后快速初喷混凝土封闭拱顶、掌子面和边墙围岩;(2)系统锚杆和超前小导管的安装:靠近掌子面的系统锚杆采用45度斜角向上施作,其余后方系统锚杆径向施作;将三臂凿岩台车驶入下台阶拱脚位置,三个液压臂上的凿岩机同步进行对应的斜向和径向系统锚杆的钻孔施工,钻孔完毕后完成系统锚杆、超前小导管的安装及快硬水泥浆注浆作业;(3)开挖钻孔作业:上述系统锚杆施工完成后,通过三臂凿岩台车进行炮眼钻孔,在三臂凿岩台车的控制电脑中导入钻孔布置设计图,三臂凿岩台车停靠在下台阶上进行上、中、下台阶的炮眼钻设,钻孔成型后自动清孔;(4)拱架(A)安装:拱架采用快速拼装的铰接式隧道整体初支钢拱架,所述拱架(A)由若干节分钢架(5)首尾铰接组成,且各铰接轴(10)均位于拱架(A)的内侧,从中间到两侧各分钢架(5)的长度逐渐减小,下一节分钢架(5)能折叠收缩到上一节分钢架(5)的内侧端,两侧的所有分钢架(5)最终能整体折叠收缩到最中间的分钢架(5)的内侧端,在各铰接点处设置有可拆卸的紧固结构(B),各分钢架(5)伸展形成整体式拱架后能通过紧固结构(B)紧固在一起;拱架(A)于隧道外提前制作,初喷支护完成后,拱架(A)运输至施工现场;拱架(A)通过三臂凿岩台车中间的机械抓手举升至设计拱顶位置,两侧的机械抓手分别辅助拱架(A)安装到位,最终形成整体式拱架,然后进行锁脚锚杆的安装注浆;(5)复喷支护:拱架(A)安装完成后,通过湿喷机械手进行喷射混凝土施工,从下至上、以S曲线移动进行喷射;(6)装药、爆破:作业人员利用三臂凿岩台车的三个吊篮平台并配合楼梯进行装药、炮眼封堵;采用人工组网起爆,实现上、中、下台阶一次性爆破,爆破完成后先通风一段时间,然后将爆破出的废渣外排,完成后进入下一个工序循环。
2.根据权利要求1所述的大断面隧道的三台阶全工序机械化施工方法,其特征在于:进行步骤三中的开挖钻孔作业时,若围岩整体性好,一次性将所有炮眼钻设完成,若围岩整体性差,先钻周边眼,待下一步拱架安装及锁脚锚杆施工完成后再钻剩余炮眼。
3.根据权利要求1所述的大断面隧道的三台阶全工序机械化施工方法,其特征在于:进行锁脚锚杆施工时,注浆单元自动将水泥和水搅拌均匀,通过注浆泵将浆液顺着注浆管输送到锁脚锚杆处,沿着锁脚锚杆注入到孔底,直到浆液从孔口流出为止。
4.根据权利要求1所述的大断面隧道的三台阶全工序机械化施工方法,其特征在于:进行复喷支护时,喷射混凝土作业采用分段、分片、分层依次进行,喷射顺序应自下而上,分段长度不大于6m;喷射时先将低洼处大致喷平,再自下而上顺序分层、往复喷射;分层喷射时,后一层喷射在前一层混凝土初凝后进行;初凝1h后再进行喷射时,先用风水清洗喷层表面。
5.根据权利要求1所述的大断面隧道的三台阶全工序机械化施工方法,其特征在于:所有分钢架(5)的两端均设有连接脚板(13),相邻两分钢架(5)通过在对应的连接脚板(13)的内侧端设置铰接结构实现铰接,相邻两连接脚板(13)能通过旋转贴合在一起。
6.根据权利要求5所述的大断面隧道的三台阶全工序机械化施工方法,其特征在于:所述紧固结构(B)由螺栓(11)、螺母(12)和连接脚板(13)组成,相邻的两连接脚板(13)能通过旋转实现贴合,贴合时各分钢架(5)伸展形成整体式拱架,在两连接脚板(13)上对应设置有安装孔,通过在安装孔中设置螺栓(11)并配合螺母(12)锁紧能将两连接脚板(13)紧固在一起。
7.根据权利要求1所述的大断面隧道的三台阶全工序机械化施工方法,其特征在于:在进行锚杆支护施工时,按施作时间的先后对浆液凝固的锚杆施加预应力。
8.根据权利要求1所述的大断面隧道的三台阶全工序机械化施工方法,其特征在于:三条所述液压臂(2)呈倒立的“品”字形布置在台车本体(1)的后端,所述行走装置为轮胎式。
9.根据权利要求1所述的大断面隧道的三台阶全工序机械化施工方法,其特征在于:配电柜通过大于3x300mm 2 +1x150mm 2 的国标铜线与变压器电连接,变压器输出电压为380VAC,且其容量≥500kVA。
10.根据权利要求9所述的大断面隧道的三台阶全工序机械化施工方法,其特征在于:若变压器距三臂凿岩台车超过500m时,采用移动变压器,使变压器距三臂凿岩台车距离小于500m。