鐵路隧道開挖作業(yè)機械化與施工技術研究

李銳

摘? ? 要：隨著當前經(jīng)濟的快速發(fā)展以及機械化施工的大面積推廣，鐵路建設的要求也逐步提高，加強鐵路隧道開挖作業(yè)機械化與施工技術研究勢在必行。本文與鐵路隧道的實踐相結合，分析對比開挖作業(yè)的機械化技術，并且分析研究如何進一步優(yōu)化鑿巖臺車裝藥平臺的個數(shù)以及超欠挖控制技術，以符合施工的需要。

關鍵詞：機械化;鐵路隧道;施工技術;開挖作業(yè)

1? 鐵路隧道開挖概述

因鉆爆法性能較強而且適用性廣，已成為隧道開挖施工的主要方法。鉆爆法使用人力手持風動鉆孔設備與簡易開挖臺架進行配合，完成鉆爆施工。這種方式效率低下，無法有效的保證施工安全，且容易出現(xiàn)欠挖和超挖等問題。近年來，隧道建設的長度逐年遞增，建設速度需進一步加快，傳統(tǒng)的鉆爆施工已經(jīng)無法滿足隧道施工的需要，升級開挖工藝迫在眉睫，鑿巖臺車正是基于這一情況而產(chǎn)生的。

隧道鑿巖臺車的應用和研發(fā)，我國起步于上世紀60年代，90年代之后，開始研究使用全自動控制和電腦導向的鑿巖臺車，并取得了較好的效果，但是和先進國家相比，在控制系統(tǒng)和結構方面依然有一定的差距，有待進一步探索研究。

2? 工程概況

某鐵路隧道全長為598米，地下水及地表水不發(fā)育，單向掘進，全隧圍巖主要由頁巖及灰?guī)r構成，巖體較硬，無膨脹性，其中灰?guī)r區(qū)段巖溶發(fā)育，施工中可能存在突水突泥風險，頁巖地層橫穿炭質地層，可能有瓦斯逸出，為保證施工的安全性，經(jīng)比選，決定采用三臂鑿巖臺車進行開挖施工。

3? 鐵路隧道開挖作業(yè)機械選型

本著“安全第一、質量先行”的原則，在施組設計過程中，選用鐵建重工ZYS113三臂鑿巖臺車與阿特拉斯三臂鑿巖臺車進行對比，結合隧道地質情況，通過施工效率、施工成本、可操作性、安全性等方面的對比，此隧道選用鐵建重工生產(chǎn)的ZYS113全電腦三臂鑿巖臺車。

4? 鑿巖臺車超欠挖控制方法

隧道超欠挖控制是隧道施工的主控項目，欠挖會導致后期襯砌厚度不足，提高運營過程中的安全風險，超挖會導致初支混凝土數(shù)量增加，增加施工成本，所以利用開挖機械有效控制隧道超欠挖有著極為重要的意義。

三臂鑿巖臺車使用時，首先利用自帶3D定位系統(tǒng)定位臺車，并按照鉆爆方案導入鉆爆設計參數(shù)，自動化地進行鉆孔，人工配合完成后續(xù)的裝藥、爆破等工序。

鉆爆設計是將設計參數(shù)導入到車載電腦當中，使用電腦來進行后續(xù)的分析，鑿巖臺車能夠高效智能化的進行鉆孔，依照設計參數(shù)完成鉆孔深度、角度、孔位的控制，自動化實現(xiàn)防空打、防卡鉆。通過超前地質預報與鑿巖臺車的3D掃描軟件相結合，分析開挖斷面超欠挖的情況以及前方圍巖狀況，動態(tài)化地對鉆爆的參數(shù)進行調整，讓開挖輪廓線得以有效控制，以更好的控制隧道超欠挖。鉆孔完成之后進行后續(xù)的爆破和裝藥可以通過三臂鑿巖臺車自帶工作吊籃配合，提高設備的安全性和工作的效率。

在全斷面開挖的過程中，使用的主要是三臂鑿巖臺車全斷面鉆眼爆破，如在施工過程中遇到軟弱圍巖，三臂鑿巖臺車手臂無法進行垂直化的輪廓線開挖，可能會導致附近鉆巖石出現(xiàn)一定的外插角，在開挖進尺短的時候需要使用長眼進行爆破對超挖進行控制。如果開挖進尺相對較大，周邊也使用長眼共同爆破，讓長眼傾斜高度抬高，這樣可以有效的對隧道超挖情況進行控制，同時使用外插短眼等方式也能夠對隧道欠挖的情況進行控制。

另外結合對地質情況對爆破參數(shù)進行合理的調整，讓周邊眼的裝藥量減少，縮短周邊眼間距，采取一系列的措施控制圍巖的擾動情況，減少超欠挖，提高圍巖的穩(wěn)定性。

5? 鑿巖臺車裝藥作業(yè)平臺數(shù)量優(yōu)化分析

在使用傳統(tǒng)工藝的條件下，鉆爆臺架能夠實現(xiàn)全斷面的同時裝藥，然而利用三臂鑿巖臺車進行施工，在施工的過程中只有兩個操作筐，工作面相對較小，裝藥速度趕不上人工施工。為了解決這些問題可以在轉臂前臺安裝快速作業(yè)筐，通過工作臂進行專業(yè)的操作，以提高施工的效率。

在實際操作過程中，因為三臂鑿巖臺車無法有效的進行快速裝藥，在三臂鑿巖臺車自帶吊籃的條件下增設一定的吊籃，將它們固定的工作臂上進行裝藥，鑿巖臺車當中每個工作臂可以增加一定的吊籃，允許吊籃承受的重量為150公斤，在增設吊籃之后進行現(xiàn)場專項試驗，可以發(fā)現(xiàn)在操作過程中功效能達到最優(yōu)，而且符合現(xiàn)場施工的具體需要。

6? 監(jiān)控量測情況分析

三臂鑿巖臺車開挖斷面較大，為了保證隧道圍巖收斂以及沉降滿足要求，洞內埋的監(jiān)控量測點并利用軟件對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析，通過數(shù)據(jù)分析對比，洞內累積變形、累計沉降和凈空收斂變形速率相對較小，整個圍巖較為穩(wěn)定，滿足隧道開挖要求。

7? 結束語

單洞雙線隧道的開挖使用三臂鑿巖臺車，符合施工的具體需要。為了更好的控制隧道的超欠挖，開挖進尺較短時使用長眼爆破的方式，開挖進尺較長時使用短眼爆破，同時在鑿巖臺車施工的過程中，為了讓效率提高可以增設一定的吊籃，保證工效比達到最優(yōu)，符合當前施工過程中的具體需求。

參考文獻：

[1] 萬姜林，李檜祥，時圣文.單線鐵路長隧道機械化配套與快速施工技術[J].中國鐵道科學，2002（3）：108～114.