三臂鑿巖臺車在鐵路隧道施工中的應(yīng)用管理

王增帥

（中交隧道工程局有限公司南京分公司，江蘇 南京 210001）

在鐵路隧道施工成本中占有較大比重的部分為開挖成本，要想降低項目成本，關(guān)鍵是減少施工人員數(shù)量降低安全風(fēng)險并對超挖等問題進(jìn)行控制。現(xiàn)階段，用三臂鑿巖臺車代替人工開挖實現(xiàn)機(jī)械化施工是大勢所趨，這是因為三臂鑿巖臺車減少了開挖人數(shù)，降低了安全風(fēng)險，提高了開挖掘進(jìn)進(jìn)尺速度。

1 項目概述

為給隧道提供高效且安全的施工環(huán)境，近年三臂鑿巖臺車常被用來對隧道進(jìn)行開挖作業(yè)。本文所討論安民隧道全長約14000m，區(qū)段劃分情況見圖1。其中，Ⅱ級圍巖的占比為55.4%；Ⅲ級圍巖的占比約33.8；Ⅳ級圍巖的占比約8.6%；Ⅴ級圍巖的占比約2.1%。項目所在區(qū)域的不良地質(zhì)，主要是巖溶和巖溶水，此外，還有少量軟弱巖及軟弱夾層存在。作為風(fēng)險等級為Ⅰ級的隧道，本項目面臨著時間緊和任務(wù)重的雙重挑戰(zhàn)，由于項目地處中低山區(qū)，地表水多來自道太溪以及安民溪，較好的徑流條件，無形中增加了項目施工難度，涌水量過大的問題始終困擾著施工人員，種種不利因素導(dǎo)致正洞開挖困難，進(jìn)尺速度慢，為保證施工工期，增加施工工作面，對圍巖較好的平導(dǎo)洞利用三臂臺車進(jìn)行全斷面開挖，加快了施工進(jìn)度。

圖1 安民隧道區(qū)段劃分圖

2 三臂鑿巖臺車施工優(yōu)勢

2.1 功能配置完善

隨著自動化換人、機(jī)械化換人政策的落實，施工效率與安全性得到了明顯提高。較于人工開挖用氣腿式風(fēng)鉆，三臂鑿巖臺車的功能配置更加完善，主要體現(xiàn)在大管棚鉆孔和超前水平鉆及錨桿施工等方面，施工單位無須單獨對管棚鉆機(jī)、水平鉆設(shè)施進(jìn)行購買，施工成本自然能夠得到較為明顯的降低。此外，臺車還可被用來開展注漿鉆孔作業(yè)，施工人員只需對配套鉆頭進(jìn)行更換，便可完成相關(guān)工作，鉆眼角度也能夠得到保證。

2.2 鉆孔速度快

人工風(fēng)風(fēng)鉆開挖，需多人同時施工，進(jìn)尺深度3.2～3.3m左右，鉆孔速度2.5min/根，三臂鑿巖臺車每次進(jìn)尺深度4.5m/左右，鉆孔速度1.5min/根，開挖速度大大提高，加快施工進(jìn)度，縮短施工工期。

2.3 其他優(yōu)勢

首先，利用鑿巖臺車對工作面進(jìn)行開挖，通常只需要幾位操作人員前往現(xiàn)場，并且有防護(hù)頂棚為操作人員提供保護(hù)，可以有效降低落石給人員安全帶來威脅的概率，人員在機(jī)器操作臺操作，遠(yuǎn)離掌子面，安全風(fēng)險大大降低。其次，三臂鑿巖臺車較人工風(fēng)鉆施工相比較，縮短了安裝風(fēng)鉆、人工開挖臺車就位等其他操作流程且鉆孔質(zhì)量得到了顯著提高。最后，鑿巖臺車對資源的配置更加科學(xué)，縮短開挖循環(huán)周期，一定程度上降低了施工成本。

3 三臂鑿巖臺車施工管理要點

3.1 智能鉆孔

三臂鑿巖臺車可以三臂同時鉆孔。實際施工強調(diào)根據(jù)隧道斷面設(shè)計最合理的炮眼布局圖，逐項完成找點、打眼和清孔工作，本項目使用三臂鑿巖臺車，每個鉆臂只需花費1.5min，便能夠得到4.5m深的鉆孔。現(xiàn)將其施工流程及管理要點歸納如下，供相關(guān)人員參考。

首先，對場地進(jìn)行平整，在臺車到達(dá)指定位置后，臺車支撐定位、調(diào)整臺車電壓等一系列準(zhǔn)備工作，確保臺車穩(wěn)定正常工作。操作人員就位，根據(jù)測量人員在掌子面標(biāo)記的鉆孔布局位置，利用三臂鑿臺車進(jìn)行鉆孔，在退鉆的同時，利用高壓水將鉆桿多次正反轉(zhuǎn)徹底清理孔內(nèi)雜物，為下一步孔內(nèi)填充爆破炸藥提供便利，本項目使用的乳化炸藥直徑φ40mm，乳化炸藥由爆破人員提前用塑料膠帶有規(guī)則的綁扎在竹片上，臺車鉆眼成孔后，爆破員隨時裝藥，實現(xiàn)鉆孔、裝藥同步進(jìn)行，大大縮短開挖循環(huán)周期。

3.2 勘探地質(zhì)

本項目所用三臂鑿巖臺車的加桿系統(tǒng)，由鉆桿庫、加桿器構(gòu)成，利用其進(jìn)行超前探孔，通常使用φ64mm和φ102mm鉆頭，φ64mm鉆頭平均10min可完成20m探孔作業(yè)，φ102mm鉆頭根據(jù)圍巖不同平均40～60min可以完成20m探孔作業(yè)。在此過程中，施工人員可以經(jīng)由操作系統(tǒng)，對水壓流速、鉆桿扭矩與鉆進(jìn)速率進(jìn)行了解，并利用地質(zhì)分析軟件，通過復(fù)原施工區(qū)域地質(zhì)的方式，獲得真實且準(zhǔn)確的地質(zhì)報告。

3.3 高空作業(yè)

臺車吊籃臂向-30°～60°的范圍推進(jìn)，將擺動范圍控制在-45°～45°，通過靈活控制的方式，提高定位的準(zhǔn)確性。本項目適用吊籃的規(guī)格是2m×1.2m，要想確保施工安全，工作負(fù)荷不得超過450kg。另外，三臂鑿巖臺車內(nèi)設(shè)連接高壓空氣、高壓水的接口，旨在使高空作業(yè)所提出需求得到滿足，例如，輔助檢測、清理撬毛、安裝錨桿與注漿。而在吊籃上部，對伸縮頂棚設(shè)置的目的，主要是為高空作業(yè)人員的安全提供保障。

3.4 錨桿施工

本項目所開展錨桿施工流程如下：第一步，利用風(fēng)鉆/錨桿鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔；第二步，根據(jù)錨桿位置選擇注漿工藝，拱部為雙管排氣注漿，側(cè)墻為單管注漿，設(shè)備以高壓注漿泵為主。此外，臺車鉆臂的擺動范圍是-45°～45°，升降范圍是-30°～60°，推進(jìn)梁的旋轉(zhuǎn)范圍是360°，其傾斜范圍則是0°～110°。這樣設(shè)計的目的，主要是確保各類錨桿對鉆孔角度及位置所提出需求均能夠得到滿足。

3.5 配件消耗管理

三臂鑿巖臺車在使用過程中，如何管理好、使用好、保養(yǎng)好是非常重要的一部分。對鐵路隧道進(jìn)行施工，三臂鑿巖臺車往往需要消耗大量鉆桿和鉆頭，同時，要隨時檢查鑿巖機(jī)、油路等系統(tǒng)。要想將施工成本控制在合理范圍內(nèi)，關(guān)鍵是嚴(yán)格按照三臂鑿巖臺車保養(yǎng)手冊定期保養(yǎng)，加大配件消耗管理力度，對本項目而言，以下內(nèi)容應(yīng)當(dāng)引起管理人員重視：第一，成立三臂臺車管理領(lǐng)導(dǎo)小組，定期檢查；第二，定期保養(yǎng)臺車，確保其能夠長期處于正常運行狀態(tài)，盡量延長臺車使用壽命；第三，通過定期組織培訓(xùn)的方式，對操作人員能力和素質(zhì)進(jìn)行提高，使其操作更具規(guī)范性與科學(xué)性；第四，設(shè)置三臂臺車維保專人，建立獎罰制度，同一班組人員要做到定期學(xué)習(xí)，做到會使用、會保養(yǎng)，會維修，同時，做好交接班制度。保證三臂臺車正常運轉(zhuǎn)；第五，建立配件消耗制度，做好配件收發(fā)臺賬，領(lǐng)用配件做到以舊換新，嚴(yán)格控制配件消耗，同時，根據(jù)工程施工情況，儲存適量易損、易耗配件，避免出現(xiàn)配件供應(yīng)不足，導(dǎo)致工期被延誤的情況。

3.6 定期保養(yǎng)臺車

待炮孔施鉆成孔、裝藥完畢后，施工人員便可操控臺車退出。此前，需要將水源、電源切斷，卷好電纜和水管，并對其他材料機(jī)具進(jìn)行整理，隨后，再將臺車退到指定位置，進(jìn)行全面檢查與保養(yǎng)。另外，在項目施工過程中，如果電壓不穩(wěn)、水位下降過快和間隙出水等情況，施工人員應(yīng)立即停止施工，對臺車進(jìn)行檢查。事實證明，只有做到定期保養(yǎng)，才能確保臺車正常運行。

對本項目所使用三臂鑿巖臺車而言，由于該臺車三個臂進(jìn)行了改裝，通過改裝臂長，利用斜眼掏槽，更好地控制炮眼位置布局，有效控制超挖，保證施工效率，降低開挖后濕噴混凝土的消耗，控制施工成本。要想在施工過程中充分利用好三臂鑿巖臺車，必須保證鑿巖臺車的良好運行，因此，對臺車進(jìn)行保養(yǎng)很有必要，根據(jù)現(xiàn)場施工實際情況，考慮單線隧道施工特點等各種因素，項目部專門修訂三臂鑿巖臺車管理辦法、對鑿巖臺車的使用、維修、保養(yǎng)制定詳細(xì)的管理細(xì)則及責(zé)任劃分，成立維修保養(yǎng)小組，做好交接管理手續(xù)，確保每天每輛臺車都能夠接受2～4h的強制保養(yǎng)。另外，同時，管理人員做好維修保養(yǎng)計劃及維修保養(yǎng)臺賬，旨在減小臺車出現(xiàn)故障的概率，為施工質(zhì)效提供有力保障。

4 結(jié)語

通過上文的分析能夠看出，在隧道規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大的當(dāng)下，機(jī)械施工是確保其盡快投入運行的必然選擇，而三臂鑿巖臺車作為機(jī)械施工不可缺少的設(shè)備，具有施工速度快、投入施工人員少、安全風(fēng)險系數(shù)低、質(zhì)量佳等優(yōu)勢，現(xiàn)階段，該設(shè)備主要被用來為鐵路隧道施工提供開挖，全面掌握臺車優(yōu)勢并對其加以應(yīng)用，其現(xiàn)實意義有目共睹。