鑿巖臺車在隧道施工中的應用前景

周 磊

中鐵十七局集團第二工程有限公司 陜西 西安 710000

隨著勞動力成本的上升和專業技能人員短缺,在隧道施工中,傳統的手風鉆施工已不能滿足國家對環保、經濟性和高安全質量的要求,而三臂鑿巖臺車施工作業效率高、環境污染少、消耗能量少、勞動力需求少、勞動強度低、安全系數較高,是當前階段極其適用于隧道施工的全自動機械設備。目前的鑿巖臺車生產企業中以瑞典AtlasCopco公司和芬蘭Tamrock公司最具代表性,占有60%以上的市場份額。我公司在興泉鐵路、昭盧公路項目施工中,先后投入使用,效果明顯,大大提高了施工效率,節約了生產成本。本文結合目前隧道施工主要開挖手段,分析鑿巖臺車的優缺點,全面剖析鑿巖臺車在隧道開挖中的可行性和經濟性。

1 鑿巖臺車和傳統風鉆開挖對比分析

1.1 鉆孔速度方面 鑿巖臺車比風鉆鑿巖速度快50%以上,總體施工進度比人工開挖快30%以上,可以實現多孔同時推進,一次成多孔,大大減少鉆孔時間,同時因鉆桿定位迅速準確,而且不需要搭建輔助工作平臺,這樣可以大大節約鉆孔時間。

鑿巖臺車施工方式下,設備較傳統工藝優勢不明顯,主要因為鑿巖臺車操作平臺裝藥速度慢,仍然需要開挖臺車配合,另外隧道位于巖溶發育區,圍巖節理 裂隙發育破碎,鑿巖臺車為沖擊式鉆孔,對孔壁巖體破壞較大,容易出現塌孔無法裝藥,需人工吹孔方可裝藥,因此工序增加,抵消了鑿巖臺車鉆孔快的優勢。

1.2 安全性能方面 鑿巖臺車開挖工作面人員密度小,且主要操作人員處于鑿巖臺車操作室的保護之下,降低了掌子 面落石傷人的危險性。鑿巖臺車采用閉式油路系統,消除了氣動鑿巖機排氣時發出的高分貝噪音,沒有手風鉆排出的濕霧廢氣,空氣相對較為清新,安全性更高。操作入員在駕駛室內進行操作,有隔音等效果,改善了操作人員的環境條件。

鑿巖臺車噪聲小,不會排出油霧和有害氣體。與風鉆鑿巖相比,鑿巖臺車還具有動力消耗少、能量利率高、鑿巖效率高、沒有排氣噪聲等優點。但是,液壓鑿巖機產生的噪聲聲壓級仍高90d B(A),達到100d B(A)左右,且聲能主要集中于1k Hz一5k Hz頻率段,仍在人耳敏感頻率范圍內。若不采取噪聲防護措施,對施工人員的身體健康仍然有害。

1.3 施工質量方面 鑿巖臺車的鉆桿一旦固定后 鉆桿可按水平或固定傾角推進,這與人工控制鉆桿相比,大大提高鉆孔質量,減少超挖量,且開挖成型比人工開挖要好。

1.4 適用性方面 傳統的風鉆施工可以應對各種級別的圍巖,但鑿巖臺車只適用于硬質圍巖。一般來說三臂鑿巖臺車對于硬巖使用效果更佳,但由于隧道圍巖分級都是分區分段,針對較軟圍巖,如何確保機械化施工,將是急需解決的問題。

1.5 設備投入方面 鑿巖臺車造價貴,一次性成本投入高,需要較高的工程造價來支持。例如一臺阿特拉斯三臂鑿巖臺車,購置費用單臺均在700萬元以上,而且配件費用也很高,造成維護費用很高。

1.6 能耗方面 鑿巖臺車較傳統工藝有明顯優勢,設備自身配置空壓機,可不用外接空壓機,功率173k W,因此設備省電優勢明顯。但設備對電力設施要求較高,由于電壓隨著隧道進尺的增加會有明顯的壓降損失,經計算隧道開挖至700m時電壓將不能滿足鑿巖臺車使用。

2 鑿巖臺車廣泛應用的關鍵因素

2.1 一般來說三臂鑿巖臺車對于硬巖使用效果更佳,但由于隧道圍巖分級都是分區分段,針對較軟圍巖,如何確保機械化施工,將是急需解決的問題。根據設備施工“欺硬怕軟”的特點,機械化隧道施工應選擇以III級圍巖為主且隧道長度大于3km的隧道較好。

2.2 熟練的技術工人是隧道機械化施工必不可少的條件。目前我國施工企業在隧道施工中大量使用農民工施工,而三臂鑿巖臺車的技術復雜程度較高,管理和維護需要一大批符合要求的熟練的技術工人。自行培養人員,施工任務不飽滿,人員技能往往半道夭折。從廠家聘用操作手,工資過高。建議集團公司成立專業技能人員管理中心,統一管理,統一調度,防止人才流失。

2.3 大幅降低隧道機械化設備成本是關鍵。國家從80年代引進隧道機械化施工設備,其設備的采購成本和使用成本過高是目前隧道機械化沒能推廣的重要原因。

2.4 國家對隧道施工安全、健康和環境進行更嚴格的管控。隧道機械化施工可大幅降低工人的安全風險和勞動強度,對粉塵等施工環境的改善是卓有成效。

3 結論

鑒于國內現狀,由于手風鉆操作手的工資較低,而臺車的初期投資成本較高,故手風鉆在現階段仍具有較大的成本優勢,但隨著國內生活水平的提高,人工費用的上漲,手風鉆的低成本優勢將不復存在,反觀國外的情況,同樣也是采用手風鉆+鉆孔平臺的方法進行隧道施工,但隨著人工成本上升和各項環保、健康和安全的要求,手風鉆最終被臺車所取代,在國外的隧道施工中銷聲匿跡。當然在工程施工領域,如果我們的人力資源不能適應先進的設備,類似全電腦臺車這類先進設備就應該慎用,應該選擇適合實際施丁情況的設備,手氣鉆或普通鑿巖臺車等。