基于安全環保理念的錨桿鉆孔機械比選

胥順友

【摘 要】隨著城鎮化的飛速發展，市政基礎設施建設的步伐不斷加快。在市政道路工程中，為了確保運營的安全、穩固，邊坡支護是施工技術管控的重點。文章以重慶某市政道路工程為例，介紹了高邊坡支護工程中錨桿鉆孔施工方法，并對幾種不同的鉆孔機械從安全生產、環境保護及作業人員職業健康方面進行經濟技術比較，從而選擇更有利的施工方式。

【關鍵詞】安全環保;錨桿;鉆孔機械;比選

【中圖分類號】TU753 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）04-0085-03

0 引言

國家推動成渝地區雙城經濟圈建設以來，川渝地區市政基礎設施建設發展迅速。在市政道路工程中，根據當地特有的地形地貌特征，為了土石方填挖平衡或者“造地”需要，出現大量的深挖路塹及高填路堤邊坡。為了確保工程建設和運營安全，應十分重視邊坡支護。常用的支護結構形式有重力式擋墻、扶壁式擋墻、懸臂式擋墻、板肋式或格構式錨桿擋墻支護、排樁式錨桿擋墻支護、錨噴支護、坡率法等[1]。本文以重慶市萬州區塘坊新城區渝巴路東二段工程為例，對錨桿格構框架梁邊坡支護中幾種不同的鉆孔機械，從安全生產、環境保護及作業人員職業健康方面進行經濟技術比較，以期做出更加有利的選擇。

該工程有多處高切方邊坡，施工難度最大的為3號高邊坡，其垂直高度為129 m，從坡底至坡頂共分10級，每級12 m（第10級增設9 m高樁板式擋墻，確保頂端110 kV高壓線塔安全穩定），級與級之間設2 m寬的平臺，第10級至第9級采用1∶0.75坡率，第8級至第1級采用1∶1.0坡率分階放坡，位于底部的第1級坡面長度約600 m，是目前西南地區市政道路中工程量最大的路塹邊坡。

邊坡土體厚度0.2～1.4 m，巖體為砂、泥巖，為巖質邊坡，坡向為317°，坡角為45°～53°，邊坡安全等級為一級。采用“錨桿格構框架梁+錨桿掛網噴漿”防護，格網規格為2.5 m×2.5 m，呈方形布置，各級坡面格構梁交匯處均設置1φ25 mm的錨桿，錨入邊坡完整中風化巖層長度不小于8 m控制。網格內坡面采用C25錨噴支護，厚120 mm，內置φ10 mm@150 mm×150 mm的單層鋼筋網，掛網錨桿采用1φ16 mm，間距@1.5 m×1.5 m，邊坡坡腳設置護腳墻。

全坡面共有大錨桿孔6 540個、55 590延長米，小錨桿孔13 080個、13 080延長米，采用壓縮空氣動力潛孔鉆無水干鉆成孔，錨桿孔相關參數見表1。在錨孔鉆進及成孔過程中，存在著相應的安全風險、環境及職業危害因素，對作業人員的人身安全、職業健康及周邊環境構成了一定程度的威脅。

1 風險辨識

錨桿鉆孔在坡面開挖完畢，清除坡面危石、浮土并對坡面平整度檢測合格之后進行，其工藝流程如下：施工準備→測量放線→搭設作業平臺（如需要）→鉆機就位→鉆孔和記錄→錨孔清理→錨孔檢驗→臨時封端[2]。

錨桿孔鉆進所用施工機械主要為錨桿鉆機，配套空氣壓縮機提供工作動力，其主要應用于水利、水電、鐵路、公路等各類工程的邊坡支護作業鉆孔，以及地質災害防治中的滑坡體治理和危巖體錨固施工（特別適合高邊坡巖體錨固工程），還適用于城市地鐵車站和高大建筑物的深基坑支護、抗浮錨桿及地基灌漿加固工程孔、爆破工程的爆破孔、隧道管棚支護孔等。

錨桿鉆孔主要的作業內容包括搭設作業平臺（如需要）、鉆機就位及固定、用電、司鉆、更換鉆桿、使用壓縮空氣、清孔除雜等。按作業類別劃分，涉及高處作業、機械作業、臨時用電、人力搬運等。根據作業類別的特點及屬性，容易辨識出安全風險為高處墜落、物體打擊、機械傷害、觸電，環保及職業健康風險為噪聲及揚塵。

本著“安全生產、人人有責”“安全第一、預防為主”的原則，安全生產工作實行“管行業必須管安全、管業務必須管安全、管生產經營必須管安全”的原則，必須強化風險辨識及措施預控，落實全員安全生產責任。注重從消除物的不安全狀態方面，即如何通過改變作業方式，以經濟技術的先進合理確保機械安全。

2 鉆孔機械比選

錨桿鉆機按其結構分為單體式、鉆車式、機載式;按動力分為電動式、氣動式、液壓式;按破巖方式分為回轉式、沖擊式、沖擊回轉式、回轉沖擊式等。與錨桿鉆機相配套的鉆具，因破巖方式不同會有所區別，總體而言有回轉類破巖鉆具、沖擊類破巖鉆具和回轉沖擊類破巖鉆具3種。

根據現場施工條件及班組作業習慣，施工期間先后采用幾種不同的鉆孔機械，分別為“開山”KQD100型支架式潛孔鉆機、“宏潤”HR15型履帶式潛孔鉆機及“志高”ZGYX-416型履帶式潛孔鉆機[3]。3種機械均需另配空壓機提供工作動力，但在工作效率、人機協調、安全性能、對職業健康及環境的友好程度方面各有特點。

2.1 KQD100型支架式潛孔鉆機

施工初期采用“開山”KQD100型支架式潛孔鉆機，該機由滑架部件、減速器部件、電機、推進氣缸、沖擊器、操縱部件和油霧器等組成，是將電能和壓縮空氣轉換成機械能破碎巖石實現成孔。通電后，電機產生的扭矩通過減速器部件帶動鉆具旋轉，壓縮空氣則經油霧器、氣動閥后，分為兩路：一路進入推進氣缸的前、后腔，其產生的軸向力通過氣缸活塞、導向桿帶動鉆具推進或提升;另一路則通過減速器部件內的風水管等進入沖擊器內部，從而實現沖擊鑿巖。其相關參數見表2。

該鉆機必須依靠腳手架提供作業平臺，作業時用卡扣固定于鋼管腳手架上，以腳手架及其自重抵抗鉆孔作業時產生的反作用力。整機質量達550 kg，無法人工搬運，只能依靠起重機或電動葫蘆進行吊裝，移動和定位均十分不便，工人操作比較吃力。由于鉆桿長度僅1 m，鉆進過程中需頻繁接長，勞動強度高、工效低、進度慢。

該鉆機在腳手架上操作，屬于高處作業，施工現場雖按規范將腳手板鋪滿鋪實并設置臨邊護欄，但因工人可能違章作業而依然存在高處墜落風險;電纜沿腳手架牽拉拖拽，存在觸電風險;操作人員與機械轉動部分未有效隔離，存在機械傷害風險。干式鉆孔產生大量粉塵，無法通過灑水或噴霧降塵（將導致腳手架濕滑形成新的安全隱患），揚塵較大對環保及工人職業健康均十分不利。

2.2 “宏潤”HR15型履帶式潛孔鉆機

為了提高施工生產效率，改善工人作業條件，將小型氣動潛孔鉆機更換為“宏潤”HR15型履帶式潛孔鉆機（相關參數見表3）。該鉆機采用“履帶式底盤+支腿固定+伸縮臂”作業平臺，結構新穎，行走方便，伸縮臂可將鉆進機構送到12 m高度坡面任意區域，具有機動性強、移動方便等優點。

該鉆機是沖擊回轉式鉆機，其內部結構與一般鑿巖機不同，其配氣和活塞往復機構是獨立的，即沖擊器前端直接連接鉆頭，后端連接鉆桿。鑿巖時沖擊器潛入孔內，通過配氣裝置（閥），使沖擊器內的活塞（錘體）往復運動打擊釬尾，使得鉆頭對孔底巖石產生一種回旋力。

該鉆機為履帶底盤自行臺車，一般施工場地均能通行和作業，行走機構與工作機構分離，工作時打開4個支腿固定，工作機構（含人工作業平臺）由液壓伸縮臂升降，移位、固定及作業平臺升降均依靠自身動力，機動性較好。工作時2人配合，其中1人在駕駛室操控機械升降，1人在伸縮臂頂端作業平臺司鉆。最大舉升高度為12 m，能滿足整一級坡面任意區域內的鉆孔施工。

該鉆機最大的優點是無需另設作業平臺，可在坡面開挖后、腳手架搭設前工作，使工序銜接更加緊湊，節約流水時間。經過測算，同等條件下，比腳手架上小型氣動潛孔鉆機節省1/3的時間;但其鉆桿長度同樣僅1 m，鉆進過程中仍需頻繁接長，勞動強度依然較高，工效提升不夠明顯。

由于“宏潤”HR15自身作業平臺臨邊護欄高度僅0.9 m，不滿足高處作業臨邊護欄高度不得低于1.2 m的規定，操作人員存在高處墜落風險，需另外佩戴安全帶[4];操作工位與機械工作部件未進行安全隔離，存在機械傷害風險;缺少配套除塵、降塵設施，鉆孔產生的揚塵污染和職業健康危害依然沒有得到解決。

2.3 “志高”ZGYX-416型履帶式潛孔鉆機

俗話說，“工欲善其事，必先利其器”。只有選擇一款條件性能相對較好的設備，才可能達到更好的施工效果。為了進一步提高工效、壓縮流水時間、增強安全保障、改善作業環境，有必要對錨桿鉆孔施工方法進行優化。

改12 m一級全坡面開挖為3～4 m一級分層小坡面開挖，即坡面錨桿鉆孔不必等待整個一級的坡面開挖完畢再進行，只要有足夠的作業空間就可以開始鉆孔。如此，則需配套選用一款機動性能更強、操作更簡便、工效更高的潛孔鉆機。

“志高”ZGYX-416型履帶式潛孔鉆機同為自行走，比HR15型鉆機小型輕便。該機型配置雙馬達回轉頭及回轉轉速可調多路閥，回轉扭矩可達1 950 N·m，回轉速度最高可達150 r/min。同時“志高”ZGYX-416系列機型標配工程履帶、柱塞馬達，使得機動能力更強，工作更加穩定可靠。該鉆機伸縮臂僅有工作機構，不設人員登高作業平臺，人員站在地面即可操作，因此無需支腿固定，移位更加靈活。理論上只需一小段坡面即可開始作業，實際操作中提供10～20 m長的坡面，避免開挖和鉆孔交叉作業。該鉆機具體參數見表4。

鉆桿長度為3 m，較前兩種機械相比，接長鉆桿次數極大減少。工作機構可隨意伸縮升降，司鉆人員操作更加靈活方便，鉆進作業1人即可操作。人員站立地面位于機械側后方操作，杜絕了高處作業;并且與鉆桿工作機構保持足夠的安全距離，大大降低機械傷害風險。其自帶100 L集塵器，鉆孔產生的粉塵通過負壓裝置進入集塵器，沉積后不再飛揚，可直接排放于現場土體[5]。

該鉆機最大的優點是能夠較早介入流水作業，進一步縮減工序銜接時間。根據現場實際操作，坡面土石方開挖1～2 d后即可開始錨桿鉆孔作業。由于鉆桿角度可隨意調整，因此能有效確保鉆孔角度。移動就位后不需支腿額外支撐即可固定，機動能力強，自動化程度高。經過測算，在相同條件下，比臺車履帶式潛孔鉆機節省一半時間。3種潛孔鉆機優缺點見表5。

3 結束語

綜上所述，ZGYX-416型履帶式潛孔鉆機具有鉆桿接長容易、操控方便、流水作業介入時間較早、機動靈活、人機和諧的特點，方便實用、安全可靠，在土質、巖質邊坡地層及不同鉆進方法的鉆孔施工實踐中，其優異的成孔性能和效果，成為邊坡支護施工不可或缺的“趁手兵器”，是踐行中交集團“機械化換人、自動化減人”理念的重要舉措。

該鉆機有效降低揚塵污染，既能保護環境做到文明施工，又有利于作業人員職業健康，綠色環保、優質高效，十分契合新時代“以人為本、綠色發展”新理念的要求。

隨著該鉆機的使用，配合3 m高度“化整為零”小坡面開挖方法，大大節省了開挖作業與邊坡支護工序銜接時間，提高了作業工效，加快了施工進度，改善了職業健康環境，確保了安全生產。

參 考 文 獻

[1]佴磊，徐燕，代樹林.邊坡工程[M].北京：科學出版社，2010.

[2]李秀榮.公路工程高邊坡防護技術及施工探討[J].交通世界（上旬刊），2020（5）：66-67.

[3]周志鴻，耿曉光，劉玉超.潛孔鉆機前沿技術與國內現狀[J].鑿巖機械氣動工具，2018（1）：53-59.

[4]JGJ 80—2016，建筑施工高處作業安全技術規范[S].

[5]中國核工業華興建設有限公司.一種鉆孔作業用集塵裝置[P].中國專利：CN201820122620.6，2018-10-12.