三臂凿岩台车在铁路隧道施工中的应用管理

2021-04-14王增帅

中国设备工程 2021年7期

王增帅

（中交隧道工程局有限公司南京分公司，江苏南京 210001）

在铁路隧道施工成本中占有较大比重的部分为开挖成本，要想降低项目成本，关键是减少施工人员数量降低安全风险并对超挖等问题进行控制。现阶段，用三臂凿岩台车代替人工开挖实现机械化施工是大势所趋，这是因为三臂凿岩台车减少了开挖人数，降低了安全风险，提高了开挖掘进进尺速度。

1 项目概述

为给隧道提供高效且安全的施工环境，近年三臂凿岩台车常被用来对隧道进行开挖作业。本文所讨论安民隧道全长约14000m，区段划分情况见图1。其中，Ⅱ级围岩的占比为55.4%；Ⅲ级围岩的占比约33.8；Ⅳ级围岩的占比约8.6%；Ⅴ级围岩的占比约2.1%。项目所在区域的不良地质，主要是岩溶和岩溶水，此外，还有少量软弱岩及软弱夹层存在。作为风险等级为Ⅰ级的隧道，本项目面临着时间紧和任务重的双重挑战，由于项目地处中低山区，地表水多来自道太溪以及安民溪，较好的径流条件，无形中增加了项目施工难度，涌水量过大的问题始终困扰着施工人员，种种不利因素导致正洞开挖困难，进尺速度慢，为保证施工工期，增加施工工作面，对围岩较好的平导洞利用三臂台车进行全断面开挖，加快了施工进度。

图1 安民隧道区段划分图

2 三臂凿岩台车施工优势

2.1 功能配置完善

随着自动化换人、机械化换人政策的落实，施工效率与安全性得到了明显提高。较于人工开挖用气腿式风钻，三臂凿岩台车的功能配置更加完善，主要体现在大管棚钻孔和超前水平钻及锚杆施工等方面，施工单位无须单独对管棚钻机、水平钻设施进行购买，施工成本自然能够得到较为明显的降低。此外，台车还可被用来开展注浆钻孔作业，施工人员只需对配套钻头进行更换，便可完成相关工作，钻眼角度也能够得到保证。

2.2 钻孔速度快

人工风风钻开挖，需多人同时施工，进尺深度3.2～3.3m左右，钻孔速度2.5min/根，三臂凿岩台车每次进尺深度4.5m/左右，钻孔速度1.5min/根，开挖速度大大提高，加快施工进度，缩短施工工期。

2.3 其他优势

首先，利用凿岩台车对工作面进行开挖，通常只需要几位操作人员前往现场，并且有防护顶棚为操作人员提供保护，可以有效降低落石给人员安全带来威胁的概率，人员在机器操作台操作，远离掌子面，安全风险大大降低。其次，三臂凿岩台车较人工风钻施工相比较，缩短了安装风钻、人工开挖台车就位等其他操作流程且钻孔质量得到了显著提高。最后，凿岩台车对资源的配置更加科学，缩短开挖循环周期，一定程度上降低了施工成本。

3 三臂凿岩台车施工管理要点

3.1 智能钻孔

三臂凿岩台车可以三臂同时钻孔。实际施工强调根据隧道断面设计最合理的炮眼布局图，逐项完成找点、打眼和清孔工作，本项目使用三臂凿岩台车，每个钻臂只需花费1.5min，便能够得到4.5m深的钻孔。现将其施工流程及管理要点归纳如下，供相关人员参考。

首先，对场地进行平整，在台车到达指定位置后，台车支撑定位、调整台车电压等一系列准备工作，确保台车稳定正常工作。操作人员就位，根据测量人员在掌子面标记的钻孔布局位置，利用三臂凿台车进行钻孔，在退钻的同时，利用高压水将钻杆多次正反转彻底清理孔内杂物，为下一步孔内填充爆破炸药提供便利，本项目使用的乳化炸药直径φ40mm，乳化炸药由爆破人员提前用塑料胶带有规则的绑扎在竹片上，台车钻眼成孔后，爆破员随时装药，实现钻孔、装药同步进行，大大缩短开挖循环周期。

3.2 勘探地质

本项目所用三臂凿岩台车的加杆系统，由钻杆库、加杆器构成，利用其进行超前探孔，通常使用φ64mm和φ102mm钻头，φ64mm钻头平均10min可完成20m探孔作业，φ102mm钻头根据围岩不同平均40～60min可以完成20m探孔作业。在此过程中，施工人员可以经由操作系统，对水压流速、钻杆扭矩与钻进速率进行了解，并利用地质分析软件，通过复原施工区域地质的方式，获得真实且准确的地质报告。

3.3 高空作业

台车吊篮臂向-30°～60°的范围推进，将摆动范围控制在-45°～45°，通过灵活控制的方式，提高定位的准确性。本项目适用吊篮的规格是2m×1.2m，要想确保施工安全，工作负荷不得超过450kg。另外，三臂凿岩台车内设连接高压空气、高压水的接口，旨在使高空作业所提出需求得到满足，例如，辅助检测、清理撬毛、安装锚杆与注浆。而在吊篮上部，对伸缩顶棚设置的目的，主要是为高空作业人员的安全提供保障。

3.4 锚杆施工

本项目所开展锚杆施工流程如下：第一步，利用风钻/锚杆钻机进行钻孔；第二步，根据锚杆位置选择注浆工艺，拱部为双管排气注浆，侧墙为单管注浆，设备以高压注浆泵为主。此外，台车钻臂的摆动范围是-45°～45°，升降范围是-30°～60°，推进梁的旋转范围是360°，其倾斜范围则是0°～110°。这样设计的目的，主要是确保各类锚杆对钻孔角度及位置所提出需求均能够得到满足。

3.5 配件消耗管理

三臂凿岩台车在使用过程中，如何管理好、使用好、保养好是非常重要的一部分。对铁路隧道进行施工，三臂凿岩台车往往需要消耗大量钻杆和钻头，同时，要随时检查凿岩机、油路等系统。要想将施工成本控制在合理范围内，关键是严格按照三臂凿岩台车保养手册定期保养，加大配件消耗管理力度，对本项目而言，以下内容应当引起管理人员重视：第一，成立三臂台车管理领导小组，定期检查；第二，定期保养台车，确保其能够长期处于正常运行状态，尽量延长台车使用寿命；第三，通过定期组织培训的方式，对操作人员能力和素质进行提高，使其操作更具规范性与科学性；第四，设置三臂台车维保专人，建立奖罚制度，同一班组人员要做到定期学习，做到会使用、会保养，会维修，同时，做好交接班制度。保证三臂台车正常运转；第五，建立配件消耗制度，做好配件收发台账，领用配件做到以旧换新，严格控制配件消耗，同时，根据工程施工情况，储存适量易损、易耗配件，避免出现配件供应不足，导致工期被延误的情况。

3.6 定期保养台车

待炮孔施钻成孔、装药完毕后，施工人员便可操控台车退出。此前，需要将水源、电源切断，卷好电缆和水管，并对其他材料机具进行整理，随后，再将台车退到指定位置，进行全面检查与保养。另外，在项目施工过程中，如果电压不稳、水位下降过快和间隙出水等情况，施工人员应立即停止施工，对台车进行检查。事实证明，只有做到定期保养，才能确保台车正常运行。

对本项目所使用三臂凿岩台车而言，由于该台车三个臂进行了改装，通过改装臂长，利用斜眼掏槽，更好地控制炮眼位置布局，有效控制超挖，保证施工效率，降低开挖后湿喷混凝土的消耗，控制施工成本。要想在施工过程中充分利用好三臂凿岩台车，必须保证凿岩台车的良好运行，因此，对台车进行保养很有必要，根据现场施工实际情况，考虑单线隧道施工特点等各种因素，项目部专门修订三臂凿岩台车管理办法、对凿岩台车的使用、维修、保养制定详细的管理细则及责任划分，成立维修保养小组，做好交接管理手续，确保每天每辆台车都能够接受2～4h的强制保养。另外，同时，管理人员做好维修保养计划及维修保养台账，旨在减小台车出现故障的概率，为施工质效提供有力保障。