凿岩台车在隧道施工中的应用前景

周 磊

中铁十七局集团第二工程有限公司 陕西 西安 710000

随着劳动力成本的上升和专业技能人员短缺,在隧道施工中,传统的手风钻施工已不能满足国家对环保、经济性和高安全质量的要求,而三臂凿岩台车施工作业效率高、环境污染少、消耗能量少、劳动力需求少、劳动强度低、安全系数较高,是当前阶段极其适用于隧道施工的全自动机械设备。目前的凿岩台车生产企业中以瑞典AtlasCopco公司和芬兰Tamrock公司最具代表性,占有60%以上的市场份额。我公司在兴泉铁路、昭卢公路项目施工中,先后投入使用,效果明显,大大提高了施工效率,节约了生产成本。本文结合目前隧道施工主要开挖手段,分析凿岩台车的优缺点,全面剖析凿岩台车在隧道开挖中的可行性和经济性。

1 凿岩台车和传统风钻开挖对比分析

1.1 钻孔速度方面 凿岩台车比风钻凿岩速度快50%以上,总体施工进度比人工开挖快30%以上,可以实现多孔同时推进,一次成多孔,大大减少钻孔时间,同时因钻杆定位迅速准确,而且不需要搭建辅助工作平台,这样可以大大节约钻孔时间。

凿岩台车施工方式下,设备较传统工艺优势不明显,主要因为凿岩台车操作平台装药速度慢,仍然需要开挖台车配合,另外隧道位于岩溶发育区,围岩节理 裂隙发育破碎,凿岩台车为冲击式钻孔,对孔壁岩体破坏较大,容易出现塌孔无法装药,需人工吹孔方可装药,因此工序增加,抵消了凿岩台车钻孔快的优势。

1.2 安全性能方面 凿岩台车开挖工作面人员密度小,且主要操作人员处于凿岩台车操作室的保护之下,降低了掌子 面落石伤人的危险性。凿岩台车采用闭式油路系统,消除了气动凿岩机排气时发出的高分贝噪音,没有手风钻排出的湿雾废气,空气相对较为清新,安全性更高。操作入员在驾驶室内进行操作,有隔音等效果,改善了操作人员的环境条件。

凿岩台车噪声小,不会排出油雾和有害气体。与风钻凿岩相比,凿岩台车还具有动力消耗少、能量利率高、凿岩效率高、没有排气噪声等优点。但是,液压凿岩机产生的噪声声压级仍高90d B(A),达到100d B(A)左右,且声能主要集中于1k Hz一5k Hz频率段,仍在人耳敏感频率范围内。若不采取噪声防护措施,对施工人员的身体健康仍然有害。

1.3 施工质量方面 凿岩台车的钻杆一旦固定后 钻杆可按水平或固定倾角推进,这与人工控制钻杆相比,大大提高钻孔质量,减少超挖量,且开挖成型比人工开挖要好。

1.4 适用性方面 传统的风钻施工可以应对各种级别的围岩,但凿岩台车只适用于硬质围岩。一般来说三臂凿岩台车对于硬岩使用效果更佳,但由于隧道围岩分级都是分区分段,针对较软围岩,如何确保机械化施工,将是急需解决的问题。

1.5 设备投入方面 凿岩台车造价贵,一次性成本投入高,需要较高的工程造价来支持。例如一台阿特拉斯三臂凿岩台车,购置费用单台均在700万元以上,而且配件费用也很高,造成维护费用很高。

1.6 能耗方面 凿岩台车较传统工艺有明显优势,设备自身配置空压机,可不用外接空压机,功率173k W,因此设备省电优势明显。但设备对电力设施要求较高,由于电压随着隧道进尺的增加会有明显的压降损失,经计算隧道开挖至700m时电压将不能满足凿岩台车使用。

2 凿岩台车广泛应用的关键因素

2.1 一般来说三臂凿岩台车对于硬岩使用效果更佳,但由于隧道围岩分级都是分区分段,针对较软围岩,如何确保机械化施工,将是急需解决的问题。根据设备施工“欺硬怕软”的特点,机械化隧道施工应选择以III级围岩为主且隧道长度大于3km的隧道较好。

2.2 熟练的技术工人是隧道机械化施工必不可少的条件。目前我国施工企业在隧道施工中大量使用农民工施工,而三臂凿岩台车的技术复杂程度较高,管理和维护需要一大批符合要求的熟练的技术工人。自行培养人员,施工任务不饱满,人员技能往往半道夭折。从厂家聘用操作手,工资过高。建议集团公司成立专业技能人员管理中心,统一管理,统一调度,防止人才流失。

2.3 大幅降低隧道机械化设备成本是关键。国家从80年代引进隧道机械化施工设备,其设备的采购成本和使用成本过高是目前隧道机械化没能推广的重要原因。

2.4 国家对隧道施工安全、健康和环境进行更严格的管控。隧道机械化施工可大幅降低工人的安全风险和劳动强度,对粉尘等施工环境的改善是卓有成效。

3 结论

鉴于国内现状,由于手风钻操作手的工资较低,而台车的初期投资成本较高,故手风钻在现阶段仍具有较大的成本优势,但随着国内生活水平的提高,人工费用的上涨,手风钻的低成本优势将不复存在,反观国外的情况,同样也是采用手风钻+钻孔平台的方法进行隧道施工,但随着人工成本上升和各项环保、健康和安全的要求,手风钻最终被台车所取代,在国外的隧道施工中销声匿迹。当然在工程施工领域,如果我们的人力资源不能适应先进的设备,类似全电脑台车这类先进设备就应该慎用,应该选择适合实际施丁情况的设备,手气钻或普通凿岩台车等。