基于安全环保理念的锚杆钻孔机械比选

胥顺友

【摘 要】随着城镇化的飞速发展，市政基础设施建设的步伐不断加快。在市政道路工程中，为了确保运营的安全、稳固，边坡支护是施工技术管控的重点。文章以重庆某市政道路工程为例，介绍了高边坡支护工程中锚杆钻孔施工方法，并对几种不同的钻孔机械从安全生产、环境保护及作业人员职业健康方面进行经济技术比较，从而选择更有利的施工方式。

【关键词】安全环保;锚杆;钻孔机械;比选

【中图分类号】TU753 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）04-0085-03

0 引言

国家推动成渝地区双城经济圈建设以来，川渝地区市政基础设施建设发展迅速。在市政道路工程中，根据当地特有的地形地貌特征，为了土石方填挖平衡或者“造地”需要，出现大量的深挖路堑及高填路堤边坡。为了确保工程建设和运营安全，应十分重视边坡支护。常用的支护结构形式有重力式挡墙、扶壁式挡墙、悬臂式挡墙、板肋式或格构式锚杆挡墙支护、排桩式锚杆挡墙支护、锚喷支护、坡率法等[1]。本文以重庆市万州区塘坊新城区渝巴路东二段工程为例，对锚杆格构框架梁边坡支护中几种不同的钻孔机械，从安全生产、环境保护及作业人员职业健康方面进行经济技术比较，以期做出更加有利的选择。

該工程有多处高切方边坡，施工难度最大的为3号高边坡，其垂直高度为129 m，从坡底至坡顶共分10级，每级12 m（第10级增设9 m高桩板式挡墙，确保顶端110 kV高压线塔安全稳定），级与级之间设2 m宽的平台，第10级至第9级采用1∶0.75坡率，第8级至第1级采用1∶1.0坡率分阶放坡，位于底部的第1级坡面长度约600 m，是目前西南地区市政道路中工程量最大的路堑边坡。

边坡土体厚度0.2～1.4 m，岩体为砂、泥岩，为岩质边坡，坡向为317°，坡角为45°～53°，边坡安全等级为一级。采用“锚杆格构框架梁+锚杆挂网喷浆”防护，格网规格为2.5 m×2.5 m，呈方形布置，各级坡面格构梁交汇处均设置1φ25 mm的锚杆，锚入边坡完整中风化岩层长度不小于8 m控制。网格内坡面采用C25锚喷支护，厚120 mm，内置φ10 mm@150 mm×150 mm的单层钢筋网，挂网锚杆采用1φ16 mm，间距@1.5 m×1.5 m，边坡坡脚设置护脚墙。

全坡面共有大锚杆孔6 540个、55 590延长米，小锚杆孔13 080个、13 080延长米，采用压缩空气动力潜孔钻无水干钻成孔，锚杆孔相关参数见表1。在锚孔钻进及成孔过程中，存在着相应的安全风险、环境及职业危害因素，对作业人员的人身安全、职业健康及周边环境构成了一定程度的威胁。

1 风险辨识

锚杆钻孔在坡面开挖完毕，清除坡面危石、浮土并对坡面平整度检测合格之后进行，其工艺流程如下：施工准备→测量放线→搭设作业平台（如需要）→钻机就位→钻孔和记录→锚孔清理→锚孔检验→临时封端[2]。

锚杆孔钻进所用施工机械主要为锚杆钻机，配套空气压缩机提供工作动力，其主要应用于水利、水电、铁路、公路等各类工程的边坡支护作业钻孔，以及地质灾害防治中的滑坡体治理和危岩体锚固施工（特别适合高边坡岩体锚固工程），还适用于城市地铁车站和高大建筑物的深基坑支护、抗浮锚杆及地基灌浆加固工程孔、爆破工程的爆破孔、隧道管棚支护孔等。

锚杆钻孔主要的作业内容包括搭设作业平台（如需要）、钻机就位及固定、用电、司钻、更换钻杆、使用压缩空气、清孔除杂等。按作业类别划分，涉及高处作业、机械作业、临时用电、人力搬运等。根据作业类别的特点及属性，容易辨识出安全风险为高处坠落、物体打击、机械伤害、触电，环保及职业健康风险为噪声及扬尘。

本着“安全生产、人人有责”“安全第一、预防为主”的原则，安全生产工作实行“管行业必须管安全、管业务必须管安全、管生产经营必须管安全”的原则，必须强化风险辨识及措施预控，落实全员安全生产责任。注重从消除物的不安全状态方面，即如何通过改变作业方式，以经济技术的先进合理确保机械安全。

2 钻孔机械比选

锚杆钻机按其结构分为单体式、钻车式、机载式;按动力分为电动式、气动式、液压式;按破岩方式分为回转式、冲击式、冲击回转式、回转冲击式等。与锚杆钻机相配套的钻具，因破岩方式不同会有所区别，总体而言有回转类破岩钻具、冲击类破岩钻具和回转冲击类破岩钻具3种。

根据现场施工条件及班组作业习惯，施工期间先后采用几种不同的钻孔机械，分别为“开山”KQD100型支架式潜孔钻机、“宏润”HR15型履带式潜孔钻机及“志高”ZGYX-416型履带式潜孔钻机[3]。3种机械均需另配空压机提供工作动力，但在工作效率、人机协调、安全性能、对职业健康及环境的友好程度方面各有特点。

2.1 KQD100型支架式潜孔钻机

施工初期采用“开山”KQD100型支架式潜孔钻机，该机由滑架部件、减速器部件、电机、推进气缸、冲击器、操纵部件和油雾器等组成，是将电能和压缩空气转换成机械能破碎岩石实现成孔。通电后，电机产生的扭矩通过减速器部件带动钻具旋转，压缩空气则经油雾器、气动阀后，分为两路：一路进入推进气缸的前、后腔，其产生的轴向力通过气缸活塞、导向杆带动钻具推进或提升;另一路则通过减速器部件内的风水管等进入冲击器内部，从而实现冲击凿岩。其相关参数见表2。

该钻机必须依靠脚手架提供作业平台，作业时用卡扣固定于钢管脚手架上，以脚手架及其自重抵抗钻孔作业时产生的反作用力。整机质量达550 kg，无法人工搬运，只能依靠起重机或电动葫芦进行吊装，移动和定位均十分不便，工人操作比较吃力。由于钻杆长度仅1 m，钻进过程中需频繁接长，劳动强度高、工效低、进度慢。

该钻机在脚手架上操作，属于高处作业，施工现场虽按规范将脚手板铺满铺实并设置临边护栏，但因工人可能违章作业而依然存在高处坠落风险;电缆沿脚手架牵拉拖拽，存在触电风险;操作人员与机械转动部分未有效隔离，存在机械伤害风险。干式钻孔产生大量粉尘，无法通过洒水或喷雾降尘（将导致脚手架湿滑形成新的安全隐患），扬尘较大对环保及工人职业健康均十分不利。

2.2 “宏润”HR15型履带式潜孔钻机

为了提高施工生产效率，改善工人作业条件，将小型气动潜孔钻机更换为“宏润”HR15型履带式潜孔钻机（相关参数见表3）。该钻机采用“履带式底盘+支腿固定+伸縮臂”作业平台，结构新颖，行走方便，伸缩臂可将钻进机构送到12 m高度坡面任意区域，具有机动性强、移动方便等优点。

该钻机是冲击回转式钻机，其内部结构与一般凿岩机不同，其配气和活塞往复机构是独立的，即冲击器前端直接连接钻头，后端连接钻杆。凿岩时冲击器潜入孔内，通过配气装置（阀），使冲击器内的活塞（锤体）往复运动打击钎尾，使得钻头对孔底岩石产生一种回旋力。

该钻机为履带底盘自行台车，一般施工场地均能通行和作业，行走机构与工作机构分离，工作时打开4个支腿固定，工作机构（含人工作业平台）由液压伸缩臂升降，移位、固定及作业平台升降均依靠自身动力，机动性较好。工作时2人配合，其中1人在驾驶室操控机械升降，1人在伸缩臂顶端作业平台司钻。最大举升高度为12 m，能满足整一级坡面任意区域内的钻孔施工。

该钻机最大的优点是无需另设作业平台，可在坡面开挖后、脚手架搭设前工作，使工序衔接更加紧凑，节约流水时间。经过测算，同等条件下，比脚手架上小型气动潜孔钻机节省1/3的时间;但其钻杆长度同样仅1 m，钻进过程中仍需频繁接长，劳动强度依然较高，工效提升不够明显。

由于“宏润”HR15自身作业平台临边护栏高度仅0.9 m，不满足高处作业临边护栏高度不得低于1.2 m的规定，操作人员存在高处坠落风险，需另外佩戴安全带[4];操作工位与机械工作部件未进行安全隔离，存在机械伤害风险;缺少配套除尘、降尘设施，钻孔产生的扬尘污染和职业健康危害依然没有得到解决。

2.3 “志高”ZGYX-416型履带式潜孔钻机

俗话说，“工欲善其事，必先利其器”。只有选择一款条件性能相对较好的设备，才可能达到更好的施工效果。为了进一步提高工效、压缩流水时间、增强安全保障、改善作业环境，有必要对锚杆钻孔施工方法进行优化。

改12 m一级全坡面开挖为3～4 m一级分层小坡面开挖，即坡面锚杆钻孔不必等待整个一级的坡面开挖完毕再进行，只要有足够的作业空间就可以开始钻孔。如此，则需配套选用一款机动性能更强、操作更简便、工效更高的潜孔钻机。

“志高”ZGYX-416型履带式潜孔钻机同为自行走，比HR15型钻机小型轻便。该机型配置双马达回转头及回转转速可调多路阀，回转扭矩可达1 950 N·m，回转速度最高可达150 r/min。同时“志高”ZGYX-416系列机型标配工程履带、柱塞马达，使得机动能力更强，工作更加稳定可靠。该钻机伸缩臂仅有工作机构，不设人员登高作业平台，人员站在地面即可操作，因此无需支腿固定，移位更加灵活。理论上只需一小段坡面即可开始作业，实际操作中提供10～20 m长的坡面，避免开挖和钻孔交叉作业。该钻机具体参数见表4。

钻杆长度为3 m，较前两种机械相比，接长钻杆次数极大减少。工作机构可随意伸缩升降，司钻人员操作更加灵活方便，钻进作业1人即可操作。人员站立地面位于机械侧后方操作，杜绝了高处作业;并且与钻杆工作机构保持足够的安全距离，大大降低机械伤害风险。其自带100 L集尘器，钻孔产生的粉尘通过负压装置进入集尘器，沉积后不再飞扬，可直接排放于现场土体[5]。

该钻机最大的优点是能够较早介入流水作业，进一步缩减工序衔接时间。根据现场实际操作，坡面土石方开挖1～2 d后即可开始锚杆钻孔作业。由于钻杆角度可随意调整，因此能有效确保钻孔角度。移动就位后不需支腿额外支撑即可固定，机动能力强，自动化程度高。经过测算，在相同条件下，比台车履带式潜孔钻机节省一半时间。3种潜孔钻机优缺点见表5。

3 结束语

综上所述，ZGYX-416型履带式潜孔钻机具有钻杆接长容易、操控方便、流水作业介入时间较早、机动灵活、人机和谐的特点，方便实用、安全可靠，在土质、岩质边坡地层及不同钻进方法的钻孔施工实践中，其优异的成孔性能和效果，成为边坡支护施工不可或缺的“趁手兵器”，是践行中交集团“机械化换人、自动化减人”理念的重要举措。

该钻机有效降低扬尘污染，既能保护环境做到文明施工，又有利于作业人员职业健康，绿色环保、优质高效，十分契合新时代“以人为本、绿色发展”新理念的要求。

随着该钻机的使用，配合3 m高度“化整为零”小坡面开挖方法，大大节省了开挖作业与边坡支护工序衔接时间，提高了作业工效，加快了施工进度，改善了职业健康环境，确保了安全生产。

参 考 文 献

[1]佴磊，徐燕，代树林.边坡工程[M].北京：科学出版社，2010.

[2]李秀荣.公路工程高边坡防护技术及施工探讨[J].交通世界（上旬刊），2020（5）：66-67.

[3]周志鸿，耿晓光，刘玉超.潜孔钻机前沿技术与国内现状[J].凿岩机械气动工具，2018（1）：53-59.

[4]JGJ 80—2016，建筑施工高处作业安全技术规范[S].

[5]中国核工业华兴建设有限公司.一种钻孔作业用集尘装置[P].中国专利：CN201820122620.6，2018-10-12.