鐵路隧道開挖作業機械化與施工技術研究

李銳

摘? ? 要：隨著當前經濟的快速發展以及機械化施工的大面積推廣，鐵路建設的要求也逐步提高，加強鐵路隧道開挖作業機械化與施工技術研究勢在必行。本文與鐵路隧道的實踐相結合，分析對比開挖作業的機械化技術，并且分析研究如何進一步優化鑿巖臺車裝藥平臺的個數以及超欠挖控制技術，以符合施工的需要。

關鍵詞：機械化;鐵路隧道;施工技術;開挖作業

1? 鐵路隧道開挖概述

因鉆爆法性能較強而且適用性廣，已成為隧道開挖施工的主要方法。鉆爆法使用人力手持風動鉆孔設備與簡易開挖臺架進行配合，完成鉆爆施工。這種方式效率低下，無法有效的保證施工安全，且容易出現欠挖和超挖等問題。近年來，隧道建設的長度逐年遞增，建設速度需進一步加快，傳統的鉆爆施工已經無法滿足隧道施工的需要，升級開挖工藝迫在眉睫，鑿巖臺車正是基于這一情況而產生的。

隧道鑿巖臺車的應用和研發，我國起步于上世紀60年代，90年代之后，開始研究使用全自動控制和電腦導向的鑿巖臺車，并取得了較好的效果，但是和先進國家相比，在控制系統和結構方面依然有一定的差距，有待進一步探索研究。

2? 工程概況

某鐵路隧道全長為598米，地下水及地表水不發育，單向掘進，全隧圍巖主要由頁巖及灰巖構成，巖體較硬，無膨脹性，其中灰巖區段巖溶發育，施工中可能存在突水突泥風險，頁巖地層橫穿炭質地層，可能有瓦斯逸出，為保證施工的安全性，經比選，決定采用三臂鑿巖臺車進行開挖施工。

3? 鐵路隧道開挖作業機械選型

本著“安全第一、質量先行”的原則，在施組設計過程中，選用鐵建重工ZYS113三臂鑿巖臺車與阿特拉斯三臂鑿巖臺車進行對比，結合隧道地質情況，通過施工效率、施工成本、可操作性、安全性等方面的對比，此隧道選用鐵建重工生產的ZYS113全電腦三臂鑿巖臺車。

4? 鑿巖臺車超欠挖控制方法

隧道超欠挖控制是隧道施工的主控項目，欠挖會導致后期襯砌厚度不足，提高運營過程中的安全風險，超挖會導致初支混凝土數量增加，增加施工成本，所以利用開挖機械有效控制隧道超欠挖有著極為重要的意義。

三臂鑿巖臺車使用時，首先利用自帶3D定位系統定位臺車，并按照鉆爆方案導入鉆爆設計參數，自動化地進行鉆孔，人工配合完成后續的裝藥、爆破等工序。

鉆爆設計是將設計參數導入到車載電腦當中，使用電腦來進行后續的分析，鑿巖臺車能夠高效智能化的進行鉆孔，依照設計參數完成鉆孔深度、角度、孔位的控制，自動化實現防空打、防卡鉆。通過超前地質預報與鑿巖臺車的3D掃描軟件相結合，分析開挖斷面超欠挖的情況以及前方圍巖狀況，動態化地對鉆爆的參數進行調整，讓開挖輪廓線得以有效控制，以更好的控制隧道超欠挖。鉆孔完成之后進行后續的爆破和裝藥可以通過三臂鑿巖臺車自帶工作吊籃配合，提高設備的安全性和工作的效率。

在全斷面開挖的過程中，使用的主要是三臂鑿巖臺車全斷面鉆眼爆破，如在施工過程中遇到軟弱圍巖，三臂鑿巖臺車手臂無法進行垂直化的輪廓線開挖，可能會導致附近鉆巖石出現一定的外插角，在開挖進尺短的時候需要使用長眼進行爆破對超挖進行控制。如果開挖進尺相對較大，周邊也使用長眼共同爆破，讓長眼傾斜高度抬高，這樣可以有效的對隧道超挖情況進行控制，同時使用外插短眼等方式也能夠對隧道欠挖的情況進行控制。

另外結合對地質情況對爆破參數進行合理的調整，讓周邊眼的裝藥量減少，縮短周邊眼間距，采取一系列的措施控制圍巖的擾動情況，減少超欠挖，提高圍巖的穩定性。

5? 鑿巖臺車裝藥作業平臺數量優化分析

在使用傳統工藝的條件下，鉆爆臺架能夠實現全斷面的同時裝藥，然而利用三臂鑿巖臺車進行施工，在施工的過程中只有兩個操作筐，工作面相對較小，裝藥速度趕不上人工施工。為了解決這些問題可以在轉臂前臺安裝快速作業筐，通過工作臂進行專業的操作，以提高施工的效率。

在實際操作過程中，因為三臂鑿巖臺車無法有效的進行快速裝藥，在三臂鑿巖臺車自帶吊籃的條件下增設一定的吊籃，將它們固定的工作臂上進行裝藥，鑿巖臺車當中每個工作臂可以增加一定的吊籃，允許吊籃承受的重量為150公斤，在增設吊籃之后進行現場專項試驗，可以發現在操作過程中功效能達到最優，而且符合現場施工的具體需要。

6? 監控量測情況分析

三臂鑿巖臺車開挖斷面較大，為了保證隧道圍巖收斂以及沉降滿足要求，洞內埋的監控量測點并利用軟件對監控數據進行分析，通過數據分析對比，洞內累積變形、累計沉降和凈空收斂變形速率相對較小，整個圍巖較為穩定，滿足隧道開挖要求。

7? 結束語

單洞雙線隧道的開挖使用三臂鑿巖臺車，符合施工的具體需要。為了更好的控制隧道的超欠挖，開挖進尺較短時使用長眼爆破的方式，開挖進尺較長時使用短眼爆破，同時在鑿巖臺車施工的過程中，為了讓效率提高可以增設一定的吊籃，保證工效比達到最優，符合當前施工過程中的具體需求。

參考文獻：

[1] 萬姜林，李檜祥，時圣文.單線鐵路長隧道機械化配套與快速施工技術[J].中國鐵道科學，2002（3）：108～114.