三臂鑿巖臺車在鐵路隧道施工中的應用管理

王增帥

（中交隧道工程局有限公司南京分公司，江蘇 南京 210001）

在鐵路隧道施工成本中占有較大比重的部分為開挖成本，要想降低項目成本，關鍵是減少施工人員數量降低安全風險并對超挖等問題進行控制。現階段，用三臂鑿巖臺車代替人工開挖實現機械化施工是大勢所趨，這是因為三臂鑿巖臺車減少了開挖人數，降低了安全風險，提高了開挖掘進進尺速度。

1 項目概述

為給隧道提供高效且安全的施工環境，近年三臂鑿巖臺車常被用來對隧道進行開挖作業。本文所討論安民隧道全長約14000m，區段劃分情況見圖1。其中，Ⅱ級圍巖的占比為55.4%；Ⅲ級圍巖的占比約33.8；Ⅳ級圍巖的占比約8.6%；Ⅴ級圍巖的占比約2.1%。項目所在區域的不良地質，主要是巖溶和巖溶水，此外，還有少量軟弱巖及軟弱夾層存在。作為風險等級為Ⅰ級的隧道，本項目面臨著時間緊和任務重的雙重挑戰，由于項目地處中低山區，地表水多來自道太溪以及安民溪，較好的徑流條件，無形中增加了項目施工難度，涌水量過大的問題始終困擾著施工人員，種種不利因素導致正洞開挖困難，進尺速度慢，為保證施工工期，增加施工工作面，對圍巖較好的平導洞利用三臂臺車進行全斷面開挖，加快了施工進度。

圖1 安民隧道區段劃分圖

2 三臂鑿巖臺車施工優勢

2.1 功能配置完善

隨著自動化換人、機械化換人政策的落實，施工效率與安全性得到了明顯提高。較于人工開挖用氣腿式風鉆，三臂鑿巖臺車的功能配置更加完善，主要體現在大管棚鉆孔和超前水平鉆及錨桿施工等方面，施工單位無須單獨對管棚鉆機、水平鉆設施進行購買，施工成本自然能夠得到較為明顯的降低。此外，臺車還可被用來開展注漿鉆孔作業，施工人員只需對配套鉆頭進行更換，便可完成相關工作，鉆眼角度也能夠得到保證。

2.2 鉆孔速度快

人工風風鉆開挖，需多人同時施工，進尺深度3.2～3.3m左右，鉆孔速度2.5min/根，三臂鑿巖臺車每次進尺深度4.5m/左右，鉆孔速度1.5min/根，開挖速度大大提高，加快施工進度，縮短施工工期。

2.3 其他優勢

首先，利用鑿巖臺車對工作面進行開挖，通常只需要幾位操作人員前往現場，并且有防護頂棚為操作人員提供保護，可以有效降低落石給人員安全帶來威脅的概率，人員在機器操作臺操作，遠離掌子面，安全風險大大降低。其次，三臂鑿巖臺車較人工風鉆施工相比較，縮短了安裝風鉆、人工開挖臺車就位等其他操作流程且鉆孔質量得到了顯著提高。最后，鑿巖臺車對資源的配置更加科學，縮短開挖循環周期，一定程度上降低了施工成本。

3 三臂鑿巖臺車施工管理要點

3.1 智能鉆孔

三臂鑿巖臺車可以三臂同時鉆孔。實際施工強調根據隧道斷面設計最合理的炮眼布局圖，逐項完成找點、打眼和清孔工作，本項目使用三臂鑿巖臺車，每個鉆臂只需花費1.5min，便能夠得到4.5m深的鉆孔。現將其施工流程及管理要點歸納如下，供相關人員參考。

首先，對場地進行平整，在臺車到達指定位置后，臺車支撐定位、調整臺車電壓等一系列準備工作，確保臺車穩定正常工作。操作人員就位，根據測量人員在掌子面標記的鉆孔布局位置，利用三臂鑿臺車進行鉆孔，在退鉆的同時，利用高壓水將鉆桿多次正反轉徹底清理孔內雜物，為下一步孔內填充爆破炸藥提供便利，本項目使用的乳化炸藥直徑φ40mm，乳化炸藥由爆破人員提前用塑料膠帶有規則的綁扎在竹片上，臺車鉆眼成孔后，爆破員隨時裝藥，實現鉆孔、裝藥同步進行，大大縮短開挖循環周期。

3.2 勘探地質

本項目所用三臂鑿巖臺車的加桿系統，由鉆桿庫、加桿器構成，利用其進行超前探孔，通常使用φ64mm和φ102mm鉆頭，φ64mm鉆頭平均10min可完成20m探孔作業，φ102mm鉆頭根據圍巖不同平均40～60min可以完成20m探孔作業。在此過程中，施工人員可以經由操作系統，對水壓流速、鉆桿扭矩與鉆進速率進行了解，并利用地質分析軟件，通過復原施工區域地質的方式，獲得真實且準確的地質報告。

3.3 高空作業

臺車吊籃臂向-30°～60°的范圍推進，將擺動范圍控制在-45°～45°，通過靈活控制的方式，提高定位的準確性。本項目適用吊籃的規格是2m×1.2m，要想確保施工安全，工作負荷不得超過450kg。另外，三臂鑿巖臺車內設連接高壓空氣、高壓水的接口，旨在使高空作業所提出需求得到滿足，例如，輔助檢測、清理撬毛、安裝錨桿與注漿。而在吊籃上部，對伸縮頂棚設置的目的，主要是為高空作業人員的安全提供保障。

3.4 錨桿施工

本項目所開展錨桿施工流程如下：第一步，利用風鉆/錨桿鉆機進行鉆孔；第二步，根據錨桿位置選擇注漿工藝，拱部為雙管排氣注漿，側墻為單管注漿，設備以高壓注漿泵為主。此外，臺車鉆臂的擺動范圍是-45°～45°，升降范圍是-30°～60°，推進梁的旋轉范圍是360°，其傾斜范圍則是0°～110°。這樣設計的目的，主要是確保各類錨桿對鉆孔角度及位置所提出需求均能夠得到滿足。

3.5 配件消耗管理

三臂鑿巖臺車在使用過程中，如何管理好、使用好、保養好是非常重要的一部分。對鐵路隧道進行施工，三臂鑿巖臺車往往需要消耗大量鉆桿和鉆頭，同時，要隨時檢查鑿巖機、油路等系統。要想將施工成本控制在合理范圍內，關鍵是嚴格按照三臂鑿巖臺車保養手冊定期保養，加大配件消耗管理力度，對本項目而言，以下內容應當引起管理人員重視：第一，成立三臂臺車管理領導小組，定期檢查；第二，定期保養臺車，確保其能夠長期處于正常運行狀態，盡量延長臺車使用壽命；第三，通過定期組織培訓的方式，對操作人員能力和素質進行提高，使其操作更具規范性與科學性；第四，設置三臂臺車維保專人，建立獎罰制度，同一班組人員要做到定期學習，做到會使用、會保養，會維修，同時，做好交接班制度。保證三臂臺車正常運轉；第五，建立配件消耗制度，做好配件收發臺賬，領用配件做到以舊換新，嚴格控制配件消耗，同時，根據工程施工情況，儲存適量易損、易耗配件，避免出現配件供應不足，導致工期被延誤的情況。

3.6 定期保養臺車

待炮孔施鉆成孔、裝藥完畢后，施工人員便可操控臺車退出。此前，需要將水源、電源切斷，卷好電纜和水管，并對其他材料機具進行整理，隨后，再將臺車退到指定位置，進行全面檢查與保養。另外，在項目施工過程中，如果電壓不穩、水位下降過快和間隙出水等情況，施工人員應立即停止施工，對臺車進行檢查。事實證明，只有做到定期保養，才能確保臺車正常運行。

對本項目所使用三臂鑿巖臺車而言，由于該臺車三個臂進行了改裝，通過改裝臂長，利用斜眼掏槽，更好地控制炮眼位置布局，有效控制超挖，保證施工效率，降低開挖后濕噴混凝土的消耗，控制施工成本。要想在施工過程中充分利用好三臂鑿巖臺車，必須保證鑿巖臺車的良好運行，因此，對臺車進行保養很有必要，根據現場施工實際情況，考慮單線隧道施工特點等各種因素，項目部專門修訂三臂鑿巖臺車管理辦法、對鑿巖臺車的使用、維修、保養制定詳細的管理細則及責任劃分，成立維修保養小組，做好交接管理手續，確保每天每輛臺車都能夠接受2～4h的強制保養。另外，同時，管理人員做好維修保養計劃及維修保養臺賬，旨在減小臺車出現故障的概率，為施工質效提供有力保障。

4 結語

通過上文的分析能夠看出，在隧道規模持續擴大的當下，機械施工是確保其盡快投入運行的必然選擇，而三臂鑿巖臺車作為機械施工不可缺少的設備，具有施工速度快、投入施工人員少、安全風險系數低、質量佳等優勢，現階段，該設備主要被用來為鐵路隧道施工提供開挖，全面掌握臺車優勢并對其加以應用，其現實意義有目共睹。