川藏鐵路隧道大型機械化配套施工的應用研究

錢 威

（中鐵二十四局集團西南建設有限公司,四川 成都 610000）

0 引言

川藏鐵路建設正如火如荼地開展，按照川藏鐵路“科學規劃、技術支撐、保護生態、安全可靠”十六字建設方針，只有大規模地高效應用大型機械配套設施，才能高起點、高標準、高質量地推進工程規劃建設，因此，不斷積累優化和改進機械化配套施工缺陷對產業持續向前發展尤為重要。

1 川藏鐵路工程概況

川藏鐵路雅安至林芝段位于青藏高原東南部，沿線山高谷深，人跡罕至，線路穿越橫斷山、念青唐古拉山等山脈，跨越大渡河、雅礱江、金沙江、瀾滄江、怒江、雅魯藏布江等河流，具有顯著的地形高差、強烈的板塊活動、頻發的山地災害、脆弱的生態環境以及高寒缺氧的氣候環境。川藏鐵路雅安至林芝段隧道75座，長度789 km，20 km以上隧道16座，30 km以上5座，平均隧道長度大于10 km，長大隧道密集，前所未有。

2 川藏鐵路隧道建設面臨的挑戰

川藏線隧道工程有以下幾大特點：一是工程規模大，隧道占比高、總量大、超長隧道集中。二是位于板塊擠壓碰撞帶，地質條件極其復雜。三是穿越橫斷山脈，輔助坑道設置條件差。四是超大的地形起伏，隧道位于長大單面坡道。五是高原缺氧的氣候環境。六是地質條件的不確定性，導致工期長，環保要求高[1]。

3 機械化配套施工的必要性

川藏鐵路隧道占比大、特長隧道及隧道群密集，高海拔隧道占比大，只有采用大型機械化配套技術，才能達到快速施工，以機代人，滿足建設的要求。受限于川藏鐵路高海拔地區的低溫、低氧、低壓惡劣環境因素影響，人工效力和機械施工功效均會大幅度降低，常規配套的機械設備，將無法滿足按期完成建設任務的需要。要減輕隧道作業人員勞動強度，提高隧道施工質量，只能進行隧道施工大型機械化配套，才能達到安全施工、快速施工的目的，保證建設進度。

4 隧道大型機械化施工設備配置選型原則

只有做到科學規劃、技術創新、生態保護、安全可靠、配套高效的策劃，才能高起點、高標準、高質量地推進工程規劃建設。根據川藏鐵路工程隧道復雜多變的自然和地質環境情況，鉆爆法隧道大型機械化施工設備配置選型原則應滿足以下要求：

（1）先進成熟普適。優先選用技術、工藝工法成熟穩定的工裝設備，推廣經現場驗證具有良好效果的普適性“四小四新”成果。

（2）綠色節能環保。優先選用綠色節能環保設備，動力配置優先考慮少油多電。

（3）數字智能開放。優先選用智能化、數字化和信息化施工設備，數據可實時上傳，具備開放、共享、可擴展能力[2]。

（4）簡便統一規范。優先選用設計簡便、使用規范、核心部件及易損零配件能實現統一互換的工裝設備，提高售后保障和降低使用成本。

（5）統籌高效匹配。發揮系統作業最大效率，作業線能力匹配、高效。

（6）國產自主創新。提升國產品牌競爭力，降低采購、使用和服務成本；鼓勵裝備企業結合部分鐵路工程和環境特點，開展國產裝備研發。

5 不良地質隧道大型機械化施工設備增配方案

結合川藏鐵路鉆爆法隧道設計原則、施工工法、地質條件、施工長度、海拔高度等因素，對不良地質隧道巖爆隧道、高地（水）溫隧道、突泥涌水隧道、軟巖大變形隧道、有毒有害氣體隧道大型機械化施工設備增配方案如下：

巖爆隧道、高地（水）溫隧道、突泥涌水隧道、軟巖大變形隧道、有毒有害氣體隧道大型機械化施工設備增配方案分別見表1、表2、表3、表4、表5。

表1 巖爆隧道大型機械化施工設備增配表

表2 高地（水）溫隧道大型機械化施工設備增配表

表3 突泥涌水隧道大型機械化施工設備增配表

表4 軟巖大變形隧道大型機械化施工設備增配表

表5 有毒有害氣體隧道大型機械化施工設備增配表

續表2 高地（水）溫隧道大型機械化施工設備增配表

續表5 有毒有害氣體隧道大型機械化施工設備增配表

6 機械化配套設備施工應用中的缺陷及相應改進措施

針對川藏鐵路機械化配套設備施工中存在的問題和缺陷，同時根據以往項目機械化施工的經驗，現收集整理匯總如下并提出了相應整改措施。

6.1 設備運營方面

（1）三臂鑿巖臺車缺陷：無法適應臺階工法；液壓油管易發生磨損泄漏；各傳感器密封差，容易進水損壞。

改進措施：優化液壓油管、潤滑系統布局，減少液壓油管磨損及潤滑系統堵塞問題；研發小型或折臂型臺車，以適應臺階法施工；提升傳感器防水等級，增加防水能力。

（2）濕噴機缺陷：噴射平整度不易控制；駕駛時方向切換感應不好，易發生無法切換現象；臂架強度不夠、構造不穩定[3]。

改進措施：加裝小排量人工輔助噴頭，實現在初噴完成后可人工輔助掃面，提高噴射平整度；優化駕駛方向調節裝置，實現駕駛方向調節切換順暢；優化行走機構、臂架結構，保證滿足作業需求。

（3）拱架臺車缺陷：拱架安裝速度慢，人員配置多，相對人工無優勢；視線不好、死角太多。

改進措施：優化拱架安裝結構，實現在減少人員勞動強度的同時，減少作業人員數量；優化結構設計，保障駕駛及操作人員良好視野。

（4）錨桿臺車缺陷：目前僅能實現打眼作業，錨桿安裝、配件安裝、注漿機等相關工序不好實現；鉸接式轉向轉彎困難；鑿巖機功率小，施工作業慢；臂架太重，翻轉伸縮反應慢。

改進措施：優化鉸接式轉向為輪胎轉向；加大鑿巖機功率，提高鑿巖效率；優化臂架動作系統，提高作業效率。

（5）除塵臺車缺陷：柴油動力產生二次污染。

改進措施：建議將作業動力改為電驅動，增加快速接電插頭，實現快速接電。

6.2 專業技術操作人員方面

超前地質鉆機、鑿巖臺車、錨鉆注一體機等大型專用工裝設備結構復雜，信息化、自動化、智能化程度不斷提高，管理、操作及維保等方面專業技術人才嚴重短缺，尤其是高水平、“工匠型”技術人才更是鳳毛麟角，設備使用面臨“有米無巧婦”窘境。

改進措施：為應對系統性的人員培訓較少問題，建議在技校或裝備制造企業開設大型專用設備管理、操作、維修課程，培養施工現場急需的技能型人才，解決現場人員問題；優化人才錄用及薪酬待遇制度，將大型專用設備操作、維修人才納入正式職工體系，打破傳統薪酬待遇體系，提高大型專用設備技術人才薪酬待遇，達到技能人才能夠“進得來、留得住”，增加歸屬感。

6.3 制度管理方面

大型機械化配套施工要求過于片面，軟弱圍巖不適用于大型機械（鑿巖臺車）施工，需結合實際情況對機械化配套施工要求進行修正；進一步優化大型機械化施工費用定額，提高施工企業大型機械化施工積極性。

6.4 裝備制造企業方面

裝備制造企業注重“售前服務”，“售后服務”不能滿足施工需求，尤其在裝備技術改進、維修、零配件供應方面滯后，未能跟蹤施工現場需求并對裝備及時做出改進。

改進措施：建議裝備制造企業加強“駐點”服務意識，暢通施工現場與“研究院”溝通渠道，針對施工現場需求及時、有針對性地研發和改進設備。加強對上市產品的技術升級、改造，用更好的產品和服務滿足施工需求。

6.5 設備配件供應方面

零配件尤其是關鍵易損件價格過高，并且不能與其他品牌互相替代使用。改進措施：要提高產業鏈供應鏈標準化水平，進一步降低鑿巖臺車、錨桿臺車、濕噴機械手等設備鉆頭、鉆桿、噴頭、管道等供應價格；增加備件庫設置，分區段、分等級設置備件庫，保障配件供應及時。

7 結語

川藏鐵路雅安至林芝段惡劣的高原環境特征，更需要高度機械化配套施工新技術，只有不斷提高超前地質鉆機、鑿巖臺車、錨鉆注一體機等大型專用工裝設備的信息化、自動化、智能化，才能大幅度地改善員工作業環境、降低員工作業強度、保障工程質量，降低工程成本，以達到“快速施工、以機代人、安全高效”的目標。