隧道工程建設(shè)全電腦鑿巖臺車應(yīng)用
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摘要：為確保贛深鐵路隧道施工的安全、質(zhì)量，加快隧道施工進度，在軟弱圍巖中采用三臂鑿巖臺車進行大斷面施工。文章結(jié)合實際工程案例，通過對三臂鑿巖臺車進行適當(dāng)改造，實現(xiàn)利用三臂鑿巖臺車進行超前地質(zhì)鉆孔、超前管棚施工，為今后推廣三臂鑿巖臺車在隧道中施工提供借鑒。
1工程概況
新建贛州至深圳鐵路客運專線（江西段）GSJXZJ-3標(biāo)（DK74+551.500~DK101+885.655）為江西先期開工段，位于贛州信豐縣、全南縣、龍南縣境內(nèi)，線路全長27.33km，其中大中橋11座/2289.08m，隧道7座/23764.26m，橋隧總長26.054km。橋隧比95.32%，合同工期48個月（2016年12月30日~2020年12月31日），投資18.44億元。
2全電腦三臂鑿巖臺車在隧道施工中的應(yīng)用
2.1全自動高效智能化
技術(shù)人員確定鉆孔設(shè)計圖，將其導(dǎo)入車載電腦內(nèi)，如下圖所示，可實現(xiàn)一鍵激活，整個布孔過程中智能化水平高，可自動精確找點并完成打眼與清孔作業(yè)，施工效率良好，每2min鉆進深度可達到5m，具體工藝流程為：①臺車定位，將施工場地整平，依據(jù)工程需求適配臺車并就位，基于3D掃描儀確定P1與P2兩點，同時隨機復(fù)核P3點，獲得臺車的具體位置；②確定鉆孔設(shè)計圖，分析隧道斷面具體情況，綜合考慮支護參數(shù)以及臺車的工作能力，形成合適的鉆孔設(shè)計圖，將其導(dǎo)入車載電腦[1]；③自動鉆孔與清孔，通過一鍵激活的方式啟動鉆孔系統(tǒng)，自動尋找點位并打眼，隨后經(jīng)由高壓水、風(fēng)完成清孔作業(yè)。
2.2超前地質(zhì)勘探和地質(zhì)分析
不良地質(zhì)隧道施工風(fēng)險高，在隧道施工中超前鉆探及超前地質(zhì)預(yù)報已納入工序管理，水平超前探孔是目前最直觀也是準(zhǔn)確率相對較高的超前地質(zhì)預(yù)報方法。常規(guī)超前鉆探鉆孔時間長，且僅能反映鉆孔周圍的地質(zhì)情況。中國鐵建重工全電腦三臂作業(yè)臺車采用自動加桿功能進行超前鉆孔勘探并上傳數(shù)據(jù)。鉆探準(zhǔn)76mm的探孔，鉆孔深度20~30m，鉆孔時間20~25min。通過MWD軟件分析復(fù)原地質(zhì)情況，并形成地質(zhì)報告，為下一步施工提供參考。
2.3斷面掃描
三臂鑿巖臺車定位以后，在鉆孔的同時可以通過掃描儀進行掃描開挖斷面（或初期支護斷面），不占用工序施工時間。可以提取任一里程的斷面情況與設(shè)計斷面進行對比，作為爆破設(shè)計優(yōu)化及混凝土方量計算的標(biāo)準(zhǔn)。
2.4錨桿及管棚施工
鑿巖臺車鉆臂具有較強的靈活性，升降范圍-30。~60。，推進旋轉(zhuǎn)達到360。，在各類錨桿、管棚的鉆孔施工中都具有較好的適用性。此外，依據(jù)實際需求，還可將鑿巖鉆桿轉(zhuǎn)變?yōu)殄^桿，從而完成頂錨作業(yè)[2]。
2.5高空作業(yè)臺車
吊籃臂推進過程中擺動范圍達到-45。~45。，可精準(zhǔn)定位。吊籃工作負荷高達450kg，可實現(xiàn)自動調(diào)平，且適配了水與高壓空氣接口，為錨桿安裝、注漿等環(huán)節(jié)提供支持。吊籃上方安裝有伸縮頂棚，為高空作業(yè)提供了安全保障。
3全電腦三臂鑿巖臺車的優(yōu)勢
3.1全電腦鑿巖臺車優(yōu)勢
①一機多用：可利用鑿巖臺車進行超前地質(zhì)鉆探與分析，形成分析報告，及時調(diào)整并優(yōu)化開挖方案，并可根據(jù)地質(zhì)情況進行管棚支護、小導(dǎo)管支護、360°錨桿支護、注漿加固等。②自動化程度高：無需人工在掌子面畫點，實現(xiàn)自動定位與鉆孔。③信息化程度高：可通過鉆孔數(shù)據(jù)分析地質(zhì)情況，形成地質(zhì)數(shù)據(jù)庫并存檔，便于后期隧道維護；及時掃描超欠挖情況，調(diào)整鉆爆方案；實現(xiàn)無需數(shù)據(jù)傳輸，可將鑿巖臺車在隧道內(nèi)的施工情況和施工數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉赐廪k公電腦或手機客戶端上。④配置可升降駕駛室：全電腦三臂鑿巖臺車配置可升降駕駛室，升降高度1.6m，操作視覺效果好，操作無盲區(qū)，方便新手進行學(xué)習(xí)。⑤全電腦可視化操作：通過臺車定位后，炮孔設(shè)計的點位、深度及角度等在電腦上完全顯示，位置、孔數(shù)、角度、深度等自動控制，不需要操作手憑經(jīng)驗的手法來控制超欠挖。⑥掃描定位：先把隧道的線路曲線坐標(biāo)及豎曲線（坡度）坐標(biāo)導(dǎo)入軟件，在此基礎(chǔ)上建立隧道輪廓斷面并設(shè)計炮孔。施工時通過分析器進行定位，通過分析器檢測隧道內(nèi)測量的樁號坐標(biāo)，能直接在掌子面反應(yīng)出各鉆孔的點位，再與臺車電腦結(jié)合。通過臺車定位后，炮孔設(shè)計的點位、深度及角度等在電腦上完全顯示。⑦自動生成斷面及炮孔圖：通過掃描定位以后，導(dǎo)入臺車的爆破設(shè)計圖與隧道坐標(biāo)結(jié)合，在鑿巖臺車電腦上生成本循環(huán)的隧道輪廓與爆破圖，不需要測量人員標(biāo)注隧道輪廓和鉆孔孔位標(biāo)注，斷面圖及炮孔圖在鑿巖臺車電腦上顯示，操作人員完全按照電腦顯示控制炮孔的角度和深度，根據(jù)電腦指示擺臂架的角度[3]。⑧鉆孔速度快，工序時間短：三臂鑿巖臺車鉆孔速度快，每循環(huán)鉆孔時間短，每循環(huán)進尺約3.5m，鉆孔175~190個左右，純鉆孔時間2.5h左右，含進出洞時間3h左右。⑨超欠挖控制：為控制三臂鑿巖臺車隧道施工中的超欠挖，結(jié)合三臂鑿巖臺車的優(yōu)勢，總結(jié)出目前應(yīng)用的“長短孔結(jié)合周邊眼”鉆孔方法控制超欠挖。
3.2鐵建重工全智能三臂鑿巖臺車施工進度
鐵建重工全智能三臂鑿巖臺車施工的贛深客專龍南隧道1#斜井Ⅱ、Ⅲ級圍巖段20個循環(huán)施工時間統(tǒng)計如上表所示。
4三臂鑿臺車使用過程中遇到的問題以及改進措施
基于本項目現(xiàn)狀，現(xiàn)場適配的1臺三臂鑿巖臺車存在階段性閑置問題，不利于高效施工作業(yè)，浪費了項目資源。對此問題加以分析，并提出針對性的改進措施。
4.1閑置原因
①三臂鑿巖臺車的穩(wěn)定性建立在優(yōu)良水質(zhì)的基礎(chǔ)上，而從本項目用水來源來看，主要采取的是對洞內(nèi)滲漏水沉淀并循環(huán)的方式，經(jīng)處理后水體中含大量雜質(zhì)，無法為三臂鑿巖臺車的運行提供支持，易發(fā)生自動停機故障，同時管道清理難度較大，不利于鉆孔作業(yè)的高效開展。②三臂鑿巖臺車對水量提出較高要求，通常情況下達到了30m3/h，而項目所在區(qū)域旱季地表明顯缺水，伴隨施工作業(yè)的持續(xù)推進，易引發(fā)沖溝斷流現(xiàn)象，難以為拌合站正常生產(chǎn)提供充足的水源。同時，施工區(qū)域以Ⅳ級圍巖居多，含大量泥巖與砂巖，施工中易出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，明顯拖慢了施工進度。
4.2改進措施
①確保水資源供應(yīng)充足，在洞外設(shè)置蓄水池，充分保留雨季多余的水量。②引入污水凈化設(shè)備，將其設(shè)置于洞口處，可達到優(yōu)化水質(zhì)的效果。③總結(jié)設(shè)備頻發(fā)故障，積極向廠家溝通，針對現(xiàn)實情況提出優(yōu)化方案，確保設(shè)備運行性能，提高施工效率。④強化內(nèi)部管理，各部門之間形成緊密的配合關(guān)系，從根本上消除三臂鑿巖臺車閑置問題。
5結(jié)語
隧道工程施工環(huán)境復(fù)雜，在現(xiàn)代化工程大環(huán)境下，對于施工效率提出更高要求，基于傳統(tǒng)液壓三臂鑿巖臺車施工時，存在工作效率低、適用能力不足等局限之處，無法滿足實際需求，而在全電腦三臂鑿巖臺車的支持下，在確保施工質(zhì)量的同時還提升了效率，這種智能化臺車的應(yīng)用效果更為良好，是隧道工程領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，在后續(xù)關(guān)于此類臺車的研究將更加深入。
參考文獻
[1]張建平.利用三臂鑿巖臺車快速施工研究[J].中國建材,2017(08):118-120.
[2]王瑋.三臂鑿巖臺車在長大隧道施工中的應(yīng)用[J].建筑機械,2019(03):24-27.
[3]劉彬,張慶明,王不凡,等.三臂鑿巖臺車開挖施工方法研究[J].重慶建筑,2019(09):61-63.
作者：李雪峰 單位：中鐵十六局集團第三工程有限公司
