隧道工程建設(shè)全電腦鑿巖臺(tái)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(jìn)度，在軟弱圍巖中采用三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行大斷面施工。文章結(jié)合實(shí)際工程案例，通過對(duì)三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行適當(dāng)改造，實(shí)現(xiàn)利用三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行超前地質(zhì)鉆孔、超前管棚施工，為今后推廣三臂鑿巖臺(tái)車在隧道中施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：隧道工程；全電腦；三臂鑿巖臺(tái)車

1工程概況

新建贛州至深圳鐵路客運(yùn)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(zhǎng)27.33km，其中大中橋11座/2289.08m，隧道7座/23764.26m，橋隧總長(zhǎng)26.054km。橋隧比95.32%，合同工期48個(gè)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(tái)車在隧道施工中的應(yīng)用

2.1全自動(dòng)高效智能化

技術(shù)人員確定鉆孔設(shè)計(jì)圖，將其導(dǎo)入車載電腦內(nèi)，如下圖所示，可實(shí)現(xiàn)一鍵激活，整個(gè)布孔過程中智能化水平高，可自動(dòng)精確找點(diǎn)并完成打眼與清孔作業(yè)，施工效率良好，每2min鉆進(jìn)深度可達(dá)到5m，具體工藝流程為：①臺(tái)車定位，將施工場(chǎng)地整平，依據(jù)工程需求適配臺(tái)車并就位，基于3D掃描儀確定P1與P2兩點(diǎn)，同時(shí)隨機(jī)復(fù)核P3點(diǎn)，獲得臺(tái)車的具體位置；②確定鉆孔設(shè)計(jì)圖，分析隧道斷面具體情況，綜合考慮支護(hù)參數(shù)以及臺(tái)車的工作能力，形成合適的鉆孔設(shè)計(jì)圖，將其導(dǎo)入車載電腦[1]；③自動(dòng)鉆孔與清孔，通過一鍵激活的方式啟動(dòng)鉆孔系統(tǒng)，自動(dòng)尋找點(diǎn)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(xiǎn)高，在隧道施工中超前鉆探及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)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(duì)較高的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。常規(guī)超前鉆探鉆孔時(shí)間長(zhǎng)，且僅能反映鉆孔周圍的地質(zhì)情況。中國(guó)鐵建重工全電腦三臂作業(yè)臺(tái)車采用自動(dòng)加桿功能進(jìn)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(shí)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(bào)告，為下一步施工提供參考。

2.3斷面掃描

三臂鑿巖臺(tái)車定位以后，在鉆孔的同時(shí)可以通過掃描儀進(jìn)行掃描開挖斷面（或初期支護(hù)斷面），不占用工序施工時(shí)間?？梢蕴崛∪我焕锍痰臄嗝媲闆r與設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行對(duì)比，作為爆破設(shè)計(jì)優(yōu)化及混凝土方量計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)。

2.4錨桿及管棚施工

鑿巖臺(tái)車鉆臂具有較強(qiáng)的靈活性，升降范圍-30。~60。，推進(jìn)旋轉(zhuǎn)達(dá)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(shí)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(tái)車

吊籃臂推進(jìn)過程中擺動(dòng)范圍達(dá)到-45。~45。，可精準(zhǔn)定位。吊籃工作負(fù)荷高達(dá)450kg，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(tái)車的優(yōu)勢(shì)

3.1全電腦鑿巖臺(tái)車優(yōu)勢(shì)

①一機(jī)多用：可利用鑿巖臺(tái)車進(jìn)行超前地質(zhì)鉆探與分析，形成分析報(bào)告，及時(shí)調(diào)整并優(yōu)化開挖方案，并可根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行管棚支護(hù)、小導(dǎo)管支護(hù)、360°錨桿支護(hù)、注漿加固等。②自動(dòng)化程度高：無需人工在掌子面畫點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(kù)并存檔，便于后期隧道維護(hù)；及時(shí)掃描超欠挖情況，調(diào)整鉆爆方案；實(shí)現(xiàn)無需數(shù)據(jù)傳輸，可將鑿巖臺(tái)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(jī)客戶端上。④配置可升降駕駛室：全電腦三臂鑿巖臺(tái)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(jìn)行學(xué)習(xí)。⑤全電腦可視化操作：通過臺(tái)車定位后，炮孔設(shè)計(jì)的點(diǎn)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(dòng)控制，不需要操作手憑經(jīng)驗(yàn)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(jì)炮孔。施工時(shí)通過分析器進(jìn)行定位，通過分析器檢測(cè)隧道內(nèi)測(cè)量的樁號(hào)坐標(biāo)，能直接在掌子面反應(yīng)出各鉆孔的點(diǎn)位，再與臺(tái)車電腦結(jié)合。通過臺(tái)車定位后，炮孔設(shè)計(jì)的點(diǎn)位、深度及角度等在電腦上完全顯示。⑦自動(dòng)生成斷面及炮孔圖：通過掃描定位以后，導(dǎo)入臺(tái)車的爆破設(shè)計(jì)圖與隧道坐標(biāo)結(jié)合，在鑿巖臺(tái)車電腦上生成本循環(huán)的隧道輪廓與爆破圖，不需要測(cè)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(tái)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(shí)間短：三臂鑿巖臺(tái)車鉆孔速度快，每循環(huán)鉆孔時(shí)間短，每循環(huán)進(jìn)尺約3.5m，鉆孔175~190個(gè)左右，純鉆孔時(shí)間2.5h左右，含進(jìn)出洞時(shí)間3h左右。⑨超欠挖控制：為控制三臂鑿巖臺(tái)車隧道施工中的超欠挖，結(jié)合三臂鑿巖臺(tái)車的優(yōu)勢(shì)，總結(jié)出目前應(yīng)用的“長(zhǎng)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(tái)車施工進(jìn)度

鐵建重工全智能三臂鑿巖臺(tái)車施工的贛深客專龍南隧道1#斜井Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖段20個(gè)循環(huán)施工時(shí)間統(tǒng)計(jì)如上表所示。

4三臂鑿臺(tái)車使用過程中遇到的問題以及改進(jìn)措施

基于本項(xiàng)目現(xiàn)狀，現(xiàn)場(chǎng)適配的1臺(tái)三臂鑿巖臺(tái)車存在階段性閑置問題，不利于高效施工作業(yè)，浪費(fèi)了項(xiàng)目資源。對(duì)此問題加以分析，并提出針對(duì)性的改進(jìn)措施。

4.1閑置原因

①三臂鑿巖臺(tái)車的穩(wěn)定性建立在優(yōu)良水質(zhì)的基礎(chǔ)上，而從本項(xiàng)目用水來源來看，主要采取的是對(duì)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(tái)車的運(yùn)行提供支持，易發(fā)生自動(dòng)停機(jī)故障，同時(shí)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(tái)車對(duì)水量提出較高要求，通常情況下達(dá)到了30m3/h，而項(xiàng)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(jìn)，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(shí)，施工區(qū)域以Ⅳ級(jí)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(jìn)度。

4.2改進(jìn)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(dá)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(duì)現(xiàn)實(shí)情況提出優(yōu)化方案，確保設(shè)備運(yùn)行性能，提高施工效率。④強(qiáng)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(tái)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(duì)于施工效率提出更高要求，基于傳統(tǒng)液壓三臂鑿巖臺(tái)車施工時(shí)，存在工作效率低、適用能力不足等局限之處，無法滿足實(shí)際需求，而在全電腦三臂鑿巖臺(tái)車的支持下，在確保施工質(zhì)量的同時(shí)還提升了效率，這種智能化臺(tái)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(tái)車的研究將更加深入。

參考文獻(xiàn)

[1]張建平.利用三臂鑿巖臺(tái)車快速施工研究[J].中國(guó)建材,2017(08):118-120.

[2]王瑋.三臂鑿巖臺(tái)車在長(zhǎng)大隧道施工中的應(yīng)用[J].建筑機(jī)械,2019(03):24-27.

[3]劉彬,張慶明,王不凡,等.三臂鑿巖臺(tái)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(tuán)第三工程有限公司