隧道工程建設全電腦鑿巖臺車應用

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摘要：為確保贛深鐵路隧道施工的安全、質量，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。文章結合實際工程案例，通過對三臂鑿巖臺車進行適當改造，實現利用三臂鑿巖臺車進行超前地質鉆孔、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。

關鍵詞：隧道工程；全電腦；三臂鑿巖臺車

1工程概況

新建贛州至深圳鐵路客運專線（江西段）GSJXZJ-3標（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，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用

2.1全自動高效智能化

技術人員確定鉆孔設計圖，將其導入車載電腦內，如下圖所示，可實現一鍵激活，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，同時隨機復核P3點，獲得臺車的具體位置；②確定鉆孔設計圖，分析隧道斷面具體情況，綜合考慮支護參數以及臺車的工作能力，形成合適的鉆孔設計圖，將其導入車載電腦[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，隨后經由高壓水、風完成清孔作業(yè)。

2.2超前地質勘探和地質分析

不良地質隧道施工風險高，在隧道施工中超前鉆探及超前地質預報已納入工序管理，水平超前探孔是目前最直觀也是準確率相對較高的超前地質預報方法。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據。鉆探準76mm的探孔，鉆孔深度20~30m，鉆孔時間20~25min。通過MWD軟件分析復原地質情況，并形成地質報告，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計斷面進行對比，作為爆破設計優(yōu)化及混凝土方量計算的標準。

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，依據實際需求，還可將鑿巖鉆桿轉變?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。，可精準定位。吊籃工作負荷高達450kg，可實現自動調平，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鉆探與分析，形成分析報告，及時調整并優(yōu)化開挖方案，并可根據地質情況進行管棚支護、小導管支護、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，實現自動定位與鉆孔。③信息化程度高：可通過鉆孔數據分析地質情況，形成地質數據庫并存檔，便于后期隧道維護；及時掃描超欠挖情況，調整鉆爆方案；實現無需數據傳輸，可將鑿巖臺車在隧道內的施工情況和施工數據傳輸到洞外辦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)，方便新手進行學習。⑤全電腦可視化操作：通過臺車定位后，炮孔設計的點位、深度及角度等在電腦上完全顯示，位置、孔數、角度、深度等自動控制，不需要操作手憑經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及豎曲線（坡度）坐標導入軟件，在此基礎上建立隧道輪廓斷面并設計炮孔。施工時通過分析器進行定位，通過分析器檢測隧道內測量的樁號坐標，能直接在掌子面反應出各鉆孔的點位，再與臺車電腦結合。通過臺車定位后，炮孔設計的點位、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，導入臺車的爆破設計圖與隧道坐標結合，在鑿巖臺車電腦上生成本循環(huán)的隧道輪廓與爆破圖，不需要測量人員標注隧道輪廓和鉆孔孔位標注，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，結合三臂鑿巖臺車的優(yōu)勢，總結出目前應用的“長短孔結合周邊眼”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

基于本項目現狀，現場適配的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)良水質的基礎上，而從本項目用水來源來看，主要采取的是對洞內滲漏水沉淀并循環(huán)的方式，經處理后水體中含大量雜質，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)沖溝斷流現象，難以為拌合站正常生產提供充足的水源。同時，施工區(qū)域以Ⅳ級圍巖居多，含大量泥巖與砂巖，施工中易出現卡鉆現象，明顯拖慢了施工進度。

4.2改進措施

①確保水資源供應充足，在洞外設置蓄水池，充分保留雨季多余的水量。②引入污水凈化設備，將其設置于洞口處，可達到優(yōu)化水質的效果。③總結設備頻發(fā)故障，積極向廠家溝通，針對現實情況提出優(yōu)化方案，確保設備運行性能，提高施工效率。④強化內部管理，各部門之間形成緊密的配合關系，從根本上消除三臂鑿巖臺車閑置問題。

5結語

隧道工程施工環(huán)境復雜，在現代化工程大環(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，在確保施工質量的同時還提升了效率，這種智能化臺車的應用效果更為良好，是隧道工程領域的重要發(fā)展方向，在后續(xù)關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