李銳

摘? ? 要：隨著當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及機(jī)械化施工的大面積推廣，鐵路建設(shè)的要求也逐步提高，加強(qiáng)鐵路隧道開(kāi)挖作業(yè)機(jī)械化與施工技術(shù)研究勢(shì)在必行。本文與鐵路隧道的實(shí)踐相結(jié)合，分析對(duì)比開(kāi)挖作業(yè)的機(jī)械化技術(shù)，并且分析研究如何進(jìn)一步優(yōu)化鑿巖臺(tái)車裝藥平臺(tái)的個(gè)數(shù)以及超欠挖控制技術(shù)，以符合施工的需要。

關(guān)鍵詞：機(jī)械化;鐵路隧道;施工技術(shù);開(kāi)挖作業(yè)

1? 鐵路隧道開(kāi)挖概述

因鉆爆法性能較強(qiáng)而且適用性廣，已成為隧道開(kāi)挖施工的主要方法。鉆爆法使用人力手持風(fēng)動(dòng)鉆孔設(shè)備與簡(jiǎn)易開(kāi)挖臺(tái)架進(jìn)行配合，完成鉆爆施工。這種方式效率低下，無(wú)法有效的保證施工安全，且容易出現(xiàn)欠挖和超挖等問(wèn)題。近年來(lái)，隧道建設(shè)的長(zhǎng)度逐年遞增，建設(shè)速度需進(jìn)一步加快，傳統(tǒng)的鉆爆施工已經(jīng)無(wú)法滿足隧道施工的需要，升級(jí)開(kāi)挖工藝迫在眉睫，鑿巖臺(tái)車正是基于這一情況而產(chǎn)生的。

隧道鑿巖臺(tái)車的應(yīng)用和研發(fā)，我國(guó)起步于上世紀(jì)60年代，90年代之后，開(kāi)始研究使用全自動(dòng)控制和電腦導(dǎo)向的鑿巖臺(tái)車，并取得了較好的效果，但是和先進(jìn)國(guó)家相比，在控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)方面依然有一定的差距，有待進(jìn)一步探索研究。

2? 工程概況

某鐵路隧道全長(zhǎng)為598米，地下水及地表水不發(fā)育，單向掘進(jìn)，全隧圍巖主要由頁(yè)巖及灰?guī)r構(gòu)成，巖體較硬，無(wú)膨脹性，其中灰?guī)r區(qū)段巖溶發(fā)育，施工中可能存在突水突泥風(fēng)險(xiǎn)，頁(yè)巖地層橫穿炭質(zhì)地層，可能有瓦斯逸出，為保證施工的安全性，經(jīng)比選，決定采用三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行開(kāi)挖施工。

3? 鐵路隧道開(kāi)挖作業(yè)機(jī)械選型

本著“安全第一、質(zhì)量先行”的原則，在施組設(shè)計(jì)過(guò)程中，選用鐵建重工ZYS113三臂鑿巖臺(tái)車與阿特拉斯三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合隧道地質(zhì)情況，通過(guò)施工效率、施工成本、可操作性、安全性等方面的對(duì)比，此隧道選用鐵建重工生產(chǎn)的ZYS113全電腦三臂鑿巖臺(tái)車。

4? 鑿巖臺(tái)車超欠挖控制方法

隧道超欠挖控制是隧道施工的主控項(xiàng)目，欠挖會(huì)導(dǎo)致后期襯砌厚度不足，提高運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，超挖會(huì)導(dǎo)致初支混凝土數(shù)量增加，增加施工成本，所以利用開(kāi)挖機(jī)械有效控制隧道超欠挖有著極為重要的意義。

三臂鑿巖臺(tái)車使用時(shí)，首先利用自帶3D定位系統(tǒng)定位臺(tái)車，并按照鉆爆方案導(dǎo)入鉆爆設(shè)計(jì)參數(shù)，自動(dòng)化地進(jìn)行鉆孔，人工配合完成后續(xù)的裝藥、爆破等工序。

鉆爆設(shè)計(jì)是將設(shè)計(jì)參數(shù)導(dǎo)入到車載電腦當(dāng)中，使用電腦來(lái)進(jìn)行后續(xù)的分析，鑿巖臺(tái)車能夠高效智能化的進(jìn)行鉆孔，依照設(shè)計(jì)參數(shù)完成鉆孔深度、角度、孔位的控制，自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)防空打、防卡鉆。通過(guò)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與鑿巖臺(tái)車的3D掃描軟件相結(jié)合，分析開(kāi)挖斷面超欠挖的情況以及前方圍巖狀況，動(dòng)態(tài)化地對(duì)鉆爆的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，讓開(kāi)挖輪廓線得以有效控制，以更好的控制隧道超欠挖。鉆孔完成之后進(jìn)行后續(xù)的爆破和裝藥可以通過(guò)三臂鑿巖臺(tái)車自帶工作吊籃配合，提高設(shè)備的安全性和工作的效率。

在全斷面開(kāi)挖的過(guò)程中，使用的主要是三臂鑿巖臺(tái)車全斷面鉆眼爆破，如在施工過(guò)程中遇到軟弱圍巖，三臂鑿巖臺(tái)車手臂無(wú)法進(jìn)行垂直化的輪廓線開(kāi)挖，可能會(huì)導(dǎo)致附近鉆巖石出現(xiàn)一定的外插角，在開(kāi)挖進(jìn)尺短的時(shí)候需要使用長(zhǎng)眼進(jìn)行爆破對(duì)超挖進(jìn)行控制。如果開(kāi)挖進(jìn)尺相對(duì)較大，周邊也使用長(zhǎng)眼共同爆破，讓長(zhǎng)眼傾斜高度抬高，這樣可以有效的對(duì)隧道超挖情況進(jìn)行控制，同時(shí)使用外插短眼等方式也能夠?qū)λ淼狼吠诘那闆r進(jìn)行控制。

另外結(jié)合對(duì)地質(zhì)情況對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)整，讓周邊眼的裝藥量減少，縮短周邊眼間距，采取一系列的措施控制圍巖的擾動(dòng)情況，減少超欠挖，提高圍巖的穩(wěn)定性。

5? 鑿巖臺(tái)車裝藥作業(yè)平臺(tái)數(shù)量?jī)?yōu)化分析

在使用傳統(tǒng)工藝的條件下，鉆爆臺(tái)架能夠?qū)崿F(xiàn)全斷面的同時(shí)裝藥，然而利用三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行施工，在施工的過(guò)程中只有兩個(gè)操作筐，工作面相對(duì)較小，裝藥速度趕不上人工施工。為了解決這些問(wèn)題可以在轉(zhuǎn)臂前臺(tái)安裝快速作業(yè)筐，通過(guò)工作臂進(jìn)行專業(yè)的操作，以提高施工的效率。

在實(shí)際操作過(guò)程中，因?yàn)槿坭弾r臺(tái)車無(wú)法有效的進(jìn)行快速裝藥，在三臂鑿巖臺(tái)車自帶吊籃的條件下增設(shè)一定的吊籃，將它們固定的工作臂上進(jìn)行裝藥，鑿巖臺(tái)車當(dāng)中每個(gè)工作臂可以增加一定的吊籃，允許吊籃承受的重量為150公斤，在增設(shè)吊籃之后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)專項(xiàng)試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)在操作過(guò)程中功效能達(dá)到最優(yōu)，而且符合現(xiàn)場(chǎng)施工的具體需要。

6? 監(jiān)控量測(cè)情況分析

三臂鑿巖臺(tái)車開(kāi)挖斷面較大，為了保證隧道圍巖收斂以及沉降滿足要求，洞內(nèi)埋的監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)并利用軟件對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)數(shù)據(jù)分析對(duì)比，洞內(nèi)累積變形、累計(jì)沉降和凈空收斂變形速率相對(duì)較小，整個(gè)圍巖較為穩(wěn)定，滿足隧道開(kāi)挖要求。

7? 結(jié)束語(yǔ)

單洞雙線隧道的開(kāi)挖使用三臂鑿巖臺(tái)車，符合施工的具體需要。為了更好的控制隧道的超欠挖，開(kāi)挖進(jìn)尺較短時(shí)使用長(zhǎng)眼爆破的方式，開(kāi)挖進(jìn)尺較長(zhǎng)時(shí)使用短眼爆破，同時(shí)在鑿巖臺(tái)車施工的過(guò)程中，為了讓效率提高可以增設(shè)一定的吊籃，保證工效比達(dá)到最優(yōu)，符合當(dāng)前施工過(guò)程中的具體需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 萬(wàn)姜林，李檜祥，時(shí)圣文.單線鐵路長(zhǎng)隧道機(jī)械化配套與快速施工技術(shù)[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2002（3）：108～114.