蔡志山

（北京三一智造科技有限公司，昆山 215300）

隨著我國交通工程的規(guī)模增大，鐵路工程迅速崛起。隧道是鐵路建設中比較常見的工程，20 世紀60年代以來，鐵路隧道機械化施工水平有了很大提高，隧道的建設也給鐵路運輸帶來了便捷[1]。隧道建設通常是為了縮短鐵路線路的距離、減小行駛坡度而采用的跨越山河或者山嶺的工程，該工程不僅可以提高火車行駛的安全性，還能節(jié)省鐵路建設的成本。

隧道建設過程中，只有熟練掌握地質情況以及水文情況，才能提高隧道施工的準確性。多功能鉆機是現(xiàn)階段鐵路隧道建設中常見的機械化設備，在隧道建設前期可以用它勘測地理位置信息，從而方便技術人員根據(jù)地形選擇不同的施工方法以及支護。該設備可以在勘測、測量以及設計等方面發(fā)揮其優(yōu)勢，提升施工人員工作效率的同時，還能帶來良好的社會效益和經(jīng)濟效益，從而促進我國鐵路建設發(fā)展。

1 隧道施工存在的施工風險

以往的經(jīng)驗顯示，鐵路隧道建設過程中存在著很多不穩(wěn)定性，如果施工人員沒有提前對可能遭遇到的風險進行評估，很可能在施工過程中遇到危險，這樣不僅影響鐵路隧道施工進程，還會威脅到施工人員的生命安全[2]。因此，在隧道施工前期，施工人員就要根據(jù)實際工況分析影響隧道施工的相關氣候、環(huán)境、水文以及地巖等數(shù)據(jù)，并且做好防范措施，盡量降低鐵路隧道施工的風險。鐵路隧道建設過程中的風險主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 外部因素帶來的鐵路隧道施工風險

影響鐵路隧道施工的外部因素在很多情況下是不可控制的，需要施工人員前期勘察才能確保安全施工。

1.1.1 工作面坍塌

工作面坍塌是鐵路隧道施工中常見的風險，尤其是在挖掘含水量較多的地段時，會出現(xiàn)涌水的現(xiàn)象。當工作面出現(xiàn)大量涌水時，會減弱初級支護的防護作用，導致初級支護時間延后或使其結構變形，從而給施工人員帶來安全隱患。

1.1.2 結構坍塌

圍巖是鐵路隧道施工過程中的常見地段，如果圍巖地段缺乏一定的施工可操作性，隧道周邊的土體會因受到圍巖的影響而出現(xiàn)變形現(xiàn)象，從而給周圍的建筑物以及地面交通帶來不利影響。另外，在含水量較多的施工地段，需要人工填土來增加其強度，但是由于含水量較多，在人工挖掘的上層進行填土時，很可能降低土層的穩(wěn)定性，因此需要根據(jù)實際施工條件確定合適的施工方案。

1.2 人為因素帶來的鐵路隧道施工風險

除了外力因素以外，影響鐵路隧道施工的還有人為因素。在鐵路隧道施工建設中，人為管理和控制對鐵路隧道建設起著決定性作用，除此之外，施工人員的專業(yè)知識以及施工水平都會影響鐵路隧道的建設[3]。人為因素對鐵路隧道施工的影響主要體現(xiàn)在以下4 個方面。

1.2.1 施工設計方案

鐵路隧道施工不是一項簡單的工程，需要施工人員在前期認真勘察，掌握一定的數(shù)據(jù)以后進行分析，然后才能制定相關的設計方案。設計方案是隧道施工的基礎，如果設計方案存在不合理現(xiàn)象，如因缺乏施工風險評估而使得相關技術不能達到可施工的標準等，都會給整個施工階段帶來安全隱患。另外，如果施工人員設計的施工方案脫離實際，未結合當?shù)氐牡刭|情況，也會導致方案設計不能滿足隧道建設的標準要求，從而在施工時出現(xiàn)錯誤。

1.2.2 施工人員操作不規(guī)范

施工操作不規(guī)范是鐵路隧道施工中的常見風險。鐵路隧道施工對于施工技術和水平要求較高，如果施工人員未能按照施工方案的要求進行操作，將會導致施工成果與初期設計不符，這樣不僅會降低鐵路隧道施工的質量，還會增加建設成本、延誤工期。

1.2.3 風險管理過于表面

安全風險管理流于形式也是導致鐵路隧道施工產(chǎn)生風險的重要因素。在鐵路隧道施工時，若管理人員沒有將風險管理工作落到實處，只是采取口頭表述的方式，把風險管理流于形式，將會降低施工人員的風險意識，在發(fā)生緊急事故時，不能采取有效的處理措施，從而造成安全事故，進而影響整體施工質量和進度。

1.2.4 缺乏科學的圍巖測量手段

圍巖測量手段落后以及執(zhí)行不規(guī)范都會降低測量圍巖數(shù)據(jù)的效率。在施工時，施工人員不能及時掌握圍巖的具體數(shù)據(jù)，無疑是給施工埋下了安全隱患，一旦在施工時圍巖遭到破壞，就有可能造成較大的施工事故。另外，圍巖在施工過程中有很大的安全風險，如常見的坍塌等事故，這不僅會影響鐵路隧道施工的進度，還會給施工人員的生命安全帶來不利影響。

2 隧道施工過程中多功能鉆機的具體應用

2.1 超前地質鉆探

多功能鉆機是鐵路隧道建設中常見的機械設備，為我國的鐵路隧道建設提供了技術支持。超前地質鉆探是多功能鉆機中的主要功能之一，該功能也稱作隨鉆測量（Measure While Drilling，MWD）探測法[4]。鐵路施工前期的地質勘測非常重要，可以預先掌握施工中存在的安全隱患，MWD 探測法不僅可以實現(xiàn)這一功能，而且其施工技巧更科學、系統(tǒng)，其工作原理是鉆機在對施工場地進行鉆孔過程中可以根據(jù)采集到的地質情況數(shù)據(jù)進行科學詳細的分析，從而準確探測到施工地段的風險，如探測地質的松軟程度、該地段是否有涌水的現(xiàn)象等，以便于工作人員盡早掌握風險評估，避免施工過程中的風險。

運用MWD 探測功能具有預先評估風險的優(yōu)勢，其利用現(xiàn)代化信息技術可以實現(xiàn)機械自動化，在自動采集裝置分析相關數(shù)據(jù)的同時，可以根據(jù)數(shù)據(jù)分析自動產(chǎn)生曲線圖標，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綑C械設備的顯示器上。施工人員可以根據(jù)顯示器上的圖標進行相應工作，若發(fā)現(xiàn)施工異常，可以根據(jù)實時監(jiān)控數(shù)據(jù)變化及時調整和優(yōu)化施工方案。

在進行鉆孔時，施工人員可以隨時保存顯示器上的數(shù)據(jù)，方便后期查詢相關數(shù)據(jù)或對鐵路隧道進行研究分析等工作。施工過程中，若涌水量較大會對施工人員的安全有不利影響，因此在施工過程中需要引起警惕，施工人員在操作時需要注意根據(jù)風險評估及時掌握地下水的情況，以免因出現(xiàn)涌水現(xiàn)象而影響施工質量。

2.2 鋼絲繩取芯法

地質取芯是分析地質情況最直觀有效的方式，能夠為施工方案提供準確的數(shù)據(jù)儲備。鋼絲繩取芯法是地質取芯中的常見方法，在應用這種方法時，不需要拔出鉆桿，只需憑借取芯器就可以完成。在鉆取地質樣本時，鉆桿順著施工地段以垂直或者水平的方式快速鉆取，降低了工作人員鉆孔時的勞動強度，可以有效提升鐵路隧道施工的效率。該方法相對應的工作流程為：對巖石進行預鉆孔→連接鋼絲繩的轉換器→連接取芯打撈器→利用水壓向打撈器進行壓送→回收取芯器→和交換用取芯器連接→壓送取芯器→連接鉆桿→進行鉆孔工作。這種方法在施工時運用鋼絲繩、取芯器以及轉換器等配置，可以有效提升隧道鉆孔取芯的效率。

2.3 超前帷幕注漿堵水作業(yè)

超前帷幕注漿堵水作業(yè)的注漿過程需要用到相關的設備，如鉆注一體機、注漿泵以及注漿機等，這些設備是注漿堵水作業(yè)的關鍵設備，如果在施工過程中缺少一項，就會導致注漿的過程中斷，從而給隧道建設帶來不利影響。注漿堵水是一項對工藝要求較高的工作，該工藝中的注漿是整個工作流程中的重點工作，需要用到多功能鉆機來實現(xiàn)套管注漿以及單管注漿。注漿堵水的施工過程比較簡單，不僅可以提升鐵路施工的效率，還能降低施工成本，是目前隧道施工中比較常用的方式，可以為鐵路建設帶來一定的經(jīng)濟效益。注漿的所需材料一般包括普通水泥、水玻璃雙漿液、硫鋁酸鹽水泥單漿液等，注漿施工方法也包含多種工藝，在注漿方式的選擇上要根據(jù)不同的地段采取不同的注漿方式，才能發(fā)揮注漿的價值和作用，一般將注漿堵水的工作方法分為3 種：第一，針對圍巖比較完整或者碎石較少的情況可以使用孔口注漿方法；第二，如果遇到水壓較大的情況一般采取前進分段的注漿施工方式；第三，針對圍巖破損程度嚴重或者水壓較小的情況一般采取后退式分段注漿施工方式。多功能鉆機內(nèi)部通常設置有單向閥以及防突裝置，在鐵路隧道施工時難免會遇到涌水的現(xiàn)象，防突設置可以有效避免涌水現(xiàn)象的產(chǎn)生。另外，為了避免高壓水通過系統(tǒng)空間進入施工環(huán)境，一般在鉆機上會設置防水閥或者密封裝置，需要注意的是鉆機上的止水裝置還是要根據(jù)當?shù)氐牡刭|情況而設置，便于止水裝置發(fā)揮應有的作用。

2.4 管棚施工

多功能鉆機有套管的功能，這一項功能通常運用在管棚施工中，在鉆孔時為了防止孔壁坍塌一般先不拔出鉆桿，而是等套管鉆進去以后再撤出內(nèi)桿，之后再插入杠桿將外桿拔出。在比較松軟的地層施工時，對于土層的鉆孔工作需要運用到邁式管棚桿來實現(xiàn)[5]。根據(jù)以往的鐵路隧道建設經(jīng)驗，多功能鉆機可以有效解決管棚鉆孔困難的問題，如當遇到采空區(qū)內(nèi)部大多數(shù)為松散渣體的情況時，普通的鉆機根本達不到鉆孔的強度要求，很難實現(xiàn)鉆孔的工作，而且由于巖體松散，也很難安裝管棚，此時就需要用到多功能鉆孔機來完成相關工作，以達到降低鉆孔的難度、提高工作效率的目的。

3 結語

目前，我國鐵路建設還在不斷進步和發(fā)展，更多的建設技術和機械設備也在不斷引入我國鐵路建設中，給鐵路隧道建設提供技術支持。鐵路隧道建設是一項較為復雜的工作，其中存在很多風險，主要有外力因素，如坍塌、涌水等風險問題，還有一定的人力因素，主要體現(xiàn)在施工人員的專業(yè)素質、操作流程、方案設計等方面，這些因素都會影響施工進度和生命安全。因此，施工人員要做好前期的風險評估，盡量避免施工時產(chǎn)生的風險，充分利用多功能鉆機的功能來探測地質情況，根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來實時監(jiān)測，并根據(jù)施工異常情況進行調整和優(yōu)化，從而達到提高工作效率，保證施工人員生命安全的目的。