彭仁軍 / PENG Renjun，李三華 / LI Sanhua，劉愛兵 / LIU Aibing，

　　張曉壽 / ZHANG Xiaoshou，李中華 / LI Zhonghua

　　（中鐵五局集團有限公司，湖南 長沙 410007）

　　摘要：根據國家相關部委提出的“機械化換人、自動化減人”工程施工指導思想和重點工程施工需要，近年來鑿巖臺車在鐵路隧道施工應用越來越廣泛。現對我公司購置的全電腦三臂鑿巖臺車在各鐵路隧道開挖施工中的應用情況進行階段性總結，對應用效果進行分析，提出鑿巖臺車應用需要繼續探討和深入研究的問題，為鑿巖臺車后續應用提供參考。

　　關鍵詞：全電腦三臂鑿巖臺車；鐵路隧道；開挖成本；利用率；機械化施工

　　中圖分類號：U215.3    文獻標識碼：A

　　1 引言

　　2015年以來，我公司根據承建的國家重點工程需要和國家相關部委提出的“機械化換人、自動化減人”工程施工指導思想，陸續引進9臺瑞典阿特拉斯生產的Boomer XE3 C型全電腦三臂鑿巖臺車在我公司承建的京張鐵路新八達嶺隧道、川藏鐵路拉薩至林芝段桑珠嶺隧道、哈牡客專虎峰嶺隧道、黔張常鐵路劉家寨隧道、成蘭鐵路楊家坪隧道、玉磨鐵路莫郎山隧道、玉磨鐵路安定隧道、玉磨鐵路通達隧道、鄭萬高鐵湖北段巴東隧道、鄭萬高鐵湖北段榮家灣隧道、鄭萬高鐵湖北段香樹灣隧道、張吉懷高鐵鳳凰隧道等鐵路隧道工地應用，為完成我公司承建的重點控制性工程提供了重要的保障。現對我公司配置的鑿巖臺車在各鐵路隧道開挖施工中的應用情況進行階段性總結，對應用效果進行分析，提出鑿巖臺車應用需要繼續探討和深入研究的問題，為鑿巖臺車后續應用提供參考。

　　2 鑿巖臺車組成與主要功能概述

　　2.1 鑿巖臺車組成

　　Boomer XE3 C型全電腦三臂鑿巖臺車主要由底盤及發動機、鉆臂及鑿巖機、液壓系統、電氣系統、全電腦控制系統以及駕駛室、工作平臺、空壓機、高壓水泵及其它附屬系統組成，其主要技術參數見表1。

2.2 鑿巖臺車主要功能

　　該型號鑿巖臺車具備全自動高效智能化鉆孔、超前地質勘探和地質分析、三維掃描隧道內部開挖截面、遠程通訊與數據交互、錨桿施工、噴漿厚度檢測、配合注漿和管棚施工、配合裝藥與撬毛等功能。具有自動化程度高、鉆孔速度快、鉆孔精度高、操作簡單、維保方便等優點。

　　3 鑿巖臺車開挖作業工藝流程及作業人員配置

　　3.1 開挖作業工藝流程

　　鑿巖臺車開挖作業工藝流程為：施工準備→鑿巖臺車就位→炮孔施鉆、裝藥連線→鑿巖臺車退出、維保。

　　3.1.1 施工準備

　　掌子面出渣完成后進行排險、場地平整、排水、水電風跟進作業，做好作業條件準備。

　　3.1.2 鑿巖臺車就位

　　準備工作做好后，操作人員駕駛鑿巖臺車以低于5km/h速度行駛至掌子面前合適位置后停下，伸開支腿支撐好，使鑿巖臺車上的小型水準儀前后、左右方向在同一水平面上即完成定位，連接好電纜、水管。

　　3.1.3 炮孔施鉆、裝藥連線

　　開鉆前要做好“五查”：查鑿巖機是否正常；查水管連接是否牢固；查電纜是否接好、電壓是否正常；查鉆頭、鉆桿等工具是否配齊；查消耗材料有無備用。

　　按照爆破設計圖將鉆孔平面圖導入鑿巖臺車，由隨機配置的全站儀自動進行導航定位。根據輸入的鉆孔平面圖調整好開孔位置及開孔方向，保證鉆孔方向誤差在合理范圍內，注意推進梁頂定盤必須緊貼巖面再使用低沖擊壓力開孔。鉆進中不得隨意改變推進梁方向以免折斷鉆桿，并根據圍巖變化情況，合理調節鑿巖機回轉、推進、沖擊速度。鉆孔完成后，鑿巖機自動退回，開啟沖洗將孔內巖粉沖出清孔。在鉆孔作業中，通常由1、3號臂負責周邊孔、內圈孔、壓頂孔，2號臂負責掏槽孔、底板孔，施鉆過程中各臂分工及鉆孔順序可進行調整。注意臂與臂之間的協調與配合，防止碰撞。

　　炮孔施鉆完成后可利用鑿巖臺車進行裝藥、連線。

　　3.1.4 鑿巖臺車退出、維保

　　完成炮孔施鉆、裝藥連線后，鑿巖臺車即可退出。退出前先要切斷電源和水源，邊退邊卷好水管、電纜，收拾好相關材料機具，將鑿巖臺車退至規定停放位置進行強制維保。

　　3.2 開挖作業人員配置

　　根據實施性施組和現場實際情況，可按照表2進行開挖作業人員配置。

4 應用情況綜述

　　經統計，截至目前我公司9臺全電腦三臂鑿巖臺車共完成鐵路隧道正洞開挖17608m，完成輔助坑道開挖1880m，具體見表3。

　　經計算，單工作面Ⅱ、Ⅲ級圍巖平均進度150m/月、Ⅳ級圍巖平均進度80m/月、Ⅴ級圍巖平均進度50m/月，具體見表4。

　　經分析對比，鑿巖臺車開挖相比較傳統人工開挖成本偏高，差價約33元/m3，鑿巖臺車與傳統人工開挖對比分析見表5。

5 應用效果分析與探討

　　5.1 搞好鑿巖臺車管理是應用成功的基礎

　　全電腦三臂鑿巖臺車是隧道鉆爆法施工中最昂貴、最先進的設備，管好、用好、養好、修好鑿巖臺車是應用成功的基礎。

　　以鑿巖臺車為中心，組建專業化管理團隊；建立單機責任制度，實行班長負責制。制訂鑿巖臺車管理辦法、開挖循環時間考核辦法、開挖超挖考核辦法等管理制度。以進尺考核為主，輔以超挖、配件消耗考核，建立經濟責任承包和考核機制，對操作、維保人員采用保底工資加考核工資模式，在薪酬體制上對鑿巖臺車操作、維保人員有所傾斜，提高操作、維保人員積極性。

　　根據不同圍巖狀況調整鑿巖臺車使用參數，區別設定不同的沖擊壓力和推進壓力，可有效延長鑿巖機的使用壽命。根據不同圍巖狀況選用不同特征類型的鉆具可有效降低鑿巖臺車鉆具消耗，圓齒鉆頭鉆進速度慢但耐磨、尖齒鉆頭鉆進速度快但不耐磨，針對硬巖、中硬巖施工時宜選用圓齒鉆頭，而對于軟弱圍巖則宜選用尖齒鉆頭進行施工。正常隧道炮孔鉆孔時宜選用普通鉆桿，施鉆深長孔時宜選用快速鉆桿進行施工。

　　執行“1＋1管理”，即作業一個班，就強制維保一個班，將故障隱患消除在作業之前，確保鑿巖臺車作業循環完好率達到100%。

　　對液壓油管、回油蓄能器及鑿巖機機頭銅套等零部件進行國產化，應用鉆頭修磨技術延長鉆頭使用壽命，修復鉆桿重復使用，可有效降低使用成本。

　　5.2 高水平操作人員是鑿巖臺車應用成功的關鍵

　　擁有一支忠誠企業、責任心強、技能水平高、善于總結學習的操作人員隊伍，才能實現可持續應用。

　　首先，我公司通過暢通技能人才引進渠道，近年來與院校合作采取定向培養的方式，共引進各類學員60人，通過社會資源引進操作人員8人。其次，開展“導師帶徒”進行傳、幫、帶；舉辦技術交流及各種形式的培訓；舉辦職工技能大賽，以賽促練，提升操作人員技能、增強勞動榮譽感。再次，制訂操作人員評級考核管理辦法，操作人員技能水平等級與報酬掛鉤，組織操作人員考核評級12次。

　　5.3 鑿巖臺車綜合開挖成本較高

　　鐵路隧道質量驗收標準中襯砌厚度不允許有負的施工誤差，施工單位為規避“紅線”風險“寧超勿欠”，加之地質、鑿巖臺車鉆臂推進梁長度、初支端頭至掌子面的長度、開挖進尺等因素的影響，造成鐵路隧道施工超挖普遍。鑿巖臺車的自身結構決定周邊孔鉆孔時外插角較大，造成線性超挖較大，加大鐵路隧道總體施工成本。部分鐵路隧道設計概算不足，機械設備定額偏低，機械化施工費用不足；部分建設單位對新開項目主要設備配置要求為全新設備，導致施工單位推動機械化施工成本壓力巨大。

　　5.4 鑿巖臺車利用率有待進一步提高

　　綜合統計，我公司鑿巖臺車利用率在60%左右。第一，鐵路隧道施工統一的安全步距管理要求制約鑿巖臺車效率發揮。針對Ⅱ、Ⅲ級圍巖鑿巖臺車開挖能力能夠達到300m/月以上，但受安全步距管控等因素影響僅能達到一半左右的指標。第二，鐵路隧道實際施工中各級圍巖相互交替且不可充分預見，部分Ⅴ級圍巖設計所采用的工法不能使用鑿巖臺車進行開挖作業，需另外采用人工開挖作業，造成鑿巖臺車閑置和開挖設備重復投入。第三，部分工序不配套，裝藥連線比傳統人工開挖裝藥連線用時多，造成總體開挖工序循環時間相比較人工開挖優勢不明顯。第四，鑿巖臺車雙機作業時，多臂相互影響，降低效率。第五，一般鐵路隧道施工周期為3?4年，鑿巖臺車折舊年限為10年，上一項目完工后如不能接續下一項目，將造成鑿巖臺車閑置。

　　5.5 鑿巖臺車更適應，圍巖狀況較好且變化不大的大斷面隧道施工

　　鑿巖臺車作業需要有足夠的空間，在圍巖狀況較好且變化不大的大斷面條件下使用鑿巖臺車進行全斷面開挖施工，能充分發揮鑿巖臺車的快速掘進功能。針對鐵路隧道軟弱圍巖段，施工設計多采用兩臺階、三臺階等工法開挖，鑿巖臺車使用效率較低、適應性較差；鑿巖臺車用水量大且水壓較高，開挖軟弱圍巖過程中可引發圍巖失穩、易引發成孔坍塌，雖然采取預加固措施可以解決，但進度較慢，不利于快速施工。

　　6 結語

　　鑿巖臺車在鐵路隧道開挖施工中的應用實現了“機械化換人、自動化減人”，與傳統的人工操作風動鑿巖機開挖作業相比較，鑿巖臺車開挖作業在安全、質量、進度、形象、職業健康、環保等方面均具有比較明顯的優勢，雖然鑿巖臺車開挖施工成本受諸多因素影響仍居高不下，但在人工費用高且勞動力不足的將來，隧道施工作業全面機械化是大勢所趨。

　　在現有應用成果基礎上，針對鑿巖臺車的配置與管理、操作人員的培養與穩定、配套工藝工法的適應性改進以及鑿巖臺車的超前地質預報、管棚施工、錨桿孔施鉆等方面均需進行更深入的研究。