李銳
摘? ? 要:隨著當前經(jīng)濟的快速發(fā)展以及機械化施工的大面積推廣,鐵路建設的要求也逐步提高,加強鐵路隧道開挖作業(yè)機械化與施工技術研究勢在必行。本文與鐵路隧道的實踐相結合,分析對比開挖作業(yè)的機械化技術,并且分析研究如何進一步優(yōu)化鑿巖臺車裝藥平臺的個數(shù)以及超欠挖控制技術,以符合施工的需要。
關鍵詞:機械化;鐵路隧道;施工技術;開挖作業(yè)
1? 鐵路隧道開挖概述
因鉆爆法性能較強而且適用性廣,已成為隧道開挖施工的主要方法。鉆爆法使用人力手持風動鉆孔設備與簡易開挖臺架進行配合,完成鉆爆施工。這種方式效率低下,無法有效的保證施工安全,且容易出現(xiàn)欠挖和超挖等問題。近年來,隧道建設的長度逐年遞增,建設速度需進一步加快,傳統(tǒng)的鉆爆施工已經(jīng)無法滿足隧道施工的需要,升級開挖工藝迫在眉睫,鑿巖臺車正是基于這一情況而產(chǎn)生的。
隧道鑿巖臺車的應用和研發(fā),我國起步于上世紀60年代,90年代之后,開始研究使用全自動控制和電腦導向的鑿巖臺車,并取得了較好的效果,但是和先進國家相比,在控制系統(tǒng)和結構方面依然有一定的差距,有待進一步探索研究。
2? 工程概況
某鐵路隧道全長為598米,地下水及地表水不發(fā)育,單向掘進,全隧圍巖主要由頁巖及灰?guī)r構成,巖體較硬,無膨脹性,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險,頁巖地層橫穿炭質地層,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車進行開挖施工。
3? 鐵路隧道開挖作業(yè)機械選型
本著“安全第一、質量先行”的原則,在施組設計過程中,選用鐵建重工ZYS113三臂鑿巖臺車與阿特拉斯三臂鑿巖臺車進行對比,結合隧道地質情況,通過施工效率、施工成本、可操作性、安全性等方面的對比,此隧道選用鐵建重工生產(chǎn)的ZYS113全電腦三臂鑿巖臺車。
4? 鑿巖臺車超欠挖控制方法
隧道超欠挖控制是隧道施工的主控項目,欠挖會導致后期襯砌厚度不足,提高運營過程中的安全風險,超挖會導致初支混凝土數(shù)量增加,增加施工成本,所以利用開挖機械有效控制隧道超欠挖有著極為重要的意義。
三臂鑿巖臺車使用時,首先利用自帶3D定位系統(tǒng)定位臺車,并按照鉆爆方案導入鉆爆設計參數(shù),自動化地進行鉆孔,人工配合完成后續(xù)的裝藥、爆破等工序。
鉆爆設計是將設計參數(shù)導入到車載電腦當中,使用電腦來進行后續(xù)的分析,鑿巖臺車能夠高效智能化的進行鉆孔,依照設計參數(shù)完成鉆孔深度、角度、孔位的控制,自動化實現(xiàn)防空打、防卡鉆。通過超前地質預報與鑿巖臺車的3D掃描軟件相結合,分析開挖斷面超欠挖的情況以及前方圍巖狀況,動態(tài)化地對鉆爆的參數(shù)進行調整,讓開挖輪廓線得以有效控制,以更好的控制隧道超欠挖。鉆孔完成之后進行后續(xù)的爆破和裝藥可以通過三臂鑿巖臺車自帶工作吊籃配合,提高設備的安全性和工作的效率。
在全斷面開挖的過程中,使用的主要是三臂鑿巖臺車全斷面鉆眼爆破,如在施工過程中遇到軟弱圍巖,三臂鑿巖臺車手臂無法進行垂直化的輪廓線開挖,可能會導致附近鉆巖石出現(xiàn)一定的外插角,在開挖進尺短的時候需要使用長眼進行爆破對超挖進行控制。如果開挖進尺相對較大,周邊也使用長眼共同爆破,讓長眼傾斜高度抬高,這樣可以有效的對隧道超挖情況進行控制,同時使用外插短眼等方式也能夠對隧道欠挖的情況進行控制。
另外結合對地質情況對爆破參數(shù)進行合理的調整,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情況,減少超欠挖,提高圍巖的穩(wěn)定性。
5? 鑿巖臺車裝藥作業(yè)平臺數(shù)量優(yōu)化分析
在使用傳統(tǒng)工藝的條件下,鉆爆臺架能夠實現(xiàn)全斷面的同時裝藥,然而利用三臂鑿巖臺車進行施工,在施工的過程中只有兩個操作筐,工作面相對較小,裝藥速度趕不上人工施工。為了解決這些問題可以在轉臂前臺安裝快速作業(yè)筐,通過工作臂進行專業(yè)的操作,以提高施工的效率。
在實際操作過程中,因為三臂鑿巖臺車無法有效的進行快速裝藥,在三臂鑿巖臺車自帶吊籃的條件下增設一定的吊籃,將它們固定的工作臂上進行裝藥,鑿巖臺車當中每個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,在增設吊籃之后進行現(xiàn)場專項試驗,可以發(fā)現(xiàn)在操作過程中功效能達到最優(yōu),而且符合現(xiàn)場施工的具體需要。
6? 監(jiān)控量測情況分析
三臂鑿巖臺車開挖斷面較大,為了保證隧道圍巖收斂以及沉降滿足要求,洞內埋的監(jiān)控量測點并利用軟件對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析,通過數(shù)據(jù)分析對比,洞內累積變形、累計沉降和凈空收斂變形速率相對較小,整個圍巖較為穩(wěn)定,滿足隧道開挖要求。
7? 結束語
單洞雙線隧道的開挖使用三臂鑿巖臺車,符合施工的具體需要。為了更好的控制隧道的超欠挖,開挖進尺較短時使用長眼爆破的方式,開挖進尺較長時使用短眼爆破,同時在鑿巖臺車施工的過程中,為了讓效率提高可以增設一定的吊籃,保證工效比達到最優(yōu),符合當前施工過程中的具體需求。
參考文獻:
[1] 萬姜林,李檜祥,時圣文.單線鐵路長隧道機械化配套與快速施工技術[J].中國鐵道科學,2002(3):108~114.