液压凿岩台车在客运专线隧道工程中的使用与思考
１．概述
铁路客运专线隧道与普通铁路隧道的最大区别不仅仅在于其断面面积大，更重要的在于其施工质量要求非常高。安全、质量、环保、舒适是在施工阶段就必须要认真解决的问题。不但要从思想认识上解决，还要从施工工艺、施工设备配置上予以解决。
为确保客运专线工程施工需求，去年以来，中铁隧道在温福飞鸾隧道、武广大瑶山隧道和合武红石岩隧道施工中，先后投入８台台车，分别为ＡＴＬＡＳ ３５３Ｅ和ＳＡＮＤＶＩＫ Ｔ１２、Ｔ１１台车。台车的使用确保了工期和质量，彰显了专业化的实力。
２．台车使用情况简介
２．１红石岩隧道
红石岩隧道全长７８５７ｍ，地层为Ａｎｃｚｆ前石炭纪佛子岭群诸佛厣岩组，Ｄｇｎ新元古代斑竹园片麻岩套东弯组，Ｑｇｎ新元古代斑竹园片麻岩套桥口组，Ｑｇｎ大别变质表壳组合，岩性为碎石土、角闪斜长片麻岩、二长片麻岩、二长变粒岩。其中Ⅱ级围岩６３８０ｍ，占全隧长的８１.２％；Ⅲ级围岩９９５ｍ，占全隧长的１２.７％。在Ⅱ、Ⅲ级围岩中，采取三臂液压凿岩台车双机单洞全断面开挖，开挖断面一般在１１８ｍ²左右。
２．２飞鸾隧道
温福铁路飞鸾隧道全长６７１８ｍ，洞身最大埋深约５５０ｍ。飞鸾隧道通过两条断层带，岩体较为破碎，局部成断层角砾；可能存在高地应力情况，加之洞身围岩岩性为较坚硬、致密、性脆的凝灰熔岩，有发生岩爆的可能。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩全长５８６８ｍ，占隧道全长的８７.３％。隧道围岩及开挖情况见表１。
２．３台车使用情况
２．３．１使用台车情况简介
红石岩隧道前期开挖采用的是３５３Ｅ三臂液压凿岩台车。２００６年６月底２台Ｔ１２三臂液压凿岩台车进场，３５３Ｅ台车转场；２００５年１２月底，２台３５３Ｅ台车投入飞鸾隧道使用，２００７年２月底退场，２台ＳＡＮＤＶＩＫ Ｔ１１台车进场使用。３５３Ｅ和Ｔ１２台车主要技术指标见表２。
２．３．２施工组织
①开挖：２台三臂液压凿岩台车并行作业。司钻班８～１２人，装药班９～１２人，维修保养班６～１０人，采用两班制作业。
②出碴：配２台ＺＬ５０Ｌ或２台ＷＡ３８０装载机，配备满足出碴需要的自卸车，一般为１５ｔ左右。１台反铲清底。
③衬砌：２台１２ｍ钢模板台车。
台车开挖施工工艺流程为：测量放线→双台车定位→钻孔→清孔→装药起爆→通风→找顶→出碴→进入下一循环。
２．３．３台车开挖进尺
Ｔ１２台车从进场到２００７年２月底共开挖２３０８.３ｍ。２００７年８至１１月开挖９０５ｍ，月均２２６.２５ｍ；３５３Ｅ台车２００６年３月正式投入使用，除软弱破碎地段单台作业外，大部分地段为２台并行作业，到２００７年２月底共完成开挖２１��８ｍ。２００６年８至１１月开挖８８７ｍ，月均２２１.７５ｍ。
２．３．４台车开挖循环时间
台车开挖循环时间与台车本身的技术状况有关，更与台车操作和维修保养人员的水平、现场组织、管理、协调以及外部环境密切相关。由于电网电压低且不稳定，Ｔ１２台车在红石岩隧道施工初期电气系统故障较多，购买稳压变压器后情况有较大改观。由于两个工点均引进了大量人员，分批、分阶段进行培养，技术精干的操作手较少。同时，由于受通风、装碴及运输和施工组织等客观条件制约，在一般情况下，每天台车作业２个循环，出现３个循环的情况很少。表３为２００６年１０月２５日至２８日两个工点台车开挖循环时间。
从表３可以看出，Ｔ１２平均定位时间３３ｍｉｎ，３５３Ｅ为２６ｍｉｎ，Ｔ１２比３５３Ｅ多７ｍｉｎ，分析其原因：一是Ｔ１２台车整机重量比３５３Ｅ重约４ｔ；二是Ｔ１２驾驶室为全封闭，操作人员工作环境舒适，但视线受影响；在爆破进尺相差不大的情况下，Ｔ１２台车钻孔平均时间高于３５３Ｅ台车，这与红石岩电网电压不稳，２台车６个臂有时只有４个臂工作，加之频繁培训新手等因素有关。
当然，两个工点相距数千里，工程地质条件、组织管理以及其他主客观情况都不一样，也会影响台车作业循环时间，单从表３的数据不能说明两种型号台车孰优孰劣。据了解，Ｔ１２台车２００７年５、６月两月平均月开挖超过２５０ｍ，６月份达到２６９.４ｍ。
３．影响台车开挖效率的原因
３．１地质条件的影响
工程地质条件对台车的使用影响最大。当围岩不好时，一方面钻杆容易卡钎，此时一般只有低冲击而没有高冲击，延长了钻孔的时间，会多耗时９０ｍｉｎ以上；另一方面，当围岩差时，特别是掌子面涌水较大时，装药也会很困难，一般要比正常情况多用１ｈ以上。
３．２材料供应的制约
材料供应也直接影响台车施工效率。不同的围岩情况需要使用不同的炸药，如直径尺寸、型号等。去年，全国性的火工品供应紧张，在一定程度上影响了爆破效果和施工进度。另外，配件供应是否及时，售后服务是否到位，都直接影响台车的使用效率。
３．３环境因素的影响
环境因素包括高压电和施工用水的供应、工区的施工组织、隧道内的通风以及洞内路面状况等。掌子面通风不好，能见度低，会使测量画线的时间延长，也会使台车定位、摆臂时间增加。洞内环境不好，会造成台车的意外损伤。
３．４人员素质的影响
人员素质是影响台车完好率和使用率的决定性因素。操作和维修保养人员素质的高低对确保台车机况，提高钻孔精度，控制好超欠挖至关重要。在正常情况下，台车开挖依据施组有序进行，如果出现卡钎或推进速度下降，有可能是钻头球齿损坏，要及时更换；双机并打，６个臂要有机配合，等等。都需要相关人员既要对台车基本结构、原理有一定的了解，更要有熟练的操作技巧和足够的经验，能够随机判断故障，发现问题，分析原因，恰当处理。目前台车使用中存在的主要问题：
（１）作业人员总体水平不高
随着对台车需求数量的增加，有经验的技术工人很紧缺，经常是边培训，边施工，前一批人员刚熟练操作就调转战场，又来新人继续培训学习。
（２）存在经验主义的做法
目前国内常用的台车有ＡＴＬＡＳ台车和ＳＡＮＤＶＩＫ台车。以往，过去使用较多的是ＡＴＬＡＳ台车。台车操作人员基本上都是从学习ＡＴＬＡＳ台车操作入门的，特别是新手，对一种台车掌握还不很熟悉，又接触另外一种台车，往往会拿操作ＡＴＬＡＳ台车的理念对待ＳＡＮＤＶＩＫ台车。去年，Ｔ１２台车进场后出现的一些故障也与此有关。虽然都是三臂液压凿岩台车，但两个厂家的设计理念不同，其主要结构也有本质的区别，操作和维修保养要求必然有差异。
（３）责任心不强
一是吃老本，怕吃苦，不愿意刻苦钻研，解决问题的能力差；二是不能正确理解成本考核与岗位职责的关系，有时带着情绪工作；三是去年以来各台车公司引进了许多技校生，但有的身份不明确，因而有短期行为，缺乏敬业爱岗的思想；四是不爱惜设备，因操作不当，台车挂、碰、撞伤的情况时有发生。
（４）片面强调成本控制
台车使用的成本主要是钻具、油料和零部件。要想降低台车使用成本，就必须严格控制日常消耗，适当进行国产化替代，但必须把握好国产化替代的“度”，否则会得不偿失，造成更大的损失。这种例子并不鲜见。
（５）台车公司和工区的关系
台车成本控制是集操作、维修保养和管理为一体的成本控制，是台车公司和项目工区紧密结合的全过程的成本控制。隧道内坚硬尖利的岩石，衬砌过的路面边墙钢筋如果清理不彻底出现外露，都会加剧台车轮胎的磨损和非正常消耗。几个工点的隧道都设计有较宽较深的中央水沟，如果后续工序不能紧跟，退台车时，稍不注意就会掉进水沟。这就需要台车公司与工区加强沟通协调，及时处理影响台车施工的不利因素，确保台车的完好率和利用率。
４．对台车使用管理的几点思考
４．１加大台车使用的政策支持
随着铁路客运专线工程的动工修建，许多单位纷纷抽调人员，购买设备，成立专业化的台车公司，在取得经济效益的同时，取得了明显的社会效益。但也面临着许多困难和问题：从主观来说，总体技术水平不高，管理不到位，台车使用的效益还未充分发挥；从客观看，人们对使用台车的认识还不到位，协调好方方面面的关系也有较大难度，制约台车使用的客观因素比较多。应当看到，成立台车公司的方向是正确的，台车使用的社会效益大大高于经济效益，体现的是长远利益和整体利益。因此，应当多鼓励、多关心、多帮助、多给予政策扶持。
４．２加强宣传，消除认识误区
使用液压凿岩台车进行隧道开挖，经历了１９８０年代的辉煌和此后的逐渐步入低谷，以及后来的手持风钻人工台架作业一度几乎取代台车开挖。由于铁路客运专线隧道断面大，质量要求高，环保标准严，加之近年来人工成本的节节攀升，台车开挖的优势又开始逐步显现，人们对台车的认识也进一步深化，但在一定程度仍然存在片面认识，主要是认为台车开挖成本高。现实情况并非如此。据统计，使用３５３Ｅ台车，在方斗山公路隧道施工中采用双机单洞全断面开挖，在Ⅰ～Ⅳ级围岩中，开挖断面８０.５～８６.５ｍ²，最高月进尺４５０ｍ，而台架手持风钻为３００ｍ，人工开挖比台车开挖成本高１６.５元／ｍ³。台车开挖的主要优点是：
①成孔速度快。３ｍ以内孔深从钻机定位到钻孔结束平均只要２ｍｉｎ，而人工台架在不卡钻的情况下则需１０ｍｉｎ，硬岩更慢。
②人工成本低。台车钻孔４名司钻工即可，而人工开挖则需２０人左右。
③节约循环时间。台车钻孔孔径较大（一般为４５ｍｍ），对清孔、装药尤为有利，在硬岩深孔中优势更为明显，可节约不少装药前的吹孔时间。
④在软弱围岩中也具有优势。台车在软弱围岩全断面施工，很容易施工径向（系统）锚杆和超前小导管，人工则有许多困难。
⑤充分体现以人为本。台车钻孔司钻劳动强度低、安全、环保。台车作业掌子面噪音较风钻小，空气也较清新，可节省通风费用；掌子面视线好，大大促进了文明施工。
至于认为台车开挖费用高的问题，可以依靠加强管理，提高操作手技术水平，抓好施工组织，强化日常保养和强制保养来解决。据统计，飞鸾隧道使用３５３Ｅ台车包括钻具在内的主要材料、动力、配件消耗低于１０元／ｍ³。从２００６年８～１１月红石岩隧道台车开挖部分材料消耗见表４。８～１１月，Ｔ１２开挖９０５ｍ，主要材料消耗平均每米６２０元左右。通过统计分析可以看出，使用台车的消耗与地质情况紧密相关，更与组织管理水平、设备维修保养状况密切相关。表４显示，８月份钻杆消耗量大，是由于培养新手钻杆断损较多，而１０月份钻杆消耗量少是因为修旧利废，对旧钻杆加工再利用。
４．３强化培训，提高人员综合素质
既包括技术和管理人员，也包括操作人员；既包括技术素质，也包括管理协调素质和思想道德素质。
（１）重视操作手的作用及培养
操作手既要熟练掌握台车的常规操作方法，更要有一定的控制超欠挖水平，以及掌握防卡钎、根据地质情况调整钻进参数的能力等。例如，操作中要及时切换高／低冲击，如果有卡钎的迹象出现，要及时从高冲击切换到低冲击；及时调整推进压力，如果岩石很硬，推进压力较大，很可能会使钻杆变弯，一方面影响钻孔的质量，一方面也容易使钻杆折断；防止凿岩机空打等。对操作手的要求是专而更精，熟练、熟练、再熟练。
（２）加强维修保养人员的培训
维修保养人员要懂基本理论，懂结构原理，熟知台车各部分的功能和作用。坚持做到作业一个班，强制保养一个班，把故障隐患消除在台车作业之前。
培训的目的不单单是提高技术水平，还有思维方式、思想道德素养，目的是培养敬业爱岗精神、责任心和分析问题解决问题的能力，防止用固定的、僵化的思维方式对待不同的设备。
４．４突出重点，抓好质量控制
（１）严格控制超欠挖
超欠挖的多少对施工成本的高低影响很大，台车开挖成本控制的关键也在于超欠挖的控制。而超欠挖又是因钻孔的偏斜造成的。引起超挖的主要原因，一是操作手经验不足，方法不当。如周边眼开眼角度的控制、开眼点的选择等，这就要靠培养和积累；二是围岩的频繁变化。围岩变化就需要及时调整爆破设计方案，如钻孔深度，炮眼布局、数量、炸药选型等。周边眼的角度和深度变化会直接影响超欠挖的控制，钻孔深度、偏角越大，孔底偏差也越大，这就要求对钻孔偏角要严加控制。
（２）抓好重点环节控制
一是对隧道中心大楔形掏槽精心设计，合理组织，确保掏槽成功；二是抓好一个拱顶点、两个起拱点、两个边角点，确保隧道轮廓线施���；三是钻孔成孔质量的好坏取决于推进梁定位的精度，在施钻周边眼时，推进梁定位尽可能与隧道轴心线平行，这就要依靠推进梁顶端和末端两点来解决。
（３）软弱围岩利用台车全断面开挖要慎之又慎
在软弱围岩施工时，严格遵循“短进尺，多循环，早封闭，勤量测，弱爆破”的原则，循环进尺控制在１.２～１.６ｍ，采用非电毫秒导爆管系统，炸药用φ３２岩石乳化炸药，大楔形掏槽，根据地质围岩情况，随时调整爆破参数设计。除正常施工工艺流程，视围岩情况增加初喷、架格栅、喷混凝土等工艺。
４．５加强综合管理，提高设备效率
（１）加强执行力度
严格按照设备操作手册和维修保养手册的规定操作和维修保养设备，对出现的违章现象要及时纠正，确保设备安全；做好后勤保障和配件供应，确保设备故障及时处理；加强设备监管力度，认真搞好日常保养和强制保养。
（２）强化安全意识，搞好文明施工
台车施工中经常出现挂、碰、砸情况，既增加维修保养费用，又降低了设备利用率。解决的办法，一是认真做好找顶，严防意外落石砸伤台车，特别是遇到软弱围岩时要严防坍方。据了解，购买一节Ｔ１２台车的新伸缩臂需１４万元以上，修理费用也不低；二是严格执行规章制度，杜绝违章指挥、违章作业。
（３）加强管理协调，处理好各个层次之间的关系
一是处理好工区与台车公司之间的关系。在台车的使用上，工区和台车公司是利益共同体，要形成统一意志，心往一处想，劲往一处使，不能只考虑单方面的利益；二是处理好台车公司内部的关系，包括领导之间的关系，管理人员与操作人员之间、打钻与维修保养之间以及操作人员之间的关系。
（４）搞好设备的配套和工序的衔接
这也是发挥台车效率的最关键因素。如果通风、出碴运输等一系列其他后续设备和工序跟不上，再好的台车也难于发挥作用、创造应有的效益。
４．６妥善处理部件国产化与进口的关系
台车零部件国产化是降低使用成本、缩短零部件供应周期、提高经济效益的重要手段，不仅必要，而且可行。非关键零部件就完全可以由国产件替代。如橡胶顶头、耐磨条等。Ｔ１２推进梁耐磨条，进口优惠单价９０.７５美元，自己开发单价仅几十元；３５３Ｅ台车上的钢丝绳全套进口价４２８４美元，国产替代品仅需几百元人民币，使用实践证明，其寿命已达到进口件的８６％。另外，台车的钻杆支撑套等，国产化替代远远低于原厂进口件的价格，节省了费用，效果也不错。
但国产化替代是有原则的，关键是要确保设备安全，要把握好“度”。特别是凿岩机内部的关键零部件必须使用纯正原装产品；关键部位润滑油必须使用厂家推荐的产品，否则将会得不偿失。比如，阿特拉斯凿岩机钎尾润滑可以使用液压油，而汤姆洛克凿岩机钎尾润滑必须使用风动工具专用油。最好是ＳＨＥＬＬ Ｔｏｒｃｕｌａ１００或ＭＯＢＩＬ Ａｌｍｏ５２７，也可以使用ＥＳＳＯ Ａｒｏｘ１００或ＣＡＳＴＲＯＬ ＲＤＯｉｌ１００，而不能使用液压油。
５．结束语
综上所述，台车开挖技术在保证工程质量、加快施工进度、确保施工安全、促进文明施工、提高企业形象方面具有明显优势。随着以人为本理念的不断深化，台车操作水平的不断提高，施工工艺、设备配套的不断完善，使用液压凿岩台车机械化开挖的优势已经越来越明显。因此，地下工程矿山法施工采用先进的机械设备，特别是液压凿岩台车是必然趋势。
先进的施工技术需要先进的机械设备。盾构法、浅埋暗挖法和矿山法是修建地下工程、山岭隧道的三大技术优势。液压凿岩台车是矿山法施工技术的重要配套设备，是专业优势的重要组成部分，只要始终秉承“至精、至诚，更优、更新”的精神，不懈努力，先进设备的优势一定会充分发挥，一定能实现经济效益和社会效益双丰收。