浅谈三臂凿岩台车在高原铁路隧道的运用
０ 引言
宏观角度来看，整个建筑行业目前基本步入机械化时代；随着施工机械技术的不断创新，机械的安全性、稳定性、自动化程度及工作效率也不断优化，结合行业发展趋势及社会人群从业结构，施工行业将从机械化向自动化逐渐转变。
从施工企业长足发展来布局，机械化的运用将会成为企业工程建设发展的新力量。我们要跟紧发展步伐，从实践中总结，扎下根基，为企业的机械运用提供一份具有指导性的总结报告；基于此因素，本文将通过对三臂凿岩台车在高原铁路隧道的运用进行总结阐述。
１ 项目概况
１．１ 环境概况
高原铁路项目所在区海拔４１００ｍ左右，具有高海拔、氧气稀薄、全年气温偏低、冰雪季节较长，早晚温差较大的特点。年度极端最低温度-３０℃，年度最冷月的月平均温度为-１４℃。
因项目所在地海拔高、含氧量少等原因，极易出现高原反应；因此恶劣环境，导致作业人员工效大幅度下降，人员流动较大；直接导致作业人员对施工进度起到关键性因素。
１．２ 地质概况
高原铁路隧道主要岩性为砂岩、泥岩夹砂岩，节理裂隙较为发破碎，岩质较软，遇水易软化，导致隧道掉块风险较高；据此地质条件，导致隧道施工过程安全隐患居高。
１．３ 三臂凿岩台车运用概况
高原铁路隧道炮眼孔、锚杆孔、管棚孔、超前孔等钻孔及装药、锚杆安装、管棚安装等辅助工作均采用铁建重工ＺＹＳ１１３Ｇ三臂凿岩台车进行。
２ 三臂凿岩台车性能
２．１ 性能参数
表１为三臂凿岩台车（铁建重工ＺＹＳ１１３Ｇ）参数。
２．２ 性能特点
（１）智能精确定位。通过采用定位与扫描一体化装置，实现凿岩台车在隧道内的精确定位。
（２）钻孔高质高效。将炮眼设计图导入台车操作系统，无须对掌子面进行描点，即可以实现自动对孔、钻孔；炮眼的深度及角度等参数由系统自动控制，杜绝了人工布孔钻孔带来的不稳定影响因素；三臂凿岩机自身功率大，钻孔速度可达３～５ｍ／ｍｉｎ。
（３）超前地质分析。实时监测并采集钻孔压力、钻孔速度和钻杆旋转速度等参数，通过ＭＷＤ软件分析复原地质情况，优化爆破方案。
（４）３Ｄ轮廓扫描。扫描仪测量爆破后隧道内表面轮廓，形成“点云”，电脑重建３Ｄ轮廓，获得超欠挖等数据，比对实际轮廓与设计轮廓数值，指导爆破设计优化。
（５）工作环境好。全封闭式驾驶室，内置操作空调和行车空调；驾驶室内噪音低于７８ｄＢ，粉尘低，有效减少职业病发生。
（６）信息化程度高。自动记录、存储钻孔日志，为后期进行隧道地质分析提供理论依据。自动记录、存储３Ｄ扫描日志，用于检查超挖、欠挖情况，还可以计算出超挖及欠挖的土石方量。可通过网络进行远程监控，生成任意时间段内台车的运动轨迹动画。可以实时查看台车各仪表数值。
３ 三臂凿岩台车适用范围
三臂凿岩台车适应能力强，可适用于全断面（含仰拱）、大断面、微台阶法等多种开挖方式；可实现洞口和洞内管棚作业，配置自动接杆机构，可实现超前钻探。
根据高原地区运用情况，铁建重工ＺＹＳ１１３Ｇ高原型三臂凿岩台车经过高原环境适配性设计，可在海拔≤４５００ｍ、温度-２５～５０°Ｃ的环境下高效工作。
但三臂凿岩台车属于大型机械设备，铁建重工ＺＹＳ１１３Ｇ三臂凿岩台车整机尺寸：长×宽×高＝１７６００ｍｍ×２９００ｍｍ×３６００ｍｍ，整机重量高达５２０００ｋｇ，最大工作断面：宽×高＝１６.６ｍ×１１.３ｍ，最小工作断面：宽×高＝６ｍ×６ｍ，根据其工作断面，对于双侧壁导坑法、中隔墙法、长台阶法等开挖工法隧道及较小断面过水隧洞无法适用三臂凿岩台车进行作业。
通过现场全断面法、微台阶法开挖工法隧道使用情况来看，三臂凿岩台车作业较为安全高效。
４ 三臂凿岩台车基础配套
铁建重工ＺＹＳ１１３Ｇ三臂凿岩台车电机总功率３２５ｋＷ，三个臂同时启用电压不低于４２０Ｖ，因洞内不同设备电压要求不一致，需配置大机专用线路进洞。当洞内施工距离过长，供电线路铺设过长，会导致电压线路损耗太大，由于末端电压已达不到用电设备额定电压，导致大型用电设备由于电压低不能正常工作；当进洞８００ｍ时，需在洞内安装移动式变压器，以降低线路损耗，满足供电需求。
三臂凿岩台车在施工过程中所需水量较大，以开挖进尺３ｍ的炮眼钻孔为例：炮眼深度３ｍ左右，炮眼数量１８５个左右，每个炮眼钻孔所需１８０ｋｇ左右水量，每班所需３３.３ｔ施工用水，故高压水管需接至掌子面附近，且水压不小于０.３ＭＰａ。因水量较大原因，防止钻孔用水四处蔓延和不满足清污分流要求，三臂凿岩台车就位前在掌子面下方设置一道横向截水沟，并将污水收集至污水箱内，经过滤沉淀达标排放或循环使用。
三臂凿岩台车在整个使用过程仅需配置３名机械操作手即可，较人工钻孔大幅减少人员数量。
５ 三臂凿岩台车工作情况总结
５．１ 准备工作总结
（１）工作前检查泵、空压机等是否正常；并检查管路、接头等应无漏油、漏水和漏气等现象。
（２）工作前应确定各部操作杆、控制装置及仪表应处于正常。
（３）行走作业。行走前先将凿岩臂及工作台等收回，确保导杆与机身呈水平状，再缩回支撑腿才能行走。
台车行走前，操作手对周边场地进行巡查，熟悉周围障碍物等，按照安全及引导人员的指示信号作业，不盲目操作，指令不清晰停止操作。
特别是行走在狭小、下坡、过栈桥、台车等危险区域时要慢行多观察，操作手要冷静，避免不当操作发生意外。
三臂凿岩台车的液压油温度不宜大于７０℃，超过７０℃时，应立即停机。
５．２ 辅助工作总结
三臂凿岩台车就位前，应、由专职安全员对掌子面虚渣和浮石等进行全面排查，确保清危工作到位。
利用挖机将场地进行平整，首先将隧道开挖底眼处虚渣清除，由测量放置的标高线参照标记处底眼孔位。
凿岩台车就位后，应由专人立即安装高压水管、供电线缆，同时由操作手在确认水电安装到位后启动台车电气系统，利用液压系统将台车整体调整呈水平状态。
整个准备工作流程耗时２０～３５ｍｉｎ。
５．３ 炮眼钻孔总结
三臂凿岩台车就位后，通过采用定位与扫描一体化装置，实现凿岩台车在隧道内的精确定位。
将炮眼设计图导入台车操作系统，无须对掌子面进行描点，即可以实现自动对孔、钻孔；钻孔角度、位置、深度等参数由电脑控制，钻孔精确。
以Ⅳｂ围岩微台阶开挖工法为例，循环进尺３ｍ，下台阶炮眼布置３０个左右，上台阶炮眼布置１５０个左右，周边眼间距５０ｃｍ，炮眼直径４５ｍｍ，整个炮眼钻孔流程耗时１８０～２２０ｍｉｎ。
５．４ 装药总结
炮眼钻孔即将结束时，通知火工品进场，做到工序负搭接，减少工序衔接耽误；上台阶钻孔结束，利用三臂凿岩台车辅助臂上吊篮进行上部断面装药施工，吊篮可满足２～３人同时进行装药作业，减少机械反复移动时间；下台阶及上台阶下部采用人工同步进行装药工作，交叉作业减少工作时间。整个装药工作耗时５０～７０ｍｉｎ。
５．５ 锚杆钻孔施工
在不具备锚注一体机情况之下，三臂凿岩台车可用于锚杆钻孔及锚杆安装辅助机械。
围岩初喷４ｃｍ高性能Ｃ３０混凝土过后，根据围岩等级按照设计位置、数量、间距要求进行布孔，前后两循环梅花形布置；现场采用１台三臂凿岩台车（铁建重工ＺＹＳ１１３Ｇ）钻孔，钻孔完成后，需采用高压空气将孔内余水及钻渣清除干净，避免影响锚固力。
以Ⅳｂ围岩微台阶开挖工法为例，循环进尺３ｍ，锚杆长度４ｍ，孔径４５ｍｍ，孔深３.９５ｍ，每循环数量２１根，每个锚杆孔钻孔时间为５５～７５ｓ，每循环锚杆钻孔施工２５～３０ｍｉｎ。
锚杆孔钻孔结束，利用三臂凿岩台车辅助臂上吊篮进行锚杆安装，吊篮可满足２～３人同时进行作业。
６ 三臂凿岩台车与人工开挖对比
６．１ 安全比对
整个炮眼钻孔、锚杆钻孔、管棚钻孔等过程，人员均处于全封闭式驾驶室，内置操作空调和行车空调；驾驶室内噪音低于７８ｄＢ，粉尘低，大幅降低了噪声、粉尘、高地热等对作业人员身体损伤，有效减少职业病发生。
且操作室距掌子面１０ｍ以上，操作人员３人，远离高风险区域，规避事故风险，给作业过程提供安全保障。
６．２ 质量比对
整个炮眼钻孔、锚杆钻孔、管棚钻孔等过程，钻孔角度、位置、深度等参数由电脑控制，钻孔精确。
再通过编制完善详细合理的《大机光面爆破施工作业指导书》及钻爆法施工技术交底，针对不同岩层，不断优化爆破设计方案，动态调整爆破参数，不断进行方案优化。建立一个较完善、系统的质量保证体系，形成一套标准化的管理长效机制。
三臂凿岩施工与系统化的管理机制相结合，隧道超欠挖会显著提升。
在Ⅴ级软岩地质条件下，针对三臂凿岩施工进行了３０次超欠挖效果的全面检查，具体如下。
每断面最大超挖值：１２ｃｍ、１３ｃｍ、１６ｃｍ、１２ｃｍ、１９ｃｍ、１０ｃｍ、１３ｃｍ、２１ｃｍ、６ｃｍ、１５ｃｍ、１４ｃｍ、１２ｃｍ、８ｃｍ、１３ｃｍ、１３ｃｍ、１２ｃｍ、１４ｃｍ、１１ｃｍ、１１ｃｍ、１２ｃｍ、１３ｃｍ、２０ｃｍ、１１ｃｍ、１０ｃｍ、８ｃｍ、１６ｃｍ、１２ｃｍ、１１ｃｍ、８ｃｍ、１２ｃｍ，平均最大超挖平均值为１２.６ｃｍ，合格率为８３.３％。
每断面平均超挖值：７ｃｍ、８ｃｍ、１０ｃｍ、１９ｃｍ、１７ｃｍ、１２ｃｍ、１０ｃｍ、９ｃｍ、６ｃｍ、８ｃｍ、８ｃｍ、１０ｃｍ、７ｃｍ、７ｃｍ、１７ｃｍ、１９ｃｍ、８ｃｍ、１０ｃｍ、６ｃｍ、９ｃｍ、６ｃｍ、８ｃｍ、１０ｃｍ、８ｃｍ、１５ｃｍ、５ｃｍ、９ｃｍ、８ｃｍ、７ｃｍ、９ｃｍ，超挖平均值为９.７ｃｍ，合格率为８０％。
基于此地质条件，其超欠挖质量已较好，以电脑自动控制代替人工操作，减少操作手经验的过度依赖；隧道截面成型效果好，超欠挖量小，降低了初期支护成本。
６．３ 经济性比对
与传统的人工钻眼方式相比，由传统１１人减少至３人，且施工效率明显提升；大大降低人工成本，因地处高原地区，作业人员工资与普通地区上涨１００％左右，司钻人员平均工资２００００元／月，每月减少人员工资近１６万元，每年近１９２万元。
根据现场喷射混凝土统计数据分析，人工开挖超挖高于机械开挖超挖３０％左右，每延米混凝土超耗多３ｍ³左右，高原混凝土原材及配套成本较高，每立方喷射混凝土近１５００元，每月按隧道进尺８０ｍ计算，每月减少混凝土超耗近１２万元，每年减少１４４万元。
直观来看，每年节约成本原大于设备折旧费用，三臂凿岩台车经济性优于人工开挖。
７ 三臂凿岩台车使用与运维
三臂凿岩台车的保养、日常管理、合理使用是延长使用寿命和确保低故障非常重要的一部分。使用过程要随时检查三臂凿岩机各系统使用状态。要想延长使用寿命和降低故障率，需严格定期保养，确保其能够长期处于正常运行状态；并要加强使用过程检查，杜绝“带病”作业。
储存适量易损、易耗配件，避免出现配件供应不足，导致工期被延误的情况。橡胶导套、导向座、锁紧扣、橡胶缓冲垫、钎尾、连接套、钻杆、止水套、钢丝绳（伸）、钻头（４５）等易损件需加大配件消耗管理力度。
８ 结语
结合三臂凿岩台车工作的效率、安全、经济、人员配置等方面，三臂凿岩台车在隧道开挖过程显现出较高的优势。随着整个施工机械行业的安全性、稳定性、自动化程度及工作效率也不断优化，结合机械化施工优点，隧道机械化配套施工将成为趋势。
施工机械化的推进过程，不仅要持续创新、持续总结，企业还需培养一些专业的机械使用及运维人员，专注于机械使用技术总结，成为机械化配套推进的最佳推力。