铁路隧道开挖作业机械化与施工技术研究
来源:用户上传
作者:
摘 要：随着当前经济的快速发展以及机械化施工的大面积推广，铁路建设的要求也逐步提高，加强铁路隧道开挖作业机械化与施工技术研究势在必行。本文与铁路隧道的实践相结合，分析对比开挖作业的机械化技术，并且分析研究如何進一步优化凿岩台车装药平台的个数以及超欠挖控制技术，以符合施工的需要。
关键词：机械化;铁路隧道;施工技术;开挖作业
1 铁路隧道开挖概述
因钻爆法性能较强而且适用性广，已成为隧道开挖施工的主要方法。钻爆法使用人力手持风动钻孔设备与简易开挖台架进行配合，完成钻爆施工。这种方式效率低下，无法有效的保证施工安全，且容易出现欠挖和超挖等问题。近年来，隧道建设的长度逐年递增，建设速度需进一步加快，传统的钻爆施工已经无法满足隧道施工的需要，升级开挖工艺迫在眉睫，凿岩台车正是基于这一情况而产生的。
隧道凿岩台车的应用和研发，我国起步于上世纪60年代，90年代之后，开始研究使用全自动控制和电脑导向的凿岩台车，并取得了较好的效果，但是和先进国家相比，在控制系统和结构方面依然有一定的差距，有待进一步探索研究。
2 工程概况
某铁路隧道全长为598米，地下水及地表水不发育，单向掘进，全隧围岩主要由页岩及灰岩构成，岩体较硬，无膨胀性，其中灰岩区段岩溶发育，施工中可能存在突水突泥风险，页岩地层横穿炭质地层，可能有瓦斯逸出，为保证施工的安全性，经比选，决定采用三臂凿岩台车进行开挖施工。
3 铁路隧道开挖作业机械选型
本着“安全第一、质量先行”的原则，在施组设计过程中，选用铁建重工ZYS113三臂凿岩台车与阿特拉斯三臂凿岩台车进行对比，结合隧道地质情况，通过施工效率、施工成本、可操作性、安全性等方面的对比，此隧道选用铁建重工生产的ZYS113全电脑三臂凿岩台车。
4 凿岩台车超欠挖控制方法
隧道超欠挖控制是隧道施工的主控项目，欠挖会导致后期衬砌厚度不足，提高运营过程中的安全风险，超挖会导致初支混凝土数量增加，增加施工成本，所以利用开挖机械有效控制隧道超欠挖有着极为重要的意义。
三臂凿岩台车使用时，首先利用自带3D定位系统定位台车，并按照钻爆方案导入钻爆设计参数，自动化地进行钻孔，人工配合完成后续的装药、爆破等工序。
钻爆设计是将设计参数导入到车载电脑当中，使用电脑来进行后续的分析，凿岩台车能够高效智能化的进行钻孔，依照设计参数完成钻孔深度、角度、孔位的控制，自动化实现防空打、防卡钻。通过超前地质预报与凿岩台车的3D扫描软件相结合，分析开挖断面超欠挖的情况以及前方围岩状况，动态化地对钻爆的参数进行调整，让开挖轮廓线得以有效控制，以更好的控制隧道超欠挖。钻孔完成之后进行后续的爆破和装药可以通过三臂凿岩台车自带工作吊篮配合，提高设备的安全性和工作的效率。
在全断面开挖的过程中，使用的主要是三臂凿岩台车全断面钻眼爆破，如在施工过程中遇到软弱围岩，三臂凿岩台车手臂无法进行垂直化的轮廓线开挖，可能会导致附近钻岩石出现一定的外插角，在开挖进尺短的时候需要使用长眼进行爆破对超挖进行控制。如果开挖进尺相对较大，周边也使用长眼共同爆破，让长眼倾斜高度抬高，这样可以有效的对隧道超挖情况进行控制，同时使用外插短眼等方式也能够对隧道欠挖的情况进行控制。
另外结合对地质情况对爆破参数进行合理的调整，让周边眼的装药量减少，缩短周边眼间距，采取一系列的措施控制围岩的扰动情况，减少超欠挖，提高围岩的稳定性。
5 凿岩台车装药作业平台数量优化分析
在使用传统工艺的条件下，钻爆台架能够实现全断面的同时装药，然而利用三臂凿岩台车进行施工，在施工的过程中只有两个操作筐，工作面相对较小，装药速度赶不上人工施工。为了解决这些问题可以在转臂前台安装快速作业筐，通过工作臂进行专业的操作，以提高施工的效率。
在实际操作过程中，因为三臂凿岩台车无法有效的进行快速装药，在三臂凿岩台车自带吊篮的条件下增设一定的吊篮，将它们固定的工作臂上进行装药，凿岩台车当中每个工作臂可以增加一定的吊篮，允许吊篮承受的重量为150公斤，在增设吊篮之后进行现场专项试验，可以发现在操作过程中功效能达到最优，而且符合现场施工的具体需要。
6 监控量测情况分析
三臂凿岩台车开挖断面较大，为了保证隧道围岩收敛以及沉降满足要求，洞内埋的监控量测点并利用软件对监控数据进行分析，通过数据分析对比，洞内累积变形、累计沉降和净空收敛变形速率相对较小，整个围岩较为稳定，满足隧道开挖要求。
7 结束语
单洞双线隧道的开挖使用三臂凿岩台车，符合施工的具体需要。为了更好的控制隧道的超欠挖，开挖进尺较短时使用长眼爆破的方式，开挖进尺较长时使用短眼爆破，同时在凿岩台车施工的过程中，为了让效率提高可以增设一定的吊篮，保证工效比达到最优，符合当前施工过程中的具体需求。
参考文献：
[1] 万姜林，李桧祥，时圣文.单线铁路长隧道机械化配套与快速施工技术[J].中国铁道科学，2002（3）：108～114.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15134533.htm
