三臂凿岩台车在水工隧洞施工中的应用

刘

明

（中国人民武装警察部队水电第二总队，江西南昌330096）

关键词：三臂凿岩台车；隧洞施工；水电工程

doi：10.13928/j.cnki.wrahe.2016.S1.032

+

中图分类号：TV534

文献标识码：B文章编号：1000-0860（2016）增刊1-0124-04

近年来，随着国家经济建设的迅速发展，大型水电工程项目相继开工建设，长、大断面隧洞在新建水电站中所占的比例也逐渐增大。为保证隧洞快速、安全、环保施工，对隧洞施工工程装备提出了更高的要求。传统的手风钻钻孔工艺不仅工效低、稳定性差，而且难以满足环保、职业健康、安全方面的要求。因此，机械化程度高、钻孔速度快、施工环境粉尘少、作业安全的凿岩台车已逐步成为隧洞施工的首选装备。这是隧洞施工技术发展的一种趋势。目前，国内外凿岩台车的生产厂商及型号较多，下面以NH178型三臂凿岩台车为例，分析三臂凿岩台车在水工隧洞施工中的应用。

腿的定位或操作。（2）钻臂采用全液压伸缩式液压臂，可以实现左右摆动、上下升降，钻臂摆动范围为左右各45°、上52°、下30°，所有铰接点均采用可调节的弹性膨胀销轴联接，提高了精度；推进梁的翻转或90°俯仰，可钻上向、下向和横向炮孔，并在各种动作中保持规定的平行运动，以保证钻孔的质量。（3）凿岩机及其控制系统为电动液压式，实现冲击、旋转和推进的凿岩作业，根据岩石条件可调整一定的压力来实现自动防卡钎作业，因此操作简易方便。（4）工作平台主要用于为钻臂、推进器提供空间检修平台，也可用来装填工程爆材和危岩处理等辅助作业。

此外还配备有：增压水泵，以保证冲洗水的压力；空气压缩机，供应压缩空气，随润滑油一起实现钎尾的润滑；电缆卷筒，根据需要方便地收放电缆等。

1.2操作流程

NH178型三臂凿岩台车作业流程如图1所示。1.2.1凿岩台车定位

凿岩台车行走至隧洞工作面附近后，在施工测量人员的引导下，操作凿岩台车停至隧洞确定的位置定位。一般情况下，台车中心线与隧洞中心线投影重合（或平行），而后操作台车伸出支腿，一边观察台车底盘上的气泡水准仪，一边调整4条支腿，使台车底盘处于水平工作状态。1.2.2

钻臂及推进梁定位

台车定位后，将其中1个大臂移至定位面，测量

1NH178型三臂凿岩台车施工方法

NH178型三臂凿岩台车是瑞典阿特拉斯·科普柯公司（南京）建筑矿山设备有限公司生产的轮式三臂凿岩台车。该装备机械性能稳定，工作平稳，结构紧凑，凿岩效率高。主要用于地下岩石洞室掘进开挖、锚杆支护钻孔。钻臂作业时覆盖面积可达（高10.29m×宽12.90m）133m2。钻孔直径范围为45～105mm，单杆钻孔深度5235mm。1.1

结构及功能

NH178型三臂凿岩台车外形尺寸（长×宽×高）约为13.71m×3.05m×3.45（4.15）m，总重量32.2全液压操纵系统、空压机及水泵等组成。其中：（1）底盘由柴油机、液力变矩器、变速箱、传动轴、驱动桥、轮边减速器等组成，行走方便、灵活，有利于凿岩台车的进入和退出现场；在没有与外接电源相连的情况下台车自身可负责防护顶棚、电缆卷筒和液压支

124

t，主要由底盘、钻臂、推进器、凿岩机、工作平台、

收稿日期：2016-03-15作者简介：刘

明（1970—），男，工程师。

WaterＲesourcesandHydropowerEngineeringVol.47sup1

刘明∥三臂凿岩台车在水工隧洞施工中的应用爆法掘进装药、锚杆支护施工、辅助灌浆、安装风管等高空作业。

1.2.8凿岩台车退场

工作面作业完成后，操作

图1

NH178型三臂凿岩台车作业流程

钻机臂及推进梁收回至行走状定位坐标，并在施工测量人员的引导下，对钻臂及推进梁在隧洞中的位置进行定位，定位后按下平行按钮，另外2个钻臂能自动调平，即推进器从1个孔的位置移动到另1个孔的位置时，推进器的方向、角度不变，所有孔的方向、角度都相同。1.2.3工作平台现场布孔

先进行爆破（或锚杆）布孔设计，经过比较和修改后，确定出爆破（或锚杆）设计初选方案。利用工作平台进行现场布孔，在布孔过程中，应结合掌子面（或工作面）的围岩情况和已取得的爆破（或锚杆）效果，对布孔方案进行调整和修改，使之更趋合理，爆破（或锚杆）效果更佳。1.2.4

操作台车钻孔作业

现场布孔完成后，操作手操作台车钻臂及推进梁

进行钻孔作业。具体做法是：根据施工测量调整好的钻臂及推进梁钻孔角度、孔深等具体参数，操纵手柄移动台车钻臂及推进梁，使推进梁在掌子面（或工作面）上定位，然后操纵手柄进行钻孔定位、开孔、钻孔。采取类似的方法可同时操作另2个钻臂及推进梁进行钻孔作业。即，3个操作手同时操纵台车上的3个钻臂进行钻孔作业。1.2.5

钻孔设计参数修正

在掌子面（或工作面）的钻孔过程中，根据孔的

钻进速度，判断钻进围岩的地质情况，局部修正孔位、角度、孔深等钻孔设计参数，取得好的爆破（或锚固）效果，有效地控制超欠挖（或锚杆数量）。同时也为下1个工作循环爆破（或锚固）设计参数修正提供参考依据。

1.2.6质检部门验孔

根据爆破（或锚杆）设计并结合现场地质及钻孔设计参数的修正，对钻孔掌子面（或工作面）的成孔进行质量监督检验，确定成孔角度、孔径、孔深等参数是否符合设计和施工要求，以保证施工质量。

1.2.7工作平台辅助作业

质检部门验孔时，可借助台车工作平台对较高的孔位进行作业；工作平台也可辅助爆破工进行钻

水利水电技术第47卷2016年增刊1态，收起液压支腿，关掉并拆

卸台车外接电源，利用电缆绞

盘收起动力电缆，起动台车发动机，挂档行走退场。

2

NH178型三臂凿岩台车的应用

2.1

在地下厂房锚杆支护施工中的应用

江西省洪屏抽水蓄能电站地下主、副厂房洞室开

挖尺寸（长×宽×高）为157.50m×22.00m×51.10m。主、副厂房有大量的锚杆需要进行施工。使用NH178型凿岩台车钻直径48mm、长度6.00m内的锚杆支护孔时，每1个班约可完成95个孔；钻直径48mm、长度6.00～12.00m的锚杆支护孔时，需分两次钻孔，先钻至6.00m深度后，再加接短钻杆钻至规定深度，每1个班约可完成45个孔。而且钻孔精度高，成孔质量好。采用NH178型凿岩台车进行岩壁梁锚杆钻孔，钻孔精度高（锚杆水平偏差不大于10cm，垂直偏差大于3cm，孔深偏差大于5cm，倾角误差20°），在保持正常操作的情况下，每1个班可完成25个孔。2.2

在引水发电洞掘进开挖施工中的应用

新疆察汗乌苏水电站引水发电洞开挖尺寸为直径11.00m、总长度1753.00m。由于隧洞掘进开挖尺寸大于8.00m×7.00m（宽×高），选用NH178型凿岩台车进行钻孔开挖，选用Ｒ38型、长度5.53m的钻杆、直径76mm的钻头。根据掌子面围岩情况，每个台班进尺一般在2.50m左右。开挖作业时，如果岩层较好，超欠挖可控制到15cm以下，如果岩层较差但不塌落掉块时，可以控制在25cm。由于隧洞开挖高度大于10.00m，分两层开挖的方式进行，采用光面爆破或修边至开挖边线的方法进行开挖，保证超欠挖量不超标准。2.3

在导流洞固结灌浆孔施工中的应用

新疆察汗乌苏水电站导流洞全长约537.00m，衬砌后成型断面为7.50m×10.00m，城门洞型。由于全断面固结灌浆施工工期紧，施工难度大，通过优化施工方案、改进施工方法，选用NH178型三臂凿岩台车进行固结灌浆钻孔，每个班可钻直径76mm、

125

刘明∥三臂凿岩台车在水工隧洞施工中的应用深3.50m的灌浆孔35个。这与搭设排架用手风钻进行钻孔相比，提前45d完成工作。2.4

在水工隧洞施工中的其他应用

在地下厂房或隧洞工程施工中，往往需钻直径89mm以内、深度20.00m以下的深孔，用于注浆或观测。如采用凿岩台车钻深孔，不需要其他的辅助工具，而且效率较高。此外，该装备还可进行超前灌浆孔、管棚施工等作业。

减少作业面上人员数量，且操作手在可升降的防护顶棚内作业，钻孔作业基本通过操作凿岩台车钻臂及推进梁来完成，大大降低事故概率，使钻孔作业更加安全。3.1.6

改善施工作业环境

与手持风动凿岩机作业相比，操作手不直接承受凿岩机的震动，大大降低劳动强度；由于采用液压凿岩机、增压水泵供应冲洗水和空气压缩机供应压缩空气冲渣，隧洞钻孔作业环境粉尘大大减少、噪声降低，从而改善了施工作业环境。3.1.7具有较好的社会、经济效益

凿岩台车及配套装备的使用，整体提高了隧洞施工的机械化水平、作业效率和施工质量，并改善了施工作业环境，增加了投入产出比率，为施工单位带来了较好的社会、经济效益。3.2缺点3.2.1

成本高，投入大

截至目前，大多数性能较好的凿岩台车都来自

3

3.1

三臂凿岩台车在水工隧洞施工中的优点及缺点

优点

3.1.1钻进速度快

三臂凿岩台车采用液压凿岩机，能量利用率高、冲击功率大、冲击频率高，因此其单孔钻进速度是传统手风钻（风动凿岩机）的几倍（见表1），且钻孔直径大。该凿岩台车还可实现多孔同时钻进，1次成孔多，极大地缩短钻孔作业时间。

表1

液压凿岩机与风动凿岩机钻进速度对比

m/min

类型

型号

手风钻76550.47

YT280.52

液压凿岩机

COP1038COP1238COP18401.10

1.60

2.10

COP25602.60

于国外引进或进口，装备购置价格高，一次性投入大；使用过程中主要零部件也需进口，加上国内维修服务保障困难，造成维修保养费用高；且装备体积大、重量大，转场费用也相对较高。对于长度较短、断面较小的隧洞，与手持式YT28型风动凿岩机的成本相比，使用凿岩台车的优势并不明显。表2为凿岩台车锚杆支护钻孔（48mm）平均月度费用消耗统计。3.2.2

对操作水平要求较高

在凿岩台车投入使用之前，需要有针对性地对操作手进行培训（具有一定操作经验的人员更好），且培训时间相对较长，才能达到操作技术娴熟、操作台车运行安全可靠。而普通手风钻对操作人员的技术要求较低，可以更容易满足施工作业需求。3.2.3

凿岩台车技术保障困难

大多数施工单位只注重购置、使用凿岩台车，而忽视操作手、修理工的技术保障，造成操作手操作凿岩台车技术生疏，工作效率低，或因操作不当导致台车故障增多。台车出现故障后又无专业技术人员修理，只有等服务商或厂商来修理，加上进口备品备件保障困难，可能造成维修时间比工作时间更长，导致有些单位拥有凿岩台车但宁愿不用。

元

计

说

明

钻孔速度

3.1.2

钻孔作业效率高

钻孔定位快速、准确，不需要搭建辅助工作平

台，减少人员装备投入，节省辅助作业时间，提高钻孔作业效率。3.1.3

成孔质量好

凿岩台车的钻杆一旦定位开孔后，钻杆在推进装置平稳、平行的推力下，按固定方向、倾角推进，与靠人工控制钻杆推进相比，不但单孔成孔质量好，而且多孔1次成孔质量也好，极大地提高钻孔质量，特别适合光面爆破或锚杆施工。3.1.4机械化程度高

1次钻孔完成后，由操作手操作液压钻臂及推进梁从1个孔平移到另1个孔，重新实现快速移位和定位，减少了人员数量。在钻孔过程中可实现钻杆半自动钻进、自动退回、自动防卡钎等半自动或自动控制，减轻人员劳动强度，保证钻孔速度、质量。3.1.5

钻孔作业更加安全

项金

目额

表2凿岩台车锚杆支护钻孔平均月度费用消耗统计

配件费

油料费5843.27

电

费

水

费

累

使用凿岩台车进行钻孔作业时，操作手远离掌子面，

126

钻具费47168.42

106113.757243.87466.77172553.08二臂同时使用

水利水电技术第47卷2016年增刊1刘明∥三臂凿岩台车在水工隧洞施工中的应用3.2.4

产出比率不太明显

实践证明，单纯的凿岩台车投入施工所带来的产

得到更加广泛的应用。参考文献：

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出比率不太明显，只有组建好专业化队伍（操作、保

养、维修等技术保障能及时跟上），配套装备选配科学合理，才能充分发挥凿岩台车的效能，实现最佳的投入，取得最大的经济效益。

4结语

通过对三臂凿岩台车在几种洞室施工应用的简单介绍，可以看出凿岩台车在水工隧洞施工方面具有快速、安全、高效、环保等特性。随着国家基础设施建设的快速发展，国家倡导的“互联网+智能发展思路下，适合中国国情的（徐工TZ3型、制造”

开山ZD338型、宣化华泰HT81型、唐山东方DF20－2BCD型等）国产高端凿岩装备（提高凿岩机效率、完善自动凿岩技术、改善施工作业环境等）正在转型升级，制造技术日臻完善，人们对凿岩台车施工方法的进一步探索，使凿岩台车在大型隧洞工程施工中会

（责任编辑陈海燕）

櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠櫠（上接第123页）

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水泵站的排水流量设计，考虑了可能出现的大量涌水情况而留有充分的余地；洞内通风采用正压送风，并增大通风量，保证操作人员的正常工作。

5结语

西藏旁多输水隧洞利用TBM经过两年多的掘进已完成5000余m。虽然在隧洞掘进前，针对西藏特殊地理位置和气候条件，对TBM进行了大量改进，但在实际工作中还是暴露出了一些设备制造和配套设施的不足，建议在类似高海拔地区使用TBM在以下几个方面进行改进：一是建议选用功能更加强大的掘进机，以便适应高海拔、高地震烈度、高地应力、高地温及岩爆、突水等复杂地质条件需要；二是需要进一步研究高海拔地区大型结构件焊接问题；三是开发全自动化TBM，以进一步降低施工人员劳动强度；四是针对高原缺氧情况，应考虑在长隧洞施工中对送风系统增加氧气输送；五是对于小直径TBM应进一步优化配套交通设计。参考文献：

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（责任编辑韩丽宇）

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