全电脑三臂凿岩台车在铁路隧道开挖施工中的应用
根据国家相关部委提出的“机械化换人、自动化减人”工程施工指导思想和重点工程施工需要，近年来凿岩台车在铁路隧道施工应用越来越广泛。现对我公司购置的全电脑三臂凿岩台车在各铁路隧道开挖施工中的应用情况进行阶段性总结，对应用效果进行分析，提出凿岩台车应用需要继续探讨和深入研究的问题，为凿岩台车后续应用提供参考。
２０１５年以来，我公司根据承建的国家重点工程需要和国家相关部委提出的“机械化换人、自动化减人”工程施工指导思想，陆续引进９台瑞典阿特拉斯生产的Ｂｏｏｍｅｒ ＸＥ３Ｃ型全电脑三臂凿岩台车在我公司承建的京张铁路新八达岭隧道、川藏铁路拉萨至林芝段桑珠岭隧道、哈牡客专虎峰岭隧道、黔张常铁路刘家寨隧道、成兰铁路杨家坪隧道、玉磨铁路莫郎山隧道、玉磨铁路安定隧道、玉磨铁路通达隧道、郑万高铁湖北段巴东隧道、郑万高铁湖北段荣家湾隧道、郑万高铁湖北段香树湾隧道、张吉怀高铁凤凰隧道等铁路隧道工地应用，为完成我公司承建的重点控制性工程提供了重要的保障。现对我公司配置的凿岩台车在各铁路隧道开挖施工中的应用情况进行阶段性总结，对应用效果进行分析，提出凿岩台车应用需要继续探讨和深入研究的问题，为凿岩台车后续应用提供参考。
Ｂｏｏｍｅｒ ＸＥ３Ｃ型全电脑三臂凿岩台车主要由底盘及发动机、钻臂及凿岩机、液压系统、电气系统、全电脑控制系统以及驾驶室、工作平台、空压机、高压水泵及其它附属系统组成，其主要技术参数见表１。
该型号凿岩台车具备全自动高效智能化钻孔、超前地质勘探和地质分析、三维扫描隧道内部开挖截面、远程通讯与数据交互、锚杆施工、喷浆厚度检测、配合注浆和管棚施工、配合装药与撬毛等功能。具有自动化程度高、钻孔速度快、钻孔精度高、操作简单、维保方便等优点。
凿岩台车开挖作业工艺流程为：施工准备→凿岩台车就位→炮孔施钻、装药连线→凿岩台车退出、维保。
掌子面出渣完成后进行排险、场地平整、排水、水电风跟进作业，做好作业条件准备。
准备工作做好后，操作人员驾驶凿岩台车以低于５ｋｍ／ｈ速度行驶至掌子面前合适位置后停下，伸开支腿支撑好，使凿岩台车上的小型水准仪前后、左右方向在同一水平面上即完成定位，连接好电缆、水管。
开钻前要做好“五查”：查凿岩机是否正常；查水管连接是否牢固；查电缆是否接好、电压是否正常；查钻头、钻杆等工具是否配齐；查消耗材料有无备用。
按照爆破设计图将钻孔平面图导入凿岩台车，由随机配置的全站仪自动进行导航定位。根据输入的钻孔平面图调整好开孔位置及开孔方向，保证钻孔方向误差在合理范围内，注意推进梁顶定盘必须紧贴岩面再使用低冲击压力开孔。钻进中不得随意改变推进梁方向以免折断钻杆，并根据围岩变化情况，合理调节凿岩机回转、推进、冲击速度。钻孔完成后，凿岩机自动退回，开启冲洗将孔内岩粉冲出清孔。在钻孔作业中，通常由１、３号臂负责周边孔、内圈孔、压顶孔，２号臂负责掏槽孔、底板孔，施钻过程中各臂分工及钻孔顺序可进行调整。注意臂与臂之间的协调与配合，防止碰撞。
炮孔施钻完成后可利用凿岩台车进行装药、连线。
完成炮孔施钻、装药连线后，凿岩台车即可退出。退出前先要切断电源和水源，边退边卷好水管、电缆，收拾好相关材料机具，将凿岩台车退至规定停放位置进行强制维保。
根据实施性施组和现场实际情况，可按照表２进行开挖作业人员配置。
经统计，截至目前我公司９台全电脑三臂凿岩台车共完成铁路隧道正洞开挖１７６０８ｍ，完成辅助坑道开挖１８８０ｍ，具体见表３。
经计算，单工作面Ⅱ、Ⅲ级围岩平均进度１５０ｍ／月、Ⅳ级围岩平均进度８０ｍ／月、Ⅴ级围岩平均进度５０ｍ／月，具体见表４。
经分析对比，凿岩台车开挖相比较传统人工开挖成本偏高，差价约３３元／ｍ³，凿岩台车与传统人工开挖对比分析见表５。
表5 凿岩台车与传统人工开挖对比分析
全电脑三臂凿岩台车是隧道钻爆法施工中最昂贵、最先进的设备，管好、用好、养好、修好凿岩台车是应用成功的基础。
以凿岩台车为中心，组建专业化管理团队；建立单机责任制度，实行班长负责制。制订凿岩台车管理办法、开挖循环时间考核办法、开挖超挖考核办法等管理制度。以进尺考核为主，辅以超挖、配件消耗考核，建立经济责任承包和考核机制，对操作、维保人员采用保底工资加考核工资模式，在薪酬体制上对凿岩台车操作、维保人员有所倾斜，提高操作、维保人员积极性。
根据不同围岩状况调整凿岩台车使用参数，区别设定不同的冲击压力和推进压力，可有效延长凿岩机的使用寿命。根据不同围岩状况选用不同特征类型的钻具可有效降低凿岩台车钻具消耗，圆齿钻头钻进速度慢但耐磨、尖齿钻头钻进速度快但不耐磨，针对硬岩、中硬岩施工时宜选用圆齿钻头，而对于软弱围岩则宜选用尖齿钻头进行施工。正常隧道炮孔钻孔时宜选用普通钻杆，施钻深长孔时宜选用快速钻杆进行施工。
执行“１＋１管理”，即作业一个班，就强制维保一个班，将故障隐患消除在作业之前，确保凿岩台车作业循环完好率达到１００％。
对液压油管、回油蓄能器及凿岩机机头铜套等零部件进行国产化，应用钻头修磨技术延长钻头使用寿命，修复钻杆重复使用，可有效降低使用成本。
拥有一支忠诚企业、责任心强、技能水平高、善于总结学习的操作人员队伍，才能实现可持续应用。
首先，我公司通过畅通技能人才引进渠道，近年来与院校合作采取定向培养的方式，共引进各类学员６０人，通过社会资源引进操作人员８人。其次，开展“导师带徒”进行传、帮、带；举办技术交流及各种形式的培训；举办职工技能大赛，以赛促练，提升操作人员技能、增强劳动荣誉感。再次，制订操作人员评级考核管理办法，操作人员技能水平等级与报酬挂钩，组织操作人员考核评级１２次。
铁路隧道质量验收标准中衬砌厚度不允许有负的施工误差，施工单位为规避“红线”风险“宁超勿欠”，加之地质、凿岩台车钻臂推进梁长度、初支端头至掌子面的长度、开挖进尺等因素的影响，造成铁路隧道施工超挖普遍。凿岩台车的自身结构决定周边孔钻孔时外插角较大，造成线性超挖较大，加大铁路隧道总体施工成本。部分铁路隧道设计概算不足，机械设备定额偏低，机械化施工费用不足；部分建设单位对新开项目主要设备配置要求为全新设备，导致施工单位推动机械化施工成本压力巨大。
综合统计，我公司凿岩台车利用率在６０％左右。第一，铁路隧道施工统一的安全步距管理要求制约凿岩台车效率发挥。针对Ⅱ、Ⅲ级围岩凿岩台车开挖能力能够达到３００ｍ／月以上，但受安全步距管控等因素影响仅能达到一半左右的指标。第二，铁路隧道实际施工中各级围岩相互交替且不可充分预见，部分Ⅴ级围岩设计所采用的工法不能使用凿岩台车进行开挖作业，需另外采用人工开挖作业，造成凿岩台车闲置和开挖设备重复投入。第三，部分工序不配套，装药连线比传统人工开挖装药连线用时多，造成总体开挖工序循环时间相比较人工开挖优势不明显。第四，凿岩台车双机作业时，多臂相互影响，降低效率。第五，一般铁路隧道施工周期为３～４年，凿岩台车折旧年限为１０年，上一项目完工后如不能接续下一项目，将造成凿岩台车闲置。
凿岩台车作业需要有足够的空间，在围岩状况较好且变化不大的大断面条件下使用凿岩台车进行全断面开挖施工，能充分发挥凿岩台车的快速掘进功能。针对铁路隧道软弱围岩段，施工设计多采用两台阶、三台阶等工法开挖，凿岩台车使用效率较低、适应性较差；凿岩台车用水量大且水压较高，开挖软弱围岩过程中可引发围岩失稳、易引发成孔坍塌，虽然采取预加固措施可以解决，但进度较慢，不利于快速施工。
凿岩台车在铁路隧道开挖施工中的应用实现了“机械化换人、自动化减人”，与传统的人工操作风动凿岩机开挖作业相比较，凿岩台车开挖作业在安全、质量、进度、形象、职业健康、环保等方面均具有比较明显的优势，虽然凿岩台车开挖施工成本受诸多因素影响仍居高不下，但在人工费用高且劳动力不足的将来，隧道施工作业全面机械化是大势所趋。
在现有应用成果基础上，针对凿岩台车的配置与管理、操作人员的培养与稳定、配套工艺工法的适应性改进以及凿岩台车的超前地质预报、管棚施工、锚杆孔施钻等方面均需进行更深入的研究。