全液壓鑿巖臺架模塊化設(shè)計方案的探討

李硯耕，王國文，張國綱，田巍

（1.重慶格德瑞重工智能裝備研究院，重慶402460；2.金川集團有限公司物流公司，甘肅 金昌737100）

隧道掘進施工中爆破孔的鉆鑿是鉆爆法施工中的第一道工序。上世紀(jì)九十年代之前多使用各種類型的氣動鑿巖機來完成。上世紀(jì)末至本世紀(jì)以來，隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展，以全液壓掘進鉆車為代表的高效鑿巖設(shè)備逐漸占據(jù)了隧道掘進中鑿孔作業(yè)的主導(dǎo)地位。但是，全液壓掘進鉆車必須要有完備的行走道路條件、足夠的電力供應(yīng)、甚至是水源配備等必備施工條件。這對于一些隧道掘進工程，尤其是初始工程階段的隧道施工，使用全液壓掘進鉆車存在一定的困難。全液壓鑿巖臺架的作業(yè)面能覆蓋整個隧道截面，鑿巖效率比氣動鑿巖設(shè)備高。臺架具備一定的自動化程度，可降低操作者勞動強度；不存在氣動鑿巖機的排氣噪聲；同時液壓鑿巖機鑿巖過程中可采用高壓水除塵，可避免粉塵污染問題；鑿巖臺架上設(shè)置了防護棚，可對操作者進行保護，作業(yè)安全性高。因具有上述多種優(yōu)點，臺架能在某些隧道施工中起到很好的施工效果。

1 鑿巖臺架鑿孔作業(yè)的形成及提出全液壓鑿巖臺架方案的技術(shù)背景

上世紀(jì)八十年代之前,鉆爆式隧道掘進一般采用人工操作氣腿式鑿巖機，在隧道斷面上鉆出多個爆破孔, 然后將巖石進行爆破的作業(yè)方法。雖然氣動鑿巖機屬于性能強勁的動力工具，但隧道面上需要鉆鑿多排孔，鑿?fù)赀@些炮孔需要很長時間，導(dǎo)致掘進速度嚴(yán)重制約了工程進度。為此奮戰(zhàn)在隧道施工一線的建設(shè)者們，發(fā)明出了一種能明顯提高作業(yè)效率的方法，這就是搭建鑿巖臺架，多名操作工同時使用多臺鑿巖機進行鑿孔作業(yè)的方法。

使用臺架進行鑿孔作業(yè)，是1982年由鐵道部隧道局在廣東大瑤山雷公尖隧道施工中首創(chuàng)的（見圖1）。使用的鑿巖臺架，能站30 名操作者，同時進行鑿巖作業(yè)（見圖2），從而大幅提升了鑿孔效率。這種方法逐漸得到推廣，在之后的隧道施工中為施工效率的提高做出了重要貢獻。鑿巖臺架雖然很好地解決了施工效率的問題，但限于當(dāng)時的設(shè)備條件，在臺架上使用的是氣動鑿巖機。隨著時代的發(fā)展和技術(shù)的進步，以及對施工效率、勞動保護要求的逐步提高，臺架鑿巖作業(yè)法需要解決以下方面的問題：一是開挖大斷面隧道多使用鑿巖臺架，工人站在鑿巖臺架上操控鑿巖機人工鉆孔，需要的操作工較多。二是由于鑿巖過程中產(chǎn)生大量的粉塵，作業(yè)環(huán)境污染大，容易造成工人塵肺等職業(yè)病。三是人工操作機器（需要操作者用手扶持具有強振動、高噪聲的鑿巖機，并施加一定的助推力）鑿巖勞動強度大，氣動鑿巖機作業(yè)效率比目前已廣泛使用的液壓鑿巖機低。四是難以構(gòu)建應(yīng)有的安全保護，操作者面臨隧道頂部落石傷害危險等問題。

圖1 廣東大瑤山雷公尖隧道工程中使用的鑿巖臺架

圖2 鑿巖臺架示意圖

隨著隧道施工技術(shù)的不斷進步，對鑿孔作業(yè)中的鑿巖進度、施工人員勞動保護的要求越來越高，傳統(tǒng)的臺架作業(yè)已不能滿足現(xiàn)代施工作業(yè)的需要。我國隧道工程專家、中國工程院院士王夢恕，跟長期從事鑿巖設(shè)備研發(fā)工作的鑿巖機械方面的專家、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）教授李硯耕提出了設(shè)計新型全液壓鑿巖臺架的設(shè)想。為此，李硯耕教授組成了技術(shù)研發(fā)團隊，對王院士的設(shè)想進行了專題技術(shù)攻關(guān)，形成了具體的設(shè)計方案，并將取得的研究成果申請了發(fā)明專利[1]。

2 全液壓鑿巖臺架的模塊化設(shè)計方案

李硯耕教授技術(shù)研發(fā)團隊，在進行大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國企業(yè)鑿巖設(shè)備生產(chǎn)情況，研發(fā)了具有我國行業(yè)特點的全液壓鑿巖臺架模塊化設(shè)計方案。該模塊化全液壓鑿巖系統(tǒng)，主要由鑿巖臺架、動力總成、鉆臂總成、推進器總成、防護棚總成等幾部分組成。其工作原理是：鑿巖臺架由三層工作平臺構(gòu)成，每層的工作平臺上設(shè)置有鑿巖裝置。鑿巖裝置由鑿巖鉆臂，安裝在鉆臂上的推進器（含液壓鑿巖機）構(gòu)成，為保護操作人員人身安全以及鑿巖裝置的安全，每層平臺上安裝有防護棚。各層工作平臺之間通過支架連接，第一層工作臺和第二層工作臺支架的中部設(shè)置有門形通道。在較大端面隧道施工時，為解決門形通道位置的炮孔鉆鑿問題，還會配備一臺鑿巖鉆車。動力總成一般設(shè)置在第三層工作平臺上，為安裝在各層上的鑿巖裝置提供動力。操作人員可獨立對設(shè)置在各層上的鑿巖裝置進行鑿巖操作。具體方案如下：

方案一:

圖3所示為該方案鑿巖作業(yè)示意圖。在三層工作平臺上的鉆架上設(shè)置五套鑿巖裝置，具體配置見圖4、圖5、圖6。其中動力總成配備重慶格德瑞生產(chǎn)的部件CTJY12.1-01 型動力總成，鑿巖裝置配備BH1-00 型鉆臂總成和AT1532 型推進器總成，鑿巖機配用DZYG38B 型液壓鑿巖機，防護棚選用CT10D18-00 防護棚總成。

方案二：如圖7所示，在三層工作平臺上的鉆架上設(shè)置五套鑿巖裝置，具體配置見圖8、圖9、圖10。其動力總成是重慶格德瑞的CTJY12.1-01型動力總成，鑿巖裝置由BH1-00 型鉆臂總成和AT1532 型推進器總成構(gòu)成，鑿巖機選用DZYG38B 型液壓鑿巖機，防護棚選用CT10D18-00防護棚總成。導(dǎo)洞鉆車配備CTJY12.1 型單臂小型全液壓鑿巖鉆車。

圖3 施工隧道斷面上五套鑿巖裝置鑿巖示意圖

圖4 五套鑿巖裝置方案立體圖一

圖5 五套鑿巖裝置方案立體圖二

圖6 五套鑿巖裝置方案立體圖三

方案二通過在鑿巖臺架上設(shè)置多臺鑿巖裝置，并通過在門形通道內(nèi)設(shè)置鑿巖鉆車，跟方案一相比，作業(yè)面能更好地覆蓋整個隧道截面，且鑿巖鉆車機動靈活，可方便快捷地進入和退出門形通道，便于其它工程車輛進入門形通道轉(zhuǎn)移巖塊、巖粉等。

圖7 隧道斷面上五套鑿巖裝置+導(dǎo)洞鉆車方案鑿巖示意圖

圖8 五套鑿巖裝置+導(dǎo)洞鉆車方案立體圖一

圖9 五套鑿巖裝置+導(dǎo)洞鉆車方案立體圖二

圖10 五套鑿巖裝置+導(dǎo)洞鉆車方案立體圖三

3 模塊化全液壓鑿巖系統(tǒng)的優(yōu)勢

（1）采用全液壓鑿巖機和液壓鉆車鑿巖，同規(guī)格鑿巖機，液壓鑿巖機效率比氣動鑿巖機高一倍以上。而且該系統(tǒng)配用的是導(dǎo)軌式液壓鑿巖機，通過推進器施加鑿巖推進力，鑿巖效率遠超人工助力的氣腿式鑿巖機。

（2）通過液壓閥操控鑿巖作業(yè)，操作者無須接觸鑿巖機，更無須人工輔助施加推力，操作者勞動強度低、勞動安全性好。

（3）以液壓為動力進行鑿巖作業(yè)，不存在氣動鑿巖機的排氣噪聲；同時液壓鑿巖機鑿巖過程中采用高壓水排渣除塵，避免了鑿巖過程中的粉塵污染問題，減少了粉塵對操作者的健康損害。

（4）鑿巖臺架上設(shè)置了防護棚，可對操作者以及鑿巖設(shè)備進行保護，提高了作業(yè)安全性。

（5）鑿巖臺架、鑿巖鉆臂、鑿巖機、防護棚和鑿巖鉆車均是單獨的模塊，各模塊之間組裝方便，能更靈活便捷地適應(yīng)各個隧道斷面作業(yè)。