基于安全環(huán)保理念的錨桿鉆孔機(jī)械比選

胥順友

【摘 要】隨著城鎮(zhèn)化的飛速發(fā)展，市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的步伐不斷加快。在市政道路工程中，為了確保運(yùn)營(yíng)的安全、穩(wěn)固，邊坡支護(hù)是施工技術(shù)管控的重點(diǎn)。文章以重慶某市政道路工程為例，介紹了高邊坡支護(hù)工程中錨桿鉆孔施工方法，并對(duì)幾種不同的鉆孔機(jī)械從安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)及作業(yè)人員職業(yè)健康方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，從而選擇更有利的施工方式。

【關(guān)鍵詞】安全環(huán)保;錨桿;鉆孔機(jī)械;比選

【中圖分類號(hào)】TU753 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2022）04-0085-03

0 引言

國(guó)家推動(dòng)成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)以來(lái)，川渝地區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅速。在市政道路工程中，根據(jù)當(dāng)?shù)靥赜械牡匦蔚孛蔡卣鳎瑸榱送潦教钔谄胶饣蛘摺霸斓亍毙枰?，出現(xiàn)大量的深挖路塹及高填路堤邊坡。為了確保工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)安全，應(yīng)十分重視邊坡支護(hù)。常用的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式有重力式擋墻、扶壁式擋墻、懸臂式擋墻、板肋式或格構(gòu)式錨桿擋墻支護(hù)、排樁式錨桿擋墻支護(hù)、錨噴支護(hù)、坡率法等[1]。本文以重慶市萬(wàn)州區(qū)塘坊新城區(qū)渝巴路東二段工程為例，對(duì)錨桿格構(gòu)框架梁邊坡支護(hù)中幾種不同的鉆孔機(jī)械，從安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)及作業(yè)人員職業(yè)健康方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，以期做出更加有利的選擇。

該工程有多處高切方邊坡，施工難度最大的為3號(hào)高邊坡，其垂直高度為129 m，從坡底至坡頂共分10級(jí)，每級(jí)12 m（第10級(jí)增設(shè)9 m高樁板式擋墻，確保頂端110 kV高壓線塔安全穩(wěn)定），級(jí)與級(jí)之間設(shè)2 m寬的平臺(tái)，第10級(jí)至第9級(jí)采用1∶0.75坡率，第8級(jí)至第1級(jí)采用1∶1.0坡率分階放坡，位于底部的第1級(jí)坡面長(zhǎng)度約600 m，是目前西南地區(qū)市政道路中工程量最大的路塹邊坡。

邊坡土體厚度0.2～1.4 m，巖體為砂、泥巖，為巖質(zhì)邊坡，坡向?yàn)?17°，坡角為45°～53°，邊坡安全等級(jí)為一級(jí)。采用“錨桿格構(gòu)框架梁+錨桿掛網(wǎng)噴漿”防護(hù)，格網(wǎng)規(guī)格為2.5 m×2.5 m，呈方形布置，各級(jí)坡面格構(gòu)梁交匯處均設(shè)置1φ25 mm的錨桿，錨入邊坡完整中風(fēng)化巖層長(zhǎng)度不小于8 m控制。網(wǎng)格內(nèi)坡面采用C25錨噴支護(hù)，厚120 mm，內(nèi)置φ10 mm@150 mm×150 mm的單層鋼筋網(wǎng)，掛網(wǎng)錨桿采用1φ16 mm，間距@1.5 m×1.5 m，邊坡坡腳設(shè)置護(hù)腳墻。

全坡面共有大錨桿孔6 540個(gè)、55 590延長(zhǎng)米，小錨桿孔13 080個(gè)、13 080延長(zhǎng)米，采用壓縮空氣動(dòng)力潛孔鉆無(wú)水干鉆成孔，錨桿孔相關(guān)參數(shù)見表1。在錨孔鉆進(jìn)及成孔過(guò)程中，存在著相應(yīng)的安全風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境及職業(yè)危害因素，對(duì)作業(yè)人員的人身安全、職業(yè)健康及周邊環(huán)境構(gòu)成了一定程度的威脅。

1 風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

錨桿鉆孔在坡面開挖完畢，清除坡面危石、浮土并對(duì)坡面平整度檢測(cè)合格之后進(jìn)行，其工藝流程如下：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)（如需要）→鉆機(jī)就位→鉆孔和記錄→錨孔清理→錨孔檢驗(yàn)→臨時(shí)封端[2]。

錨桿孔鉆進(jìn)所用施工機(jī)械主要為錨桿鉆機(jī)，配套空氣壓縮機(jī)提供工作動(dòng)力，其主要應(yīng)用于水利、水電、鐵路、公路等各類工程的邊坡支護(hù)作業(yè)鉆孔，以及地質(zhì)災(zāi)害防治中的滑坡體治理和危巖體錨固施工（特別適合高邊坡巖體錨固工程），還適用于城市地鐵車站和高大建筑物的深基坑支護(hù)、抗浮錨桿及地基灌漿加固工程孔、爆破工程的爆破孔、隧道管棚支護(hù)孔等。

錨桿鉆孔主要的作業(yè)內(nèi)容包括搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)（如需要）、鉆機(jī)就位及固定、用電、司鉆、更換鉆桿、使用壓縮空氣、清孔除雜等。按作業(yè)類別劃分，涉及高處作業(yè)、機(jī)械作業(yè)、臨時(shí)用電、人力搬運(yùn)等。根據(jù)作業(yè)類別的特點(diǎn)及屬性，容易辨識(shí)出安全風(fēng)險(xiǎn)為高處墜落、物體打擊、機(jī)械傷害、觸電，環(huán)保及職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)為噪聲及揚(yáng)塵。

本著“安全生產(chǎn)、人人有責(zé)”“安全第一、預(yù)防為主”的原則，安全生產(chǎn)工作實(shí)行“管行業(yè)必須管安全、管業(yè)務(wù)必須管安全、管生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)必須管安全”的原則，必須強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及措施預(yù)控，落實(shí)全員安全生產(chǎn)責(zé)任。注重從消除物的不安全狀態(tài)方面，即如何通過(guò)改變作業(yè)方式，以經(jīng)濟(jì)技術(shù)的先進(jìn)合理確保機(jī)械安全。

2 鉆孔機(jī)械比選

錨桿鉆機(jī)按其結(jié)構(gòu)分為單體式、鉆車式、機(jī)載式;按動(dòng)力分為電動(dòng)式、氣動(dòng)式、液壓式;按破巖方式分為回轉(zhuǎn)式、沖擊式、沖擊回轉(zhuǎn)式、回轉(zhuǎn)沖擊式等。與錨桿鉆機(jī)相配套的鉆具，因破巖方式不同會(huì)有所區(qū)別，總體而言有回轉(zhuǎn)類破巖鉆具、沖擊類破巖鉆具和回轉(zhuǎn)沖擊類破巖鉆具3種。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件及班組作業(yè)習(xí)慣，施工期間先后采用幾種不同的鉆孔機(jī)械，分別為“開山”KQD100型支架式潛孔鉆機(jī)、“宏潤(rùn)”HR15型履帶式潛孔鉆機(jī)及“志高”ZGYX-416型履帶式潛孔鉆機(jī)[3]。3種機(jī)械均需另配空壓機(jī)提供工作動(dòng)力，但在工作效率、人機(jī)協(xié)調(diào)、安全性能、對(duì)職業(yè)健康及環(huán)境的友好程度方面各有特點(diǎn)。

2.1 KQD100型支架式潛孔鉆機(jī)

施工初期采用“開山”KQD100型支架式潛孔鉆機(jī)，該機(jī)由滑架部件、減速器部件、電機(jī)、推進(jìn)氣缸、沖擊器、操縱部件和油霧器等組成，是將電能和壓縮空氣轉(zhuǎn)換成機(jī)械能破碎巖石實(shí)現(xiàn)成孔。通電后，電機(jī)產(chǎn)生的扭矩通過(guò)減速器部件帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)，壓縮空氣則經(jīng)油霧器、氣動(dòng)閥后，分為兩路：一路進(jìn)入推進(jìn)氣缸的前、后腔，其產(chǎn)生的軸向力通過(guò)氣缸活塞、導(dǎo)向桿帶動(dòng)鉆具推進(jìn)或提升;另一路則通過(guò)減速器部件內(nèi)的風(fēng)水管等進(jìn)入沖擊器內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)沖擊鑿巖。其相關(guān)參數(shù)見表2。

該鉆機(jī)必須依靠腳手架提供作業(yè)平臺(tái)，作業(yè)時(shí)用卡扣固定于鋼管腳手架上，以腳手架及其自重抵抗鉆孔作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的反作用力。整機(jī)質(zhì)量達(dá)550 kg，無(wú)法人工搬運(yùn)，只能依靠起重機(jī)或電動(dòng)葫蘆進(jìn)行吊裝，移動(dòng)和定位均十分不便，工人操作比較吃力。由于鉆桿長(zhǎng)度僅1 m，鉆進(jìn)過(guò)程中需頻繁接長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度高、工效低、進(jìn)度慢。

該鉆機(jī)在腳手架上操作，屬于高處作業(yè)，施工現(xiàn)場(chǎng)雖按規(guī)范將腳手板鋪滿鋪實(shí)并設(shè)置臨邊護(hù)欄，但因工人可能違章作業(yè)而依然存在高處墜落風(fēng)險(xiǎn);電纜沿腳手架牽拉拖拽，存在觸電風(fēng)險(xiǎn);操作人員與機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分未有效隔離，存在機(jī)械傷害風(fēng)險(xiǎn)。干式鉆孔產(chǎn)生大量粉塵，無(wú)法通過(guò)灑水或噴霧降塵（將導(dǎo)致腳手架濕滑形成新的安全隱患），揚(yáng)塵較大對(duì)環(huán)保及工人職業(yè)健康均十分不利。

2.2 “宏潤(rùn)”HR15型履帶式潛孔鉆機(jī)

為了提高施工生產(chǎn)效率，改善工人作業(yè)條件，將小型氣動(dòng)潛孔鉆機(jī)更換為“宏潤(rùn)”HR15型履帶式潛孔鉆機(jī)（相關(guān)參數(shù)見表3）。該鉆機(jī)采用“履帶式底盤+支腿固定+伸縮臂”作業(yè)平臺(tái)，結(jié)構(gòu)新穎，行走方便，伸縮臂可將鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)送到12 m高度坡面任意區(qū)域，具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、移動(dòng)方便等優(yōu)點(diǎn)。

該鉆機(jī)是沖擊回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與一般鑿巖機(jī)不同，其配氣和活塞往復(fù)機(jī)構(gòu)是獨(dú)立的，即沖擊器前端直接連接鉆頭，后端連接鉆桿。鑿巖時(shí)沖擊器潛入孔內(nèi)，通過(guò)配氣裝置（閥），使沖擊器內(nèi)的活塞（錘體）往復(fù)運(yùn)動(dòng)打擊釬尾，使得鉆頭對(duì)孔底巖石產(chǎn)生一種回旋力。

該鉆機(jī)為履帶底盤自行臺(tái)車，一般施工場(chǎng)地均能通行和作業(yè)，行走機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu)分離，工作時(shí)打開4個(gè)支腿固定，工作機(jī)構(gòu)（含人工作業(yè)平臺(tái)）由液壓伸縮臂升降，移位、固定及作業(yè)平臺(tái)升降均依靠自身動(dòng)力，機(jī)動(dòng)性較好。工作時(shí)2人配合，其中1人在駕駛室操控機(jī)械升降，1人在伸縮臂頂端作業(yè)平臺(tái)司鉆。最大舉升高度為12 m，能滿足整一級(jí)坡面任意區(qū)域內(nèi)的鉆孔施工。

該鉆機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需另設(shè)作業(yè)平臺(tái)，可在坡面開挖后、腳手架搭設(shè)前工作，使工序銜接更加緊湊，節(jié)約流水時(shí)間。經(jīng)過(guò)測(cè)算，同等條件下，比腳手架上小型氣動(dòng)潛孔鉆機(jī)節(jié)省1/3的時(shí)間;但其鉆桿長(zhǎng)度同樣僅1 m，鉆進(jìn)過(guò)程中仍需頻繁接長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度依然較高，工效提升不夠明顯。

由于“宏潤(rùn)”HR15自身作業(yè)平臺(tái)臨邊護(hù)欄高度僅0.9 m，不滿足高處作業(yè)臨邊護(hù)欄高度不得低于1.2 m的規(guī)定，操作人員存在高處墜落風(fēng)險(xiǎn)，需另外佩戴安全帶[4];操作工位與機(jī)械工作部件未進(jìn)行安全隔離，存在機(jī)械傷害風(fēng)險(xiǎn);缺少配套除塵、降塵設(shè)施，鉆孔產(chǎn)生的揚(yáng)塵污染和職業(yè)健康危害依然沒(méi)有得到解決。

2.3 “志高”ZGYX-416型履帶式潛孔鉆機(jī)

俗話說(shuō)，“工欲善其事，必先利其器”。只有選擇一款條件性能相對(duì)較好的設(shè)備，才可能達(dá)到更好的施工效果。為了進(jìn)一步提高工效、壓縮流水時(shí)間、增強(qiáng)安全保障、改善作業(yè)環(huán)境，有必要對(duì)錨桿鉆孔施工方法進(jìn)行優(yōu)化。

改12 m一級(jí)全坡面開挖為3～4 m一級(jí)分層小坡面開挖，即坡面錨桿鉆孔不必等待整個(gè)一級(jí)的坡面開挖完畢再進(jìn)行，只要有足夠的作業(yè)空間就可以開始鉆孔。如此，則需配套選用一款機(jī)動(dòng)性能更強(qiáng)、操作更簡(jiǎn)便、工效更高的潛孔鉆機(jī)。

“志高”ZGYX-416型履帶式潛孔鉆機(jī)同為自行走，比HR15型鉆機(jī)小型輕便。該機(jī)型配置雙馬達(dá)回轉(zhuǎn)頭及回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速可調(diào)多路閥，回轉(zhuǎn)扭矩可達(dá)1 950 N·m，回轉(zhuǎn)速度最高可達(dá)150 r/min。同時(shí)“志高”ZGYX-416系列機(jī)型標(biāo)配工程履帶、柱塞馬達(dá)，使得機(jī)動(dòng)能力更強(qiáng)，工作更加穩(wěn)定可靠。該鉆機(jī)伸縮臂僅有工作機(jī)構(gòu)，不設(shè)人員登高作業(yè)平臺(tái)，人員站在地面即可操作，因此無(wú)需支腿固定，移位更加靈活。理論上只需一小段坡面即可開始作業(yè)，實(shí)際操作中提供10～20 m長(zhǎng)的坡面，避免開挖和鉆孔交叉作業(yè)。該鉆機(jī)具體參數(shù)見表4。

鉆桿長(zhǎng)度為3 m，較前兩種機(jī)械相比，接長(zhǎng)鉆桿次數(shù)極大減少。工作機(jī)構(gòu)可隨意伸縮升降，司鉆人員操作更加靈活方便，鉆進(jìn)作業(yè)1人即可操作。人員站立地面位于機(jī)械側(cè)后方操作，杜絕了高處作業(yè);并且與鉆桿工作機(jī)構(gòu)保持足夠的安全距離，大大降低機(jī)械傷害風(fēng)險(xiǎn)。其自帶100 L集塵器，鉆孔產(chǎn)生的粉塵通過(guò)負(fù)壓裝置進(jìn)入集塵器，沉積后不再飛揚(yáng)，可直接排放于現(xiàn)場(chǎng)土體[5]。

該鉆機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠較早介入流水作業(yè)，進(jìn)一步縮減工序銜接時(shí)間。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作，坡面土石方開挖1～2 d后即可開始錨桿鉆孔作業(yè)。由于鉆桿角度可隨意調(diào)整，因此能有效確保鉆孔角度。移動(dòng)就位后不需支腿額外支撐即可固定，機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)，自動(dòng)化程度高。經(jīng)過(guò)測(cè)算，在相同條件下，比臺(tái)車履帶式潛孔鉆機(jī)節(jié)省一半時(shí)間。3種潛孔鉆機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)見表5。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，ZGYX-416型履帶式潛孔鉆機(jī)具有鉆桿接長(zhǎng)容易、操控方便、流水作業(yè)介入時(shí)間較早、機(jī)動(dòng)靈活、人機(jī)和諧的特點(diǎn)，方便實(shí)用、安全可靠，在土質(zhì)、巖質(zhì)邊坡地層及不同鉆進(jìn)方法的鉆孔施工實(shí)踐中，其優(yōu)異的成孔性能和效果，成為邊坡支護(hù)施工不可或缺的“趁手兵器”，是踐行中交集團(tuán)“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”理念的重要舉措。

該鉆機(jī)有效降低揚(yáng)塵污染，既能保護(hù)環(huán)境做到文明施工，又有利于作業(yè)人員職業(yè)健康，綠色環(huán)保、優(yōu)質(zhì)高效，十分契合新時(shí)代“以人為本、綠色發(fā)展”新理念的要求。

隨著該鉆機(jī)的使用，配合3 m高度“化整為零”小坡面開挖方法，大大節(jié)省了開挖作業(yè)與邊坡支護(hù)工序銜接時(shí)間，提高了作業(yè)工效，加快了施工進(jìn)度，改善了職業(yè)健康環(huán)境，確保了安全生產(chǎn)。

參 考 文 獻(xiàn)

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