浅谈三臂凿岩台车在公路隧道施工中的应用
０ 引言
隧道施工钻爆法凭借其经济、高效、适应性强等特点被广泛应用，在国内外占据主导地位。但当前我国大部分隧道仍是人工凿岩开挖建造的，安全和职业病危害风险大。特别高原铁路、公路隧道施工不仅要面临高寒、冻土、气候恶劣、地质结构复杂等施工问题，同时，还面临高原缺氧对人员生命安全的影响。所以，隧道钻爆施工全面实现机械化必然是未来发展趋势。
全电脑三臂凿岩台车是目前隧道钻爆法机械化施工最先进的设备。整机长１７.８ｍ，整机宽２.９ｍ，最大作业高度１１.３ｍ，最大作业宽度１６.６ｍ，单杆最大钻孔深度５.２ｍ，凿岩机功率大，钻孔速度快，钻爆破孔可达３～５ｍ／ｍｉｎ。台车采用全电脑集采控制，具有智能定位、自动钻孔、隧道轮廓扫描、辅助现场装药、管棚施工、锚杆施工、凿岩参数和数据存储与传输等数字化功能，同时具备防卡钎防空打、故障诊断、施工日志记录等功能。其自动化程度高，人员劳动强度低，正逐步应用于隧道的施工。
１ 隧道工程概况
康新高速ＴＪ２标由四川川交路桥有限责任公司隧道分公司承建，吉托隧道左线全长４４４０ｍ，右线全长４２８０ｍ，最大埋深６１０ｍ，隧道进口高程３４５８.７６ｍ，隧道出口高程３５６７.９８ｍ。隧道Ⅴ围岩１３８０ｍ占１５.８％；Ⅳ围岩４７１５ｍ占５４.１％；Ⅲ围岩２６２５ｍ占３０.１％。该隧道地质情况复杂，隧道围岩主要由崩坡积层块、碎石及强～中风化花岗岩组成，覆盖层厚度大，稍密～中密状，围岩自稳能力较差施工风险较高。
该文以铁建重工生产的ＺＹＳ１１３Ｇ三臂台车在康新高速ＴＪ２标吉托隧道施工中的应用为研究对象，探讨三臂凿岩台车的实际应用效果，不断探索和优化三臂凿岩台车的使用管理，为全面实现隧道机械化作业提供依据，三臂凿岩台车实例如图１。
该项目于２０２４年３月正式启用铁建全电脑ＺＹＳ１１３三臂凿岩台车进行隧道开挖作业，于４月中旬开始单机双洞施工，一台设备两班操作人员。现就台车使用至今的情况作应用分析。
２ 三臂凿岩台车参数及进场前的水电设置
２．１ 台车整机参数设置
全电脑ＺＹＳ１１３三臂凿岩台车整机参数如表１。
２．２ 三臂凿岩台车施工前电力配置
要求项目外接不低于３３０ｋＶＡ的高压电源或发电机组，设不低于４００Ａ断路器的３８０ＶＡＣ控制柜，台车和变压器之间的电缆总长不应超过５００ｍ。
台车总装机功率为３２５ｋＷ。自带１００ｍ的３×２４０ｍｍ²＋３×５０ｍｍ²的国标铜电缆；设备正常工作电压范围为３４０～４２０Ｖ；洞外接入洞内的电缆使用３相＋１接地，３×３００ｍｍ²＋１×１５０ｍｍ²的国标铜芯线。电路布置示意图如图２���示。
２．３ 三臂凿岩台车施工前水源配置
要求项目外设高位水池或洞外设储水池。高位水池设减压器，蓄水池设１５～２２ｋＷ扬程５０～１００ｍ的增压泵。
台车自带１００ｍ水管。台车进水水压１～１０ｂａｒ，洞口水压４～１０ｂａｒ，流量３００Ｌ／ｍｉｎ。吉托隧道采用外部水池设增压泵，使用ＤＮ１００焊管做进水管，水管进洞后根据水压情况增设增压泵（目前吉托隧道进洞７００ｍ增设一台增压泵）。水路布置示意图如图３所示。
３ 三臂凿岩台车作业中的钻进参数设置及其控制效果
三臂凿岩台车作业方式：首先将隧道设计参数录入台车电脑，台车通过激光扫描仪对隧道拱墙上的已知点的识别，即可计算出台车相对于隧道的位置。通过台车的精确定位和设计参数（线路、开挖轮廓、爆破设计等）的导入、计算，台车中控平台中会显示具体炮孔的深度、位置及角度等信息，操作手参照电脑显示操作手柄即可完成炮孔的精确施钻。
康新高速吉托隧道在操作手不断探索和调整总结下实现了开挖面超欠挖的精准控制，也在施工中总结了各类围岩情况下的钻进参数设置。
３．１ 钻进参数
三臂凿岩台车吉托隧道钻进参数设置如表２。
３．２ 三臂凿岩台车作业后的光爆效果
吉托隧道三臂台车作业后的光面效果如图４。
通过不断地调整改进，吉托隧道月进尺由原来５０ｍ到９月份左右洞均突破１３０ｍ。
４ 三臂凿岩台车作业优点
相比普通人工钻爆，极大提升了施工进度，通过近一年的实操，主要有以下几个优点。
（１）钻孔快、成型好
三臂凿岩台车在坚硬岩中能快速凿岩成孔，按３～４级围岩平均统计单臂凿孔速度约为２.５ｍ／ｍｉｎ，优于常规风动凿岩机的０.２５ｍ／ｍｉｎ。根据围岩结构特点实时调整钻机参数，可有效提高钻孔质量和速度；根据初支到掌子面距离调整控制周边眼外插角，可有效控制超欠挖，轮廓成型好，光爆效果好。
（２）减少隧道施工安全风险
掌子面作业由传统的风动凿岩机１６～１８人降低到三臂台车２～４人，且台车作业人员在封闭的操作室内操作，且距离掌子面约１０ｍ距离。因此，凿岩台车施工不仅显著降低了工地作业人员的数量，还减少了对作业人员的职业伤害风险，在防范落石伤害等突发性危险方面取得了显著成果。
（３）环保
在施工过程中，三臂凿岩台车使用液压作为动力源，这使得台车在钻孔过程中产生的粉尘量极低，确保了施工现场的清洁度，避免了空气中的颗粒物质对周围环境的污染。
掌子面空气质量保持较好，噪声也较小。操作人员在密闭驾驶楼里，可减少噪声伤害，且夏天有空调，冬天有暖气，可为操作手提供较为舒适的环境。
（４）降低了施工成本，同时提高了施工效率
传统的风动凿岩机作业，５公里隧道双洞最终须配置约８台１３２ｋＷ螺杆空压机，总装机约１０００ｋＷ。而三臂凿岩台车总装机３２５ｋＷ，电力消耗仅为风动凿岩机作业的１／３～１／２，单机双洞施工大幅降低了施工成本。同时钻爆单循环进尺由风动凿岩机的３.５ｍ提升至４.５ｍ。
５ 三臂凿岩台车应用存在的主要问题
５．１ 设备的维护保养
三臂凿岩台车是一种大型、系统的机械设备，其维护保养工作对于设备的正常运行和使用寿命具有重要影响。要求每班结束后操作手必须对臂架进行彻底检查保养，坚决不允许拖延。设备保养不及时，出现故障，不仅会影响设备的性能和效率，还会增加施工成本，延误工期。
５．２ 安全风险
台车的操作需要高技能、懂施工、会电脑、经验丰富的操作人员，而市场上的操作人员技术往往参差不齐，鱼龙混杂。如果操作人员技能不足或操作不当，可能会导致设备故障、人员伤亡等安全事故。此外，隧道施工也存在许多不确定因素，如涌水突泥等，也可能对设备和人员的安全造成影响。
５．３ 成本较高
三臂凿岩台车价值高，操作人员工资高，使用和维护成本相对较高。施工中必须尽可能保证设备完好率，也为保证隧道正常施工减少工期延误，须建立完备的配件库，储备大量易损件和应急必备件，且厂家配件贵，须占用较多资金。
施工作业中的钻杆、钻头、连接套、纤尾等易损件消耗量大，费用高，目前康新高速吉托隧道单洞月平均进尺１２０ｍ左右，双洞平均每月需６万～８万的易损件消耗。
６ 三臂凿岩台车应用建议
６．１ 搭建自己的专业化班组
以康新项目为例，三臂台车班组为公司全新组建。公司招聘头脑灵活有吃苦耐劳精神的年轻人，从进铁建厂学习到项目实操，一个月上手，三个月熟练，半年灵活应用，现在完全能胜任工作包括设备维保。这样组建的队伍稳定，可根据公司情况灵活调配，传帮带发展队伍。
６．２ 建立强有力的后期保障
建立完善的维护保养制度和完备的配件库，定期对三臂凿岩台车进行检查、保养和维修。同时，加强与设备制造厂的合作与交流，及时获取技术支持和培训，提高维护保养水平，实现台车应用技术和零部件应急的合作共享。
６．３ 组建专业化的管理团队
建立凿岩台车的追踪和管理系统，以追踪设备使用和维护情况，搜集各项数据分析并形成报告；制定和明确绩效评估的指标和方法，以便员工公正评价和激励。
７ 结束语
现在高速公路隧道工程施工中，特长隧道越来越多，对于质量、安全、进度的要求也越来越高。全电脑三臂凿岩台车施工稳定性较好、精确度较高，对不同围岩等级状态下的超欠挖精度控制良好，有利于提升长大隧道施工整体质量，在施工速度、安全性等方面的优势是传统人工开挖无法比拟的。所以隧道机械化施工是施工企业必须进行的革命，是施工企业未来的必然之路。