凿岩台车施作自进式长锚杆施工技术
０ 引言
锚杆施工是软弱围岩隧道施工中关键的工序，其施工质量、工艺及施工效率对整个隧道的质量和进度有着举足轻重的影响。目前，人工无法在隧道内完成１２ｍ超长锚杆的施作，且国内无成熟设备可完成超长自进式锚杆施工；国外专用锚杆施工设备成本过高，且供货周期长，无法满足施工要求。
近年来，国内外学者针对隧道超长锚杆施工开展了一系列研究。周阳等开展了长锚杆／锚索改善深埋大跨度隧道初支结构受力的试验研究。白继承等研究了超长锚杆在控制家竹箐隧道大变形中的应用。李五红针对缓倾顺层围岩仰拱长锚杆施工技术进行了研究。针对软弱围岩隧道中人工无法施工长锚杆、国外专用设备成本高等问题，本文以成贵铁路高坡隧道软岩大变形段为实例，提出了一种利用凿岩台车施作自进式长锚杆的技术方法，成功实现了利用凿岩台车施作自进式长锚杆的技术突破，并在工程实践中取得良好效果。
１ 工程概况
成贵铁路高坡隧道为高瓦斯隧道，全长４５６８ｍ，是全线的重难点工程，总体施工难度较大。由于该隧道煤系地层背斜核部岩层缓倾、岩质软弱，受地质构造、洞群效应及地下水渗透等因素影响，出现了长度达４２４ｍ的软岩大变形段落，部分支护结构出现开裂、变形等病害。针对上述问题，采用８ｍ、１２ｍ两种规格的超长自进式锚杆进行加固处理，总数约９０００根，累计总长达到９７ｋｍ。
该软岩大变形段落作为成贵铁路全线控制工程，具有任务重、风险高、工期紧等特点。为解决上述问题，经过试验研究，通过对现有凿岩台车作业臂钻孔机构的改进及凿岩台车钻孔参数的调整，实现了应用凿岩台车施作长锚杆，成功完成了软岩大变形段锚杆加固施工。
２ 凿岩台车总体改装思路
对现有国产全电脑三臂凿岩台车关键部件改装思路如下：一是定制专用Ｒ３２型钎尾及钎尾连接套；二是在推进梁上加装扶钎器和专用液压夹钎机构；三是统一自进式锚杆、连接套与钎尾的螺纹尺寸；四是调整凿岩台车的冲击压力、推进压力、旋转速度，使凿岩台车各项参数适应自进式锚杆施工。凿岩台车改装部位示意图如图１所示。
３ 凿岩台车结构改装要点
３．１ 改装钎尾及连接套
凿岩台车凿岩机钎尾配置的φ３８钎尾直径为３８ｍｍ，自进式锚杆直径为３２ｍｍ。如采用凿岩台车原装钎尾直接连接锚杆，需定做φ３８转φ３２的连接套，但在实际使用中会出现锚杆尾部变形，卡滞在连接套内无法继续施工的情况。因此为凿岩台车定做φ３２钎尾及配套φ３２连接套，使钎尾螺纹与锚杆螺纹尺寸精准匹配，通过定做的φ３２连接套，即可实现钎尾与锚杆的稳定连接。
该φ３２连接套既可用作锚杆与凿岩台车凿岩机钎尾的连接装置，也可作为锚杆与锚杆的连接装置，实现了连接套的通用，极大地提高了锚杆的安装与连接效率。
３．２ 在一、三号臂前端增加夹杆机构
对三���凿岩台车的一号臂、三号臂进行调整和改装，在其前端增设夹杆机构。二号臂保持原有配置并安装钻杆，作为应急备用臂。改装后，一号臂和三号臂可同时独立进行锚杆施作。凿岩台车在正常钻炮孔时，钻杆自身长度可以满足炮孔深度要求，钻杆拆卸频率低，故推进梁前端未设计辅助钻杆拆卸装置。
３．３ 定制卡钳衬套
凿岩台车原夹杆机构衬套适合夹持φ３８钻杆，无法夹持φ３２锚杆，为此需对夹杆机构进行改装。通过对夹杆机构内衬套进行加厚处理，使衬套内径与φ３２锚杆外径匹配，确保夹持稳固。改装后的夹杆机构如图２所示。
３．４ 改装中间扶钎器
推进梁的中间扶钎器是为提高钻杆刚度而设计的中间支撑结构，钻炮孔时钻杆不需要频繁安装拆卸，但在制作自进式锚杆时需要频繁地安装。原设计扶钎器（见图３ａ）安装拆卸过于复杂，会影响锚杆的安装，因此将中间扶钎器改装为简易快拆结构（见图３ｂ），便于锚杆的安装拆卸。改装前后的中间扶钎器如图３所示。
３．５ 定制专用钻具
根据凿岩台车施作长锚杆的特点，定制专用连接套筒、钻头等钻具，使套筒、钻头、锚杆与凿岩台车工作性能匹配，以缓解因套筒堵碴、钻头磨损导致的钻进速度下降问题。同时，综合考虑锚杆施工成本，尽可能在保证锚杆施工质量的同时降低施工成本。
３．６ 钻孔深度及凿岩机参数调整
长锚杆施工每节锚杆长度４ｍ，为防止凿岩机直接碰撞岩壁对凿岩机造成损伤，需在第一节锚杆钻进时需除去推进梁前端长度。具体过程为：钻进第一根锚杆时，将全电脑三臂凿岩台车钻孔深度设置为３.７ｍ，设备自动钻进至３.７ｍ时停止钻进；钻进第二、三节锚杆时，将钻孔深度设置为４ｍ，直至总长１２ｍ锚杆全部施作完成后，再换位置进行下一根锚杆施作。
根据具体地质情况，调整凿岩台车凿岩机推进压力、推进速度、旋转速度及冲击压力，使凿岩台车性能参数符合长锚杆施工要求，提高长锚杆施工效率。
４ 施工流程及要点
４．１ 凿岩台车就位
凿岩台车体积庞大，作业时展开后的覆盖范围较大。两台凿岩台车同时作业时，应分成两个作业面，避免互相干涉。凿岩台车施钻过程中，需要利用自带支撑系统进行稳定支撑。台车就位时，应尽可能就位于待施作锚杆区域中心位置，以实现一次就位完成最大数量锚杆施工的目的。采用后退施工方法，以避免已施作的锚杆因意外脱落，造成人员伤害或设备损坏。自进式长锚杆施工流程图如图４所示。
４．２ 钻孔定位及锚杆施钻
在正式施钻前，应先在标注的施作锚杆位置周围进行试钻，避开初期支护中的钢拱架及钢筋网片，以免造成钻头损伤或结构破坏。试钻完成后，采用低冲击进行引孔。引孔深度达到１ｍ左右后开启自动钻进模式，引孔速度控制在１ｍ／ｍｉｎ。
锚杆钻进过程中，尽可能采用设置好的自动模式钻进，并严格控制钻进速度、推进压力及冲击压力。若钻进速度超过２ｍ／ｍｉｎ，应切换至手动模式，并降低推进速度至１.５ｍ／ｍｉｎ。施工中需密切注意岩层突然变化情况，避免因岩层突然变化引起压力过大而造成锚杆弯曲。
同时密切关注周围已完成的锚杆孔中是否有水排出，若有则可能是当前钻孔的高压水沿岩石裂隙渗漏导致。有水排出易引发排渣高压水泄压，导致钻孔排碴���畅，进而造成卡钻。此时需立即停止推进与冲击，仅开启旋转和供水功能，并采取止水措施，待处理完毕后再继续钻进。
４．３ 锚杆连接
当前一节锚杆钻进至设定位置后，停止钻进，控制前卡钳夹紧锚杆。随后启动凿岩机振动并反转，松开凿岩机与锚杆的连接。可选择拆下锚杆与连接套连接处或连接套与凿岩机钎尾连接处中的任一连接处，人工接入下一节锚杆。安装完成后，启动凿岩机正转，将下一根锚杆与连接套及钎尾连接牢靠。连接完成后，需微调凿岩台车钻臂位置，以消除因钻臂卸载产生的位置偏差，避免再次钻进时锚杆扭曲或摆动。
４．４ 锚杆固定
整根长锚杆施作完成后，应及时用定做的木楔楔入锚杆尾部与钻孔之间的缝隙，楔入必须牢靠，防止已钻入的锚杆滑落。锚杆施作完成后，应及时进行后续注浆锚固工序。
５ 应用效果分析
５．１ 施工效果
改造的凿岩台车施工技术，有效解决了超长锚杆施工难题，成功完成高坡隧道９１３１根、总长９７０３６ｍ的长锚杆施工任务。该工程成为国内为数不多实现超长锚杆施工的案例，为同类工程提供了可复制的技术经验。
改进后的全电脑三臂凿岩台车实现了一号、三号臂独立并行作业，相比国外专用锚杆台车，施作效率提升５０％。经实测，凿岩台车单臂仅需２０ｍｉｎ即可完成一根１２ｍ自进式锚杆施作，双臂同时作业时每小时可以完成６根１２ｍ长锚杆施作，单台凿岩台车施工效率是现有专用锚杆台车的２倍以上。按单根锚杆平均节约５ｍｉｎ施工时间计算，整个项目共节约工时７６０ｈ，直接缩短工期４７.５ｄ，大幅提升了施工进度。
５．２ 经济效益
现有凿岩台车改装成本低，且完全不影响设备原有功能。改造仅需定做φ３２钎尾及连接套，在三臂凿岩台车一号、三号臂增加夹钎机构与中间扶钎器，并调整凿岩台车凿岩机的推进力、冲击力等参数，使之匹配围岩特性即可施工。全电脑三臂凿岩台车与现有专用锚杆台车经济性对比如表１所示。
从表１可知，采用全电脑三臂凿岩台车的设备投入与改造费用合计９９８.５万元。现国内尚无成熟的超长锚杆专用台车，国外进口专用锚杆台车价格约８３０万元／台。本项目中，全电脑三臂凿岩台车仅对一号、三号臂进行改装用于锚杆施作，保留二号臂原有功能以做安全备用，其作业效率相当于２台专用锚杆台车的作业效率，总体费用可节约６６１.５万元。
６ 结束语
在高坡隧道工程中，全电脑三臂凿岩台车施作锚杆技术的成功应用，有效解决了传统人工施作长锚杆效率低下、质量难以保障及安全风险高等难题。经改装后的全电脑三臂凿岩台车，单台作业效率相当于２台专用锚杆台车的作业效率。该技术通过先导控制实现锚杆孔的精确定位，推进压力与速度均由电脑精确调控，可根据施工需求灵活调整参数。通过配套定制的专用连接套简化了锚杆连接流程，进一步提升了作业效率。从经济角度而言，该技术大幅节省了专用锚杆台车的设备投入成本，现有凿岩台车改装费用低，且改装后完全不影响设备原有的凿岩功能。此外，该技术减少了现场作业人员配置，显著降低了施工安全风险。