掘進(jìn)鑿巖臺車的使用與維護(hù)管理措施

潘 浩

（中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司，北京 101399）

0 引言

掘進(jìn)鑿巖臺車是隧道、井巷、涵洞等復(fù)雜空間施工中的必備機械，具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、高度集成的功能[1]。使用鑿巖臺車開展工程項目建設(shè)具有一定的先進(jìn)性，并且在很多項目中取得了良好效果，有效節(jié)約了資源并實現(xiàn)了建設(shè)效益的最大化[2]。為了進(jìn)一步探究鑿巖臺車的使用與維護(hù)方法，進(jìn)一步推廣掘進(jìn)鑿巖臺車，為復(fù)雜地質(zhì)條件下的大規(guī)模機械化施工奠定基礎(chǔ)，本文基于某隧道工程項目建設(shè)實際，研究了ZYS123 全電腦三臂鑿巖臺車的使用與維護(hù)管理措施。

1 鑿巖臺車設(shè)備概述

本文選擇圖1（a）所示的ZYS123 全電腦三臂鑿巖臺車作為研究對象。該臺車主要用于隧道、井巷、涵洞等鉆爆開挖施工，集成了行走、鑿巖和輔助裝藥等多種功能，適用于全斷面、大斷面或臺階法等多種開挖方式[3]。運用智能數(shù)控與自適應(yīng)力學(xué)融合技術(shù)，該臺車裝載有多種功能模塊，可以完成多樣化工程建設(shè)任務(wù)，詳細(xì)信息如圖1（b）所示。

ZYS123 全電腦三臂鑿巖臺車在施工應(yīng)用中，具有施工效率高、質(zhì)量好和信息化程度高的特點[4]。

（1）施工效率高。該臺車配有大功率鑿巖機，鉆孔速度快（最高可達(dá)5m/min），利用數(shù)字化點位匹配與識別技術(shù)實現(xiàn)了爆破點自動標(biāo)記，無需掌子面描點即可自動鉆孔；此外，鑿巖機具有較深的洞穴掘進(jìn)能力，最大深度可達(dá)20m，能夠有效實現(xiàn)長管棚作業(yè)，配合自動接桿機構(gòu)，最終可以實現(xiàn)50m超前鉆探[5]。

（2）施工質(zhì)量好。該臺車最大的特點在于將數(shù)字控制技術(shù)融入每一道工序施工中，對每次施工時的鉆孔參數(shù)（角度、位置、姿態(tài)、深度等）進(jìn)行自動測量并實行反饋式調(diào)整，最終實現(xiàn)高精度鉆孔；此外，對于爆破工序集成了輪廓自動掃描技術(shù)，在進(jìn)行精準(zhǔn)定位的基礎(chǔ)上對爆破深度進(jìn)行預(yù)測，從而實現(xiàn)超欠挖控制，減小爆破失敗的可能性并降低工程成本[6]。

（3）信息化程度高。該臺車集成了多種信息化設(shè)備，能夠在線識別目標(biāo)并自動定位，在施工過程中隨時采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行實時分析，依據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)水文條件的分析，進(jìn)而指導(dǎo)工程實施；對于施工數(shù)據(jù)設(shè)計有冗余存儲功能，方便后續(xù)調(diào)取并進(jìn)行比對；此外，還可以利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，輔助操作人員實現(xiàn)一人控制多臂的目標(biāo)，既降低了操作難度又減少了人力資源的投入[7]。

2 鑿巖臺車使用情況

2.1 項目基本情況

新建福廈鐵路3 標(biāo)起訖里程為DK51+717.925～DK86+801.42，正線長度35.083km。一公司承擔(dān)DK51+717.925～DK68+54.530 段的建設(shè)任務(wù)，長16.337km，位于福建省福清市、莆田市境內(nèi)。主要工程內(nèi)容包括：隧道、橋涵、路基、無砟軌道、防災(zāi)救援通道、大型臨時設(shè)施，總工期60個月，投資額78989.39萬元。隧道共3座，分別為碧峰寺隧道（8434.27m）、后俞隧道（274m）、香山寺隧道（1215m），總長9.923km，開挖總量134萬方，混凝土總量34.4萬方。碧峰寺隧道設(shè)斜井2處，分別為厝后斜井（1343m）和北山斜井（1174m），總長度2517m。橋梁共4座，總長4.95km，分別為官莊特大橋（2019.39m）、上后特大橋（1668.01m）、坪尾大橋（275.47m）、萩蘆溪特大橋（987.56m）。樁基合計1298根/20368.5m，混凝土1.76萬方，橋墩混凝土共7.74萬方，60+100+60m掛籃懸澆梁1 聯(lián)（萩蘆溪特大橋21#-24#墩），混凝土4326m3。路基工程共7 段/1.463km，主要工程量有挖土方13.46 萬方，挖石方3.35 萬方。填石6.52 萬方，級配碎石2.82 萬方?？蚣芎?0.51橫延米/4道。

該鐵路工程所處地域主要圍巖分布如圖2（a）所示，不良地質(zhì)及特殊巖土分布如圖2（b）所示。

圖2 新建福廈鐵路3標(biāo)工程特殊地質(zhì)水文條件特性

2.2 主要施工方法

在新建福廈鐵路3 標(biāo)工程項目施工過程中，采用分級臺階法進(jìn)行施工。其中，V 級圍巖采用三臺階法、IV 級圍巖采用兩臺階法。三臺階法施工過程中，月度進(jìn)尺為82.7m；兩臺階法施工過程中，平均每月掌子面進(jìn)尺為110m。為了保證在規(guī)定工期內(nèi)完成相應(yīng)的進(jìn)尺數(shù)量，結(jié)合ZYS123 全電腦三臂鑿巖臺車的特點，設(shè)計了如圖3所示的施工工藝流程。

圖3 ZYS123全電腦三臂鑿巖臺車施工工藝流程

為了實現(xiàn)穩(wěn)定支撐效果，臺車定位時必須保持支腿受力平衡，且應(yīng)確保承力面相對穩(wěn)固，避免因為車體失衡造成施工安全事故；一般來說，地基承載重量必須大于20×104kg/m2，且需要具備一定的防護(hù)措施。炮孔圖由車載電腦接收并自動識別，進(jìn)行程序化加載后比對現(xiàn)場巖體目標(biāo)特征進(jìn)行定位，進(jìn)而指揮鉆孔動作。鉆孔共分為兩個或三個步驟，分別是上臺階、中臺階和下臺階鉆孔，其中兩臺階法不需要實施中臺階鉆孔。通過實施分臺階鉆孔，可以在鉆孔過程中進(jìn)一步利用剩余圍巖發(fā)揮支撐作用，減小隧道或井巷坍塌的風(fēng)險。臺車退場后，需要對臺車進(jìn)行及時的維護(hù)保養(yǎng)，確保臺車始終出于良好的工作狀態(tài)，方便后續(xù)任務(wù)繼續(xù)使用。

2.3 施工效果分析

在新建福廈鐵路3 標(biāo)工程項目施工過程中，由于ZYS123 全電腦三臂鑿巖臺車的廣泛應(yīng)用，確保了隧道巖層的高效掘進(jìn)。據(jù)專家評估，預(yù)計節(jié)約工期15d，節(jié)省資金投入90 余萬元，且在施工過程中無一起安全質(zhì)量事故發(fā)生，確保了工程項目的順利推進(jìn)。

3 鑿巖臺車維護(hù)措施

工欲善其事必先利其器，鑿巖臺車的科學(xué)維護(hù)關(guān)系到工程應(yīng)用效果。

3.1 基本原則

ZYS123 全電腦三臂鑿巖臺車集成了大量的機電和液壓設(shè)備，同時具有高度的智能化，因此在使用過程中需要中進(jìn)行重點維護(hù)保養(yǎng)，這樣才能減少故障率，確保長時期穩(wěn)定可靠地運行。

為了實現(xiàn)高質(zhì)量的維護(hù)保養(yǎng)，新建福廈鐵路3 標(biāo)工程項目建設(shè)過程中，確定了針對ZYS123 全電腦三臂鑿巖臺車“日常維護(hù)與點檢相結(jié)合、預(yù)防性維修、做好人員素質(zhì)提升”的使用管理原則。

3.2 做好日常維護(hù)與點檢的結(jié)合

3.2.1 日常維護(hù)

日常維護(hù)是做好鑿巖臺車管理使用工作的基礎(chǔ)。在日常維護(hù)工作中，重點是做好對運行數(shù)據(jù)的監(jiān)測、油體質(zhì)量的檢查以及清潔工作。

（1）需要對臺車運行數(shù)據(jù)進(jìn)行在線檢查、記錄與分析，對各分系統(tǒng)的工作環(huán)境、掘進(jìn)深度、消耗功率、關(guān)鍵零部件的磨損進(jìn)行實時測量，雖然臺車數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)能夠自動記錄大多數(shù)工作參數(shù)，但是很多關(guān)鍵數(shù)據(jù)需要臺車操作人員進(jìn)行現(xiàn)場測量后并與機載記錄儀數(shù)據(jù)進(jìn)行比對最終確定，避免因為數(shù)據(jù)失實引發(fā)對設(shè)備狀態(tài)的誤判。

（2）需要對各種液壓油進(jìn)行質(zhì)量復(fù)查復(fù)測，尤其是釬尾脈沖油、行走液壓油、空壓機油等承擔(dān)大額受力情況的液壓油，需要對油體的潔凈度、壓縮比等進(jìn)行定期測量與校驗，確保始終在額定范圍內(nèi)。

（3）需要做好衛(wèi)生清潔工作。臺車在使用過程中，由于工作環(huán)境的差異，需要及時對關(guān)鍵部位及附屬設(shè)備的衛(wèi)生進(jìn)行清理，確保工作環(huán)境內(nèi)無異物、無積塵，避免因為不潔凈的環(huán)境引起設(shè)備運行紊亂或者失靈，延長臺車的使用壽命。

3.2.2 定期點檢

定期點檢是降低臺車故障率的有效手段。定期點檢應(yīng)重點做好以下幾方面的工作：

（1）關(guān)注設(shè)備非轉(zhuǎn)動部分的緊固情況，尤其是對關(guān)鍵螺栓的固定情況需要進(jìn)行及時檢查，避免臺車在使用過程中因為共振而造成關(guān)鍵部位損毀。

（2）做好機械鉸接部位的潤滑，根據(jù)使用功能的不同涂抹合適的潤滑油，確保潤滑效果良好，同時經(jīng)常性地檢查液壓管路的疏堵情況，避免由于管道堵塞造成液壓油無法得到補充，引起受力出現(xiàn)斷裂式下降而危及臺車使用質(zhì)量。

（3）對點檢情況做好記錄，及時更新設(shè)備臺賬，對于每次更換的元器件都需要進(jìn)行登記，確保后續(xù)使用或者維護(hù)時有據(jù)可依、有賬可查。

3.3 做好預(yù)防性維修

ZYS123 全電腦三臂鑿巖臺車屬于高精密性設(shè)備，在維護(hù)管理中應(yīng)采用超前思維，通過做好預(yù)防性維修實現(xiàn)長期可靠穩(wěn)定的運行。預(yù)防性維修是機電設(shè)備的重要操作維護(hù)方法，核心理念在于利用設(shè)備使用過程中各個關(guān)鍵元器件的性能數(shù)據(jù)積累預(yù)測可能發(fā)生故障的類型和時間節(jié)點，提前做好更換，既避免設(shè)備因關(guān)鍵元器件的損壞而出現(xiàn)無法運營的情況，又減少資源投入力度。做好預(yù)防性維修的關(guān)鍵是建立元器件的運行數(shù)據(jù)庫。在新建福廈鐵路3 標(biāo)工程項目建設(shè)過程中，確定了鑿巖機回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、鉆臂角度控制儀、空壓機、水循環(huán)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、推進(jìn)梁、底盤支腿、控制電機等關(guān)鍵分系統(tǒng)/元器件作為重點關(guān)注設(shè)備，對其運行數(shù)據(jù)進(jìn)行全天候不間斷持續(xù)采集，通過臺車車載以太網(wǎng)上傳到數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行存儲并進(jìn)行故障預(yù)測，一旦發(fā)現(xiàn)有可能影響設(shè)備整體使用的安全風(fēng)險時，及時發(fā)出預(yù)警信息，設(shè)備工程師進(jìn)行復(fù)查，根據(jù)風(fēng)險嚴(yán)重程度確定故障排查措施，包括是否更換設(shè)備或者進(jìn)行維修，從而消除風(fēng)險、實現(xiàn)長時期可靠控制。

3.4 提升人員素質(zhì)

ZYS123 全電腦三臂鑿巖臺車需要安排專人進(jìn)行操作和維護(hù)管理。在新建福廈鐵路3 標(biāo)工程項目實施過程中，建立了專人專崗制度，同時對臺車操作和維護(hù)人員提出了可量化的明確職責(zé)。為了確保這些職責(zé)得到有效落實，項目部建立了分層次培訓(xùn)人員機制。對于關(guān)鍵工序的操作，安排臺車駕駛員和維護(hù)保養(yǎng)人員參與施工技術(shù)討論，使他們在操作臺車前明確工序的技術(shù)特點和安全隱患，爭取做到“心中有數(shù)”，提高臺車運行的針對性；對于難點工序的操作，安排雙駕駛員模式，確定一名駕駛員為主、一名駕駛員輔助配合，針對施工中的危難工序環(huán)節(jié)隨時進(jìn)行協(xié)商，必要時暫停施工并召開現(xiàn)場技術(shù)調(diào)度會，確保安全措施到位后再開展工作。此外，對于操作人員需要進(jìn)行定期技術(shù)考核，采用理論考試與實踐操作相結(jié)合的方法，督促操作人員掌握必備的機械設(shè)備使用與維護(hù)方法，考核通過后才允許接觸臺車。另外，需要重視對故障的積累與分析，對于工程項目中出現(xiàn)的臺車運行故障，需要及時進(jìn)行記錄，定期進(jìn)行總結(jié)與分析，向臺車操作人員進(jìn)行通報，指導(dǎo)他們對臺車運行情況進(jìn)行“舉一反三”啟發(fā)式思考，這樣有助于吸取設(shè)備故障中的經(jīng)驗教訓(xùn)，從而幫助操作人員在最短時間內(nèi)快速提升能力素質(zhì)。

4 結(jié)束語

本文基于渝昆高鐵新建福廈鐵路3 標(biāo)工程項目的建設(shè)，系統(tǒng)研究了ZYS123 全電腦三臂鑿巖臺車的使用方法，并圍繞設(shè)計特點提出了“日常維護(hù)與點檢相結(jié)合、預(yù)防性維修、做好人員素質(zhì)提升”的使用管理原則，通過制度化的措施確保了這些原則在施工中得到落實，進(jìn)而提升工程項目建設(shè)質(zhì)量。后續(xù)應(yīng)進(jìn)一步探究預(yù)防性維修在ZYS123 全電腦三臂鑿巖臺車維護(hù)中實現(xiàn)的方法，通過數(shù)據(jù)分析與預(yù)測技術(shù)實現(xiàn)臺車維護(hù)保養(yǎng)工作的前置，在合理投入資源與確保最大使用效益之間尋求新的平衡，使臺車發(fā)揮更大的工程實用價值。