一种大断面长距离引水隧洞坑道钻孔台车的设计
　　                        王锋   李红福   曾建
　　【摘要】在水电站大断面长距离引水隧洞进行回填、固结灌浆施工中，如何快速、高效、低耗的进行隧洞断面钻孔施工，是一个难点，因为施工时既要满足钻孔作业的高度及覆盖范围，又要克服各种运输车辆通行的影响。本文主要介绍在大断面引水隧洞施工中一种坑道钻孔台车的设计，以达到高效低耗施工的目的。
　　【关键词】 大断面长距离引水隧洞 坑道钻孔台车 设计
　　1  工程概况
　　四川锦屏二级水电站枢纽建筑物（图1）主要由拦河低闸、泄水建筑、引水发电系统等组成，四条引水隧洞平均长约16.6公里，开挖洞径13米，为世界最大规模水工隧洞。
　　锦屏二级水电站枢纽工程效果图  图1
　　中国水利水电第七工程局成都水利水电建设工程有限责任公司（以下简称我公司）承担了该水电站1#、2#号引水隧洞的回填、固结灌浆施工工作，其中，设计固结灌浆总量为80多万米。由于锦屏二级引水隧洞断面大、洞室长，以及与其他施工单位交叉施工作业的特殊性，要充分发挥出我单位各种钻灌设备的工效，就必须打造出一个高效的辅助平台，钻孔、灌浆工作才能顺利开展，各工序施工才能有序、受控，同时又能大大降低员工的劳动强度，为此，我公司以锦屏二级水电站引水隧洞钻孔施工为依托，研发了一种水电站大断面、长距离引水隧洞坑道钻孔台车。
　　2  台车设计中应注意的问题
　　a.各类钻孔设备在台车上的钻孔作业要与各施工单位的工作形成“立体”作业方式，要做到互不干扰；
　　b.坑道钻孔台车在满足钻孔高度的同时，还需要满足灌浆孔位的随机性，要达到“即调即用”的效果；
　　c.在坑道钻孔台车平台的有限空间内，尽可能的安放多台钻孔设备，以达到一次定位，可钻多个孔位的目的；
　　d.在满足台车安全使用的前提下，简化台车结构，达到快速安装、拆卸、转场的目的；
　　e.规范台车在用水、用电方面的合理布局，做到台车在使用过程中安全受控；设置全方位安全防护设施，确保施工安全。
　　3  坑道钻孔台车设计思路与设计参数
　　根据锦屏二级水电站1#、2#引水隧洞的灌浆孔位布置图，我单位对台车进行了如下设计（整体设计图如图2）：
　　a.坑道钻机台车轨道中心线跨距为5米，台车轮直径约为300-400mm，每边4个。台车由电动机驱动行走，台车行走速度5-10m/min。端部设有夹轨装置；台车就位后需要有顶升装置，千斤顶作用点在钢轨顶面，千斤顶与钢轨接触通过橡胶块缓冲；
　　b.台车平台设计长度约为9米，宽度为10-11米，端部设有活动翼板，翼板放下后与洞面距离约为30cm，平台两侧要附加4个千斤顶，千斤顶端部与洞面接触通过橡胶块缓冲；
　　c.台车承重及受力情况：每一部坑道钻机总重量约为500Kg，不包括钻材、工器具、以及其他辅助设备，钻机在工作时，单台钻机的推进与提拔力最大为14KN。钻机的泵站要均匀分布在平台上，要留有足够的过道和维修空间；
　　d.两端悬臂距离：以钻机安装后的动力头回转轴中心为起点测量，距离为6米；
　　e.悬臂的移动：悬臂的移动采用液压油缸，钻机定位根据引水隧洞灌浆孔位图布置来锁定，为了避让钢筋层和预埋管的偏差，要求钻机实现在x,y方向上±12cm的微调，并能在任意一点锁定；
　　f.钻机固定后，推进梁端部（稳杆器）与洞面距离控制在30cm左右；
　　g.钻机的操作平台：钻机的操作平台应有足够的作业空间，该空间包含钻机操作台、部分钻杆、钻孔时使用的必要工器具和钻机在吊装拆卸时所必须的空间，平台位置要以钻机的工作位置安装，要能在两钻孔位之间方便操作手作业；要设有顶部钻机的吊装，拆卸装置，且该装置的起吊重量不得小于钻机重量；
　　h.台车配电与照明：每台钻机功率为18KW，分电箱要与钻孔设备实行一对一控制。照明灯具设置8盏，每端4盏，采用功率大于1千瓦并有防水功能的灯具。两端还需设置220V多用插板，用于维修供电。
　　i.台车的上水管布置：主水管要位于台车下部，方便与水源连接，主水管直径不得小于2.5英寸，并使用镀锌管。主水管由下至上，在平台的两端各分设4个1英寸的球阀，每个球阀上要有一根长度不小于15cm的拔梢短管，管口向上；
　　j.为方便冲洗水、渣收集，要求平台中间略高于两侧，但坡度不大于3.5‰，两侧制作U型集水槽，由端部引管集中排放，平台各个接缝要做防水处理；
　　k.台车平台中部开孔，便于设备、材料的运输。开孔尺寸参照已提供的钻机外形尺寸来定，不使用时用盖封住，所使用的盖能承受钻机最重配件的质量；
　　l.上下扶梯，建议设在台车端部，坡度不大于60°。
　　4  研发试制后的施工效果
　　经研发试制后（实景图如图3），在施工中得到推广应用，达到了预期效果：
　　a.钻孔台车安装、拆卸简单、方便、快捷。坑道钻孔台车在设计时，充分考虑了硐室内的施工环境，其所有构件均能满足12吨吊车的起重范围，也满足普通运输车辆的装载范围，主要构件全部由高强度螺栓连接，安装、拆卸方便，台车重复使用的过程中，减少材料浪费；
　　b.钻孔设备安放简单、便捷。钻孔设备可以通过台车自身配置的小吊车或其他起重设备方便的放置在台车平台上，8台液压泵站集中管理，可以减少电缆的使用，避免各种油管混乱穿插以及方便操作手操作和维护，在施工安全与设备管理方面优于排架；
　　c.台车每个悬臂的根部都与洞轴线重合，通过变幅油缸，能方便的将钻机调整到任意一个覆盖范围内的钻孔孔位，在成孔角度的控制方面，简单、快捷、受控；
　　d.做到了安全文明施工。台车平台两端设计的集水槽，能将钻孔时流出的污水集中收集并通过排污管道排到指定地方；新颖、合理的设计，保证了坑道钻孔台车在安装、使用、拆卸的过程中未发生一起安全事故，与传统施工工艺相比，大大降低事故率；
　　e.完全能满足施工进度。钻机在台车上一次性被固定后，免去了搭设排架、移设钻机和减少电缆、管道铺设的辅助时间，增加了有效钻孔时间，提高了钻孔进尺。
　　5  结语
　　通过对坑道钻孔台车的设计与应用，我公司在大断面、长隧洞内的施工过程中实现了空间占用小、施工进度快，以及便于模块化管理的目的，突出技术先进、经济合理、安全高效等多方面的优势。我公司研发的坑道钻孔台车是一种可在同类型隧洞建设工程中广泛推广应用的先进设施，不仅推动了行业领域的发展，更是填补了坑道钻孔台车在大断面硐室回填、固结灌浆施工领域的施工技术空白，应用前景十分广阔。
　　图2  台车整体设计图
　　图3  试制完成的坑道台车实景图
　　作者：王锋，男，工程师，注册一级水利水电建造工程师，注册水利造价工程师。