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1、工程概况
我分公司在建广西河百三标项目隧道群较多，隧道洞身段围岩以中风化灰岩为主，多显厚层状，局部中厚层状，岩质较坚硬，岩石抗风化能力强，大部分岩体较完整，局部溶蚀裂隙较发育，岩体较破碎，局部岩溶强发育，纵深溶隙及串珠状溶洞发育，可能形成规模较大溶洞，与地下暗河相连通，围岩具有突变性。
整体地质情况较为复杂，开挖过程如不及时探明并制定有效施工方案，将存在较大的突水、突泥、塌方等风险。
针对这种情况，我公司引进了C6XPD-E隧道多功能钻机，为公司隧道安全高效地开挖提供强有力的保障。
2、C6XPD-E隧道多功能钻机关键技术特点
C6XPD-E钻机为意大利原装进口隧道多功能地质钻机C6XP系列，为C6系列更新换代产品，性能远优于之前市场广泛应用的C6钻机，其在动力系统、操作系统以及整机结构方面都具有独特优势。
2.1动力系统
C6XPD-E动力系统的最大优势即为柴油机与电动机的双重工作模式。
C6XPD-E的双动力系统兼具了电动机与柴油机的双重优点，面对不同工况的工作能力更强，将钻机的功能发挥到了极致。
2.2钻架组件
C6XPD-E钻架长度为7.2m，其中动力头有效行程为4m可方便地实现长尺寸的钻进。钻架的摆放决定了钻具的钻进方向，而钻架升降与转向共由8个油缸控制，可在作业过程中通过合理摆放钻机实现所有角度的钻进。
2.3电气电子系统
①PLC电子监控系统
PLC电子监控系统主要由多个控制系统及一个终端组成。该终端显示钻机的设备和系统参数值，操作手可以通过相关参数对钻机运行状态进行了解。同时，电子控制系统可以记忆工作过程中与钻机运行状态有关的数据，为钻机故障的排除提供了依据。
②LUS超前地质预报系统
LUS系统可做隧道内160米范围内超前地质预报、可监控钻机各个功能和参数、还可作为高压旋喷系统和注浆控制。该系统通过安装在钻机上的多种传感器测定钻孔时采集到的数据（钻孔深度、钻进速度、转速、扭矩、旋转压力、推进力等），根据这些数据的变化我们可以掌握掌子面前方的地质状况，如：岩盘破碎情况、岩盘软硬、有无涌水、有无空洞等。LUS系统在作业过程中可以提供实时钻进参数，机械操作手可以根据相关参数对钻进运行状态做出判断并对钻进方法做出相应调整。
3、多功能钻机在平坎隧道中的应用总结
河百三标项目的隧道群中平坎隧道地质情况最为复杂，开挖难度最大，也是C6多功能钻机发挥最大优势的地方。平坎隧道属于特长隧道，总长3267.5m，以下将以平砍隧道后段的施工为例对C6钻机主要使用的超前地质钻探、超前支护以及钢丝绳回转取芯等施工工艺进行阐述。
3.1超前地质钻探工艺主要技术控制
平砍隧道后段进行的超前地质钻探采用钻具为φ65mm钻头、φ57mm钻杆以及相应冲洗头全套。通常布孔方式如图3.1所示，钻进深度为50～60m，连续预报时前后两循环钻孔应重叠5m～8m，终孔于隧道开挖轮廓线以外5m～8m。
图3-1超前地质钻探布孔图
动力头作为钻杆最直接的动力原件控制了钻杆的旋转与推进，结合液动锤对钻杆后部的敲击就实现了整个钻进过程。钻进过程需要不断通水来进行排渣，记录人员可以通过冲洗液的颜色来对围岩情况做出判断。
其钻进的工艺流程如下图所示：
图3-2超前地质钻探工艺流程图
①开孔
开孔的过程十分重要，当钻头入岩0.3m后，所打探孔角度已基本成型不易调整，因此应及时在0～0.3m的开孔过程中将钻杆角度调整至最佳，这也直接关系到探孔方向能否准确达到施工方案的要求。
②钻进
由于每根钻杆长度为2m，因此可以将2m划分为一个钻进循环，每一循环涉及到钻杆的安装与钻进。钻杆的安装应由至少2名工人完成，一人站于钻架上，另外一人将钻杆搬运至钻机下并与钻架上工人完成传递。钻架上工人将钻杆两端分别对准入岩方钻杆以及后部动力头，由机手操作旋紧。
③对孔
当完成开孔或钻进一段时间后，有时会出现钻杆偏离钻架中心位置的现象，这是由开孔时产生的偏差以及随着钻进深度的增加钻杆受力不均造成的。此时应及时调整钻架使其与钻杆钻进方向一致避免更大偏差的产生影响探孔质量。
隧道异常围岩的钻进关键技术：
当钻探区域围岩较好即通常为石灰岩等较硬岩层时可使用正常钻进方法钻探。然而钻探过程中难免遇到围岩异常的情况，钻探工作的目的也正是探明这些异常区域为之后的开挖做准备，因此如何更好的使用钻机对该种区域进行探明也就成为了非常重要的工作。
以平砍隧道左洞Z4K32+935出口方向探孔作业为例，1号探孔在钻进至28.8m处时钻杆前端突然失去支撑，且排渣水变为黄褐色，此时可初步判断前方为有黄泥填充的溶洞，应采取以下方法进行钻进：
A.由较好围岩打入溶洞时由于钻杆前端会突然失去受力，钻杆则会突然加快推进速度，此时操作人员应迅速拉回推进操作杆并关闭液动锤。
B.将推进压力调小后，进行慢速推进。
C.由于溶洞内有黄泥填充，为防止出现钻头被黄泥堵塞以及卡钻现象，钻进过程应将水流量开至最大，适当前后移动动力头并间歇开启液动锤进行敲击帮助排渣。
D.慢速推进的过程应同时观察排渣情况，如果无渣排出则可能出现水流入溶洞内或钻杆被黄泥堵塞两种情况。此时可观察钻机水压表，如若水压表读数明显变大这说明钻杆堵塞，应及时进行疏通处理。
E.当钻杆在当前情况较难继续推进后，可推断已到达溶洞边界，此时完全开启液动锤并调大钻进压力开始正常钻进工作。
最终，该孔于钻进至43.8m时进入正常围岩，共穿过15m长的具有黄泥填充的溶洞。
图3-3平砍隧道左洞Z4K32+935超前地质钻探
④记录
记录是地质钻探的根本目的，也是地质预报的最直接依据，如何真实准确地对钻探过程进行记录直接关系到围岩情况的判断。使用C6XPD-E进行钻探的过程，除了人工记录还可以通过钻机特有的LUS系统记录下钻进过程的各种参数。两种记录方式结合大大提高了围岩判断的准确性。
A.人工记录
钻探时由专门人员填写《超前地质预报记录》，对钻探地点、钻进深度、每杆钻进时间、围岩情况以及其他钻探过程中出现的异常情况做好充分详细地记录。
B.LUS系统记录及EXEPF软件分析
钻探记录人员应对LUS记录数据进行保存与拷贝。并将数据在EXEPF软件中与人工记录一起进行相互参照分析。
图3-4平砍隧道左洞Z4K32+935，2号孔数据分析
在EXEPF软件中可将LUS系统记录下的数据完全呈现，通过掌握钻进过程中钻杆的钻进速度、钻进压力、扭矩、转速等因素再结合人工记录可进一步分析出钻探区域围岩情况。
图3.3所示为平坎隧道左洞Z4K32+935，2号孔的LUS记录，从中可看出在约26.8米处钻进速度、钻进压力、钻杆扭矩、旋转速度均出现异常。
钻进速度：钻进速度增加，表明前方阻力突然减小。
钻进压力：钻进过程遇到阻力更小，更易钻进。
扭矩：钻杆旋转时所受阻力减小，导致扭矩减小。
转速：钻杆旋转所受阻力减小，转速增加。
以上参数的变化均表明钻杆钻探过程中无论前进还是旋转所受到阻力均变小，即进入到了较为软弱的围岩区域。由此，即可对人工记录中的黄泥填充溶洞进行了进一步的论证，增加了人工记录的可靠性。
3.2超前支护功能工艺主要技术控制
在平坎隧道的开挖中主要采用的超前支护方式为管棚。设计管棚的规格为φ108mm，相对应所使用的钻具为φ130mm低风压钻头，φ90mm低风压冲击器以及φ76mm/2m钻杆。管棚的钻进原理与探孔有很大不同，由于所打孔径较大，需要使用风压配合冲击器中潜孔锤对围岩进行冲击破碎。
管棚作业工艺流程图如下：
图3-5管棚孔作业工艺流程图
管棚施工异常围岩的钻进关键技术：
A.钻入溶洞时，推进速度会瞬间变大，操作人员应迅速拉回推进操作杆。
B.将自动推进速度降低后慢慢向前推进。
当溶洞为无任何填充的空洞时，应关闭低压风降低转速或关闭旋转，总之尽可能地减少钻杆前端的受力避免冲击器因震动或离心而掉落。
当溶洞内有大量黄泥填充时低压风排渣较为不利，为避免钻进过程中钻头堵塞及卡钻，需适当开启水泵，以水稀释黄泥后续钻进。当出现前进困难时，应进行清孔，必要时也可开启液动锤进行敲击辅助排渣。
C.当钻进速度明显感到变慢，并且从前端冲击器传出击打硬物的声音时即可判断钻杆入岩，此时可进行正常的钻进操作。
3.3钢丝绳回转取芯主要技术控制
C6钻机的取芯作业原理与地质钻探和管棚作业均有很大区别。其钻进方式并不依靠液动锤或潜孔锤对前方岩层造成破碎实现，而是通过钻杆前端扩孔器的不断回转并结合动力头的推进压力实现钻进，虽然钻进速度较慢，但最大限度的保证了岩芯的完整性。随着钻进的进行芯样留在最前端钻杆内的岩芯管中，可由钢丝绳连接打捞器将岩芯管取出，一个取芯循环可取出1.5m芯样。
4、安全环保性分析
随着国内隧道施工的发展，安全文明施工越来越被重视。在此种形势下，河百三标也坚持着“不探明，不开挖”的原则，以安全为前提，质量为目标来开展工作。C6XPD-E应用于平坎隧道，也正是为隧道安全有效的开挖提供了最有力的保障。超前地质钻探可直接揭示隧道开挖面前方几十米的地层岩性、岩体结构完整程度、构造、地下水、岩溶洞穴填充物及其性质、岩体完整程度等资料，为隧道开挖前的预报提供了最为直接的信息；超前支护是软弱破碎围岩开挖时保证开挖工作面稳定的重要措施；取芯则可以对掌子面处注浆情况进行详细地了解。同时，电能作为C6XPD-E工作的主要动力来源，与同等功率的柴油机械相比能量利用率更高更加安全。
因此无论从经济还是安全角度分析，C6XPD-E均具有很大优势。
5、小结
通过河百三标平坎隧道的使用，目前C6XPD-E多功能钻机已顺利完成12次探孔作业，3次管棚作业以及2次取芯作业。成功摸索出了不单适用于平坎隧道更能够指导今后岩溶隧道开挖工作的一套施工技术。与同类型施工设备相比，C6XPD-E多功能钻机所适用的施工工法更加广泛，只需更换钻具即可进行不同形式的施工；作业效率更高，双动力的设计使得钻机在移动时方便快捷，钻进时刚劲有力；作业质量更好，钻架的合理设计以及精良的操作系统可以更好地掌控钻进位置与角度。相信在以后的隧道施工中C6XPD-E一定能够发挥更为重要的作用。