全電腦三臂鑿巖臺車在隧道施工中的應用

李行利

（中鐵十一局集團第四工程有限公司， 湖北 武漢 430074）

0 引言

隨著社會經濟的發展、勞動力成本的上升和施工專業技能人員稀缺，在隧道施工中，傳統的人工手持風鉆施工已不能滿足國家對環保、低耗能、經濟性和高安全質量的要求，而三臂鑿巖臺車施工作業效率高、環境污染少、消耗能量少、勞動力需求少、勞動強度低、安全系數較高，全電腦三臂鑿巖臺車更是在普通液壓三臂鑿巖臺車上述有點上在作突破，其機械化、信息化、智能化性能得到極大提高，是當前階段極其適用于隧道施工的全自動機械設備。

1 全電腦三臂鑿巖臺車特點

以鐵建重工ZYS113全電腦三臂鑿巖臺車為例，其關鍵部件有底盤、鉆臂、3臺鑿巖機、推進梁、液壓系統、過濾系統、吊籃臂及吊籃、水系統、壓縮空氣系統、電氣系統、計算機輔助系統、鉆進系統。工作時，作業面覆蓋范圍最大高度為11.3m，最大寬度為16.6m，鉆孔直徑為42mm-127mm，鉆進深度達35m。可進行全自動炮眼鉆孔、超前地質勘探、地質分析、斷面掃描、錨桿施工、輔助檢測、高空施工、灌漿施工、管棚施工、配合裝藥、撬毛等作業，其行走方式為胎行式，靈活迅速。

2 全電腦三臂鑿巖臺車在隧道施工中的應用

2.1 全自動高效智能化鉆孔

依據預先導入車載電腦的鉆孔設計圖，一鍵激活，智能布孔，自動找點打眼、清孔，每個鉆臂2分鐘內即可完成5米深鉆孔作業，其施工流程如下：

（1）臺車定位：場地平整，臺車就位后，通過3D掃描儀后視固定點P1和P2，隨機檢測點P3校核，得到臺車位置數據。

（2）選擇鉆孔設計圖：根據隧道斷面信息、支護參數及臺車自身性能，繪制鉆孔設計圖，并預先導入車載電腦，設置鉆孔參數，使用時，調出相應鉆孔設計圖。

（3）全自動鉆孔、清孔：激活臺車全自動鉆孔系統，操作系統智能布孔，鉆臂自動找點打眼。鉆孔完畢，鑿巖機退鉆時自動利用高壓水、風清孔。

2.2 超前地質勘探和地質分析

臺車加桿系統包括加桿器和鉆桿庫，通過自動加桿鉆孔，可在20分鐘內完成30米超前探孔作業。操作系統實時監測鉆桿扭矩、鉆進速率、水壓流速等數據，通過自帶地質分析軟件處理，復原地質狀況，并形成地質報告。

2.3 斷面掃描

臺車定位后，3D掃描儀可對臺車前后6m隧道輪廓進行自動掃描，通過軟件算法得到高精度、高密度的數據，逆向生成三維結構模型，立體顯示隧道斷面超欠情況，為下一循環隧道鉆爆參數動態設計提供依據。同時，依靠3D掃描和智能分析系統，對比濕噴前后隧道截面大小數據，能夠精確檢測隧道濕噴混凝土厚度，掌握噴射混凝土超耗、回彈情況，為噴射混凝土工藝革新提供數據支撐。

2.4 錨桿及管棚施工

鑿巖臺車鉆臂升降范圍-30o～60o，推進傾斜范圍-60o～30o，推進梁傾斜范圍0-110o，推進旋轉范圍360o，可適應各種類型的錨桿、管棚鉆孔位置及角度需求。同時鑿巖鉆桿可替換為錨桿，以進行幫錨、頂錨作業。

2.5 高空作業

臺車吊籃臂推進傾斜范圍-60o～30o，推進擺動范圍-45o～45o,，控制靈活，定位準確。吊籃規格1.2m*2m，安全工作負荷達450kg，具備自動調平功能，內部設有水和高壓空氣接口，滿足撬毛清理、錨桿安裝、注漿施工、風帶及高壓線纜掛設、輔助檢測等各種高空作業需求。吊籃上部設有伸縮頂棚，保障高空作業安全。

3 全電腦三臂鑿巖臺車的優勢

3.1 節省測量放樣時間

傳統液壓三臂鑿巖臺車150m2斷面人工全站儀放點需1.5～2小時，且需提供作業平臺；全電腦三臂鑿巖臺車定位僅需5～8分鐘，且可在臺車就位后與水電接通同時進行，極大的縮減了鉆孔作業準備時間。

3.2 操作人員依賴程度低

（1）傳統液壓三臂鑿巖臺車單機操作需4-6人，全電腦三臂鑿巖臺車單機操作僅需1-2人，人力需求進一步降低。

（2）因各種炮眼及錨桿鉆孔深度、角度控制需求，要求傳統液壓三臂鑿巖臺車操作手有較高的操作能力和個人經驗，爆破效果、錨桿質量受人為因素干擾大。全電腦三臂鑿巖臺車通過導入鉆孔設計圖，設置各鉆孔參數，一鍵啟動，自動鉆孔、清孔，有力保證鉆孔按設計進行。

（3）鉆孔孔序優化要求各傳統液壓三臂鑿巖臺車操作手間有較高的協同作業能力，鉆孔時間受人為因素影響大。全電腦三臂鑿巖臺車根據鉆爆設計圖智能布孔，動態調整各鉆臂工作任務及鉆孔孔序，保證同一時間盡可能多的鉆臂在工作，有效縮短整個鉆孔工序時間。

（4）為保障鉆孔質量、鉆臂正常運行及鉆孔效率，傳統液壓三臂鑿巖臺車鉆孔需要操作手長時間保持注意力高度集中狀態，操作手勞動強度高。全電腦三臂鑿巖臺車按設計要求自動找點、鉆孔、防卡鉆及清孔等，并通過傳感器實時反饋鉆孔的所有數據于操作系統中，操作手主要起監督作用，有更大的精力關注整個臺車的工作狀態，保障臺車的正常運行。

3.3 鉆爆參數動態設計能力強

（1）全電腦三臂鑿巖臺車自帶WMD地質分析軟件可對傳感器反饋過來的所有鉆孔信息進行處理，揭示掌子面各區域圍巖軟硬程度及縱向方向上的變化趨勢，為鉆爆參數的動態調整提供依據。

（2）全電腦三臂鑿巖臺車自帶的3D掃描儀可將隧道斷面超欠情況建筑三維模型，爆破效果精準呈現，為鉆爆參數的動態調整提供依據。

（3）動態調整后的鉆爆設計參數可通過全電腦三臂鑿巖臺車完美執行，最大程度減少人為因素影響，獲取極真實爆破效果數據，實現精準設計。

4 保障全電腦三臂鑿巖臺車作業功效的幾點措施

（1）成立專業的維修保養隊伍。采用全電腦三臂鑿巖臺車施工，單機作業能力強，功效高，由于機械數量少，相應的工程抗風險能力減弱，一旦機械故障，掌子面便會短暫停工，因此，鑿巖臺車的維修保養工作是保障工程順利進行的重點。成立專業的鑿巖臺車維修保養隊伍，對每輛臺車每天強制保養4～6小時，并建立檢修臺賬，以減小機械故障率，保障鑿巖臺車正常運行。

（2）做好全電腦三臂鑿巖臺車機械化施工配套。根據臺車功率，隧道進展情況，選擇合適的高壓電纜、變電器，保障臺車動力需求。三臂鑿巖臺車施工用水需求量大，可建立10m3移動式水箱輔助供水，臺車就位前提前儲水到位。

（3）優化施工工法。全電腦三臂鑿巖臺車進場準備和退場整理時間相對較長，前后工序銜接能力較弱，為縮短整個循環工序時間，根據三臂鑿巖臺車特點，優化施工工法，調整施工工序，增加臺車單次作業工作量，充分發揮其工作能力，盡量減少鑿巖臺車進出場次數。

（4）加強現場施工組織管理。專職調度合理調配人員、設備、機械，不同工序之間銜接提前量要有所調整。技術人員加強操作手的專業知識培訓，交流解決臺車施工中遇到的技術問題，以提高操作手專業技能，并及時更新鉆孔設計圖。工區長針對臺車技術服務、操作、維修人員建立良好的考核激勵機制，提高臺車相關作業人員的主觀能動性，保障臺車的高效作業。

5 結束語

隨著隧道工程機械化施工進程快速推進，傳統液壓三臂鑿巖臺車工作效率、作業進度、使用范圍已滿足不了現場施工需求，鉆爆掘進等作業采用全電腦三臂鑿巖臺車機械化配套施工已成為必然趨勢，而鑿巖臺車在一機多用、信息化、智能化應用研究方向將更加深入。