戶田建設開發架設鋼架支護的工作面無人施工系統

戶田建設為了開發能夠應用于隧道施工中鋼架支護搭建工作面的無人施工系統，在筑波技術研究所的結構施工試驗樓進行了組裝試驗，確認該系統的性能達到了預期水平。

該系統在原隧道施工中使用的架設一體式噴射臺車(用于架設鋼架支護和噴射混凝土作業的施工機械)的基礎上進行了改良，1名作業人員即可遠程操作該系統完成架設鋼架支護、擰緊螺栓和定位工作，無需進入工作面下方，提高了隧道工程的安全性和經濟性，并且節省了勞動力。

開發背景

在山嶺隧道鋼架支護結構作業中，因為工人需要到剛開挖的工作面正下方進行作業，所以經常發生事故。在隧道施工事故中，約有40%是由工作面土、砂、石的坍塌引起的。鑒于這種情況，日本于2016年發布了《防止山嶺隧道施工工作面坍塌災害指導方針》，要求施工中除了事先勘察確定地面狀況以制定防止坍塌事故發生的計劃外，還應采用機械化的方式防止事故發生。在山嶺隧道建設中，地質條件復雜，自動化技術發展較落后，近些年，為了應對老齡化和技術工人短缺的問題，迫切地需要盡快提高安全性、節省人力、實現施工自動化和提高生產率。在此背景下，戶田建設積極推進技術研發，開發了鋼架支護結構作業工作面無人施工系統。

工作面無人施工系統的特點

1)傳統架設鋼架支護的方法是在工作面正下方的作業人員以照射激光為基準，進行目視確認和下達指示，再由操作人員進行操作。本系統則在加長的抓取裝置上(從過去的1 m延長至5 m)安裝定位測量用的棱鏡，一邊通過后方自動跟蹤式全站儀測量鋼架支護的位置，一邊使用帶有微調功能的高性能架設機將結構準確架設在設計位置。

2)傳統鋼架支護接合方法是作業人員進入工作面正下方，用螺栓和螺母在橫向方向上接合，但在本系統中，是將帶剪力銷的槽鋼接頭部放置在H型鋼的左右兩側，從前后方向上重疊，在正面用螺栓連接。在發生彎矩作用時，這種連接方式可以抑制接頭變形，通過4根剪切銷傳遞彎矩，具有與傳統接合方式同等甚至更高的強度。此外，通過加長兩端的剪切銷，在相互組裝時還能起到導向銷的作用。

3)鋼架支護組裝完成后，利用研制的遠程螺栓擰緊裝置從工作面正面將螺栓擰緊。本裝置安裝在施工機械主體的搭乘用吊籃底座上，通過具有調整位置和角度功能的螺栓擰緊機，操作人員可以一邊觀察監控，一邊遠程通過螺栓擰緊機將螺栓與事先焊接在接頭上的螺母擰在一起。

未來發展

今后，戶田建設將根據試驗所獲得的數據，確立適用于現場的系統，爭取從2021年開始，通過現場試驗施工的積累，實現工作面無人化施工。此外，戶田建設還將致力于構建全自動化系統，提高山嶺隧道施工的安全性和生產效率。

(摘自 隧道網 https://www.tunnelling.cn/PNews/NewsDetail.aspx?newsId=43325 2021-05-10)