多臂鑿巖臺車在隧道施工中工序精度控制研究

王蕭斌

（中交路橋建設有限公司 北京 101121）

0 引言

隨著土木工程、水利工程及交通運輸的不斷發展，地下隧道建設工程的不斷增多，隧道掘進技術及掘進機械得到迅速發展。且施工技術、工藝方法、設備及材料等方面的不斷革新，施工機械設備不斷傾向智能一體化。而在隧道鉆爆施工中，全電腦多臂鑿巖臺車已經是施工隊伍使用最多、最先進的開挖設備，該施工技術已成為專業化施工隊伍做大做強所必須發展的技術。在智能多臂鑿巖臺車隧道施工應用中，為達到最大最優的施工效率、發揮最大工作性能、節約施工成本、有效縮短工期等，需對臺車施工工序做合理規劃，且精度把控需做到最優化。

當前，國內外諸多學者對鑿巖臺車工序精度控制方面做了不少研究，也取得了不少成果。楊海航[1]等以成昆鐵路復線小相嶺隧道掘進施工為例，重點分析了機械故障率高和工序銜接不到位對鑿巖臺車的不利影響，提出了做好維保工作和制定管理制度兩點解決措施，為工序精度的控制帶來了便利化。王飛陽[2]等介紹了在隧道施工工序中機械化流程控制要點，從實際工程出發，分析概述了機械化配套施工的優勢及特點。劉彬[3]等對研究概述了三臂鑿巖臺車開挖施工方法，闡述分析了其在施工機械配套、施工工序及施工管理等方面的技術特點，總結了三臂液壓鑿巖臺車在隧道開挖施工中的優勢。張勇[4]為解決如何提高工效、加快施工進度等問題，探討了主要影響因素等。方俊波等對我國隧道施工的發展做了概述，總結了全電腦鑿巖臺車在隧道施工工法中的應用情況，結合互聯網發展現狀，提出發展智能化施工設備的目標，研究結論可為山嶺隧道的建設提供施工技術指導及參考價值。

基于前人的研究，鑿巖臺車在隧道施工中工序優化及精度控制對施工質量和工期進度有重要影響。本文將以鑿巖臺車施工應用情況為切入點，對多臂鑿巖臺施工工序精度控制等方面進行研究，分析結論對隧道機械智能一體化施工具有重要指導意義。

1 多臂鑿巖臺車在隧道施工中的應用

1.1 作業原理

多臂鑿巖臺車主要由鑿巖機主體、鉆臂構件、車身車架及移動結構等組成。全電腦多臂鑿巖臺車可以在電腦端輸入隧道施工中所設計的技術參數從而實現自動化鉆爆施工。智能化多臂鑿巖臺車在施工鉆進過程中可以通過傳感器將實時傳感數據傳輸到上位機，在操作臺可以實現動態化調節，從而實現智能化施工。

1.2 作業特點及優勢

1.2.1 全電腦可自動精確定位鉆孔

全電腦多臂鑿巖臺車不需要在掌子面上標注位置便可自動定位，且可以消除人為鉆孔可能的誤差，精確隧道開挖輪廓，減少隧道鉆孔循環的時間，更方便于長孔作業，即使操作手經驗不夠，也能獲得良好的鉆孔效果，鉆孔作業循環的記錄數據更加準確完整

1.2.2 自動采集鉆孔數據生成地質云析云圖

全電腦多臂鑿巖臺車可以自動采集鉆孔數據，根據采集信息自動生成地質情況分析云圖等，方便設計人員和操作人員實時調整鉆爆參數，實現動態化設計施工。

1.2.3 3D定位掃描及超前支護

全智能三臂鑿巖臺車可及時掃描隧道開挖輪廓，對后續施工準備、混凝土用料等提供參考。超前支護可施工直徑45～142mm的超前導管（管棚），最大鉆孔深度可達50m。

1.2.4 施工準備時耗小

全智能三臂鑿巖臺車能快速識別電腦端輸入的鉆爆設計信號資料，施工準備時間較短，且臺車早操作簡單。鑿巖臺車對超欠挖的控制精度較高，裝藥耗費量小，但爆破效果好，效率高。

2 多臂鑿巖臺車隧道施工的工序流程

（1）臺車定位：根據坐標的輸入，能夠定位出施工設備在隧道中的具體位置，也能確定施工設備、布控圖與施工隧道的相對位置。

（2）鉆孔：鉆孔前需了解核實施工場地地質情況，如圍巖等級，再根據隧道相關工程參數，利用配套軟件設計臺車鉆孔圖，將完善好的鉆孔圖導入臺車電腦端，臺車能動系統根據接收到數據按設計鉆孔圖進行鉆孔施工。

（3）裝藥爆破：裝藥爆破施工工作流程為：前期準備工作（尤其要制定完善的安全緊急應對方案和措施）→臺架的安置安裝→采用配套設計的裝藥結構裝藥→設備及人員撤離施工掌子面→爆破。

（4）通風、降塵：通風可以采用壓入式通風、抽出式通風以及混合式通風，降塵方式可采用通風降塵和水幕降塵，前者是爆破后送風到粉塵濃度較高區域吹散粉塵以降低濃度，后者是將水霧細化為微細水滴噴灑在空氣中，加快粉塵的沉降。

（5）出渣清孔、質檢：爆破完畢后可采用出渣運輸汽車裝備配合出渣，也可采用無軌運輸機出渣，其具有運輸速度快、效率高、工序簡單、安全性高且對場地要求低的優點。每次爆破完成后，相關爆破負責人需進場排除安全隱患，確保無爆炸危險后方能進行下一步施工。

3 多臂鑿巖臺車隧道施工的影響因素

多臂鑿巖臺車在隧道施工中的影響因素總結為：

設計人員設計不周主要體現在：設計圖紙及施工方案與現場實際情況吻合度不高，導致臺車收集的數據與設計系統不一致，從而影響施工質量，需根據實際情況不斷優化完善和設計資料，以便提高施工精度。操控人員操作不當會引起施工機械累積性損壞，如壓力油路過濾系統損壞、壓力表損壞、回油系統損壞、電路系統損壞等，這將嚴重影響施工精確度。而臺車自身作業誤差將會導致鉆孔定位錯誤、安全閥靈敏度不高、孔序規劃紊亂、坐標識別不精準等問題，這也將嚴重影響多臂鑿巖臺車在隧道施工中的精度。

綜上所述，鑿巖臺車在施工鉆進過程中會受到諸多因素的影響，施工準備階段應正確設置鑿巖臺車相關工作參數，以便高效化施工。工作參數可以根據工程實際情況、巖性條件及施工環境等方面合理設計。

4 多臂鑿巖臺車施工工序精度控制

4.1 鉆爆施工精度控制

鉆爆施工精度控制是保證開挖輪廓標準并符合要求、保證施工進度、控制成本等方面的關鍵。隧道鉆爆施工精度的控制包括：施工機械精度的控制、臺車定位精度的控制、鉆孔過程精度的控制等。施工機械精度的控制可根據誤差來源建立相關計算模型修正調整，待誤差達到可接受范圍后檢驗精度是否有所提高。臺車定位精度的控制可通過及時根據開挖斷面實際地質情況對鉆孔設計圖等資料進行動態修正完善，以確保定位坐標等信息的準確性，從而提高精度。鉆孔過程精度的控制可通過及時調整鉆臂作用位置、方向及作用力度來控制。

4.2 機械化配套施工控制

為達到隧道快速而又安全的施工目的，需在鉆爆規劃、開挖方法、出渣方式等工序上下功夫。鉆爆規劃合理能減少超欠挖、節約成本及提高效率，而制定針對性的開挖方法和出渣方式是配套施工的關鍵。邊挖邊運能減少大量的物力財力，為快速施工加快了進程。

4.3 施工組織管理控制

（1）施工現場組織管理：鑿巖臺車屬于大型隧道施工機械，對現場通行條件有一定的要求。多臂鑿巖臺車鉆孔采用水鉆時，鉆孔過程中會有水流出，因此應做好排水等措施。

（2）人員組織管理：鑿巖臺車的司機必須是由通過理論培訓、現場技能培訓、安全操作培訓及入職安全教育等，認定合格后方能駕駛及操作電腦鑿巖臺車。由于三臂鑿巖臺車外觀尺寸較大，洞內空間狹窄，因此臺車駕駛員不熟練則不能單獨駕駛、操作電腦鑿巖臺車。

（3）臺車操作技術管理：根據設計圖紙、施工方案及現場實際情況確定出適合多臂鑿巖臺車的施工工法，并根據現場施工情況及收集的數據不斷的總結和優化完善，應合理規劃鉆孔孔序等。

5 結語

在采用多臂鑿巖臺車施工中考慮到工序優化及精度控制對施工質量和工期進度有重要影響，本文以鑿巖臺車施工應用情況為切入點，對其作業特點及優勢、施工工序做了研究概述，總結了鑿巖臺車施工工序中影響因素類型及精度控制要點。研究結論對多臂鑿巖臺車在特長隧道工程的鉆爆施工精度控制及施工機械智能一體化方面具有重要意義和參考價值。