智能化坡面行走式鉆機架在路基錨桿框架梁施工中的發(fā)展與應(yīng)用前景

張晉峰

中鐵十二局集團第一工程有限公司 陜西 西安 710000

引言

在現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，路基錨桿框架梁的施工是確保道路穩(wěn)定性和安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，在路基錨桿框架梁施工過程中，通常采用人工搭建鉆機平臺，但此搭建方法工藝復(fù)雜，工期較長，危險性高，現(xiàn)今已有了行走式鉆機架。但目前行走式鉆機架依然存在較大的問題，行走式鉆機架在坡面的移動過程中，經(jīng)常會因為坡面角度問題以及移動能力較差導(dǎo)致裝置滑落，無法移動所需位置，當(dāng)移動到所需位置后，停止一段時間，也會因為停止能力有限，導(dǎo)致裝置后溜。在此背景下，智能化坡面行走式鉆機架的出現(xiàn)，為解決這些挑戰(zhàn)提供了新的思路和解決方案。智能化坡面行走式鉆機架通過其高度自動化的操作系統(tǒng)和靈活的機動性，顯著提高了施工效率和精確度。它能夠在復(fù)雜的坡面上穩(wěn)定行走和作業(yè)，有效減少了人工操作的難度和安全風(fēng)險。此外，該設(shè)備的智能化設(shè)計使得其能夠適應(yīng)不同的工程需求和環(huán)境條件，從而提高了施工的適應(yīng)性和靈活性。因此，智能化坡面行走式鉆機架在路基錨桿框架梁施工中的應(yīng)用，不僅代表了技術(shù)創(chuàng)新，也預(yù)示著該領(lǐng)域未來發(fā)展的巨大潛力。

1 智能化坡面行走式鉆機架結(jié)構(gòu)

路基錨桿框架梁施工用坡面行走式鉆機架包含車架、移動組件和鉆孔機構(gòu)。車架的頂部設(shè)有鉆孔機構(gòu)，底部設(shè)有移動機構(gòu)。移動組件包括活動連接在車架底部的支撐臂，支撐臂的底部一側(cè)設(shè)有驅(qū)動電機，驅(qū)動電機的一端轉(zhuǎn)動連接有貫穿過支撐臂的轉(zhuǎn)動軸，轉(zhuǎn)動軸遠離驅(qū)動電機的一端固定連接有輪子，支撐臂與車架之間活動連接有伸縮液壓缸，支撐臂的底部一端固定連接有止停塊，輪子的一側(cè)螺紋連接有鏤空輪[1]。

鉆孔機構(gòu)包括活動連接在車架上的平板，平板的頂部固定連接有伺服電機，伺服電機的一端轉(zhuǎn)動連接有伸縮轉(zhuǎn)動柱，伸縮轉(zhuǎn)動柱遠離伺服電機的一端螺紋連接有鉆頭，平板與車架之間活動連接有伸縮提升機。伸縮轉(zhuǎn)動柱上套接有限位塊，驅(qū)動電機的底部設(shè)有固定連接在支撐臂上的墊塊。

2 當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀

智能化坡面行走式鉆機架作為一種創(chuàng)新性的施工設(shè)備，在路基錨桿框架梁的建設(shè)中已經(jīng)開始展現(xiàn)其顯著的效益。這種設(shè)備的引入，標(biāo)志著傳統(tǒng)施工方法向更高效、更安全的方向發(fā)展。在實際應(yīng)用中，智能化坡面行走式鉆機架主要通過其先進的自動化系統(tǒng)和適應(yīng)性強的機械設(shè)計，改變了施工過程。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供了路基錨桿框架梁施工用坡面行走式鉆機架，具備以下有益效果：①該路基錨桿框架梁施工用坡面行走式鉆機架，因為鏤空輪的鏤空結(jié)構(gòu)，讓鏤空輪在接觸坡面時，可以使裝置具有更強的抓地力，伸縮液壓缸拉伸帶動支撐臂底部圍繞支撐臂頂部向內(nèi)移動，使支撐臂上的止停塊接觸坡面，通過四個止停塊將裝置卡在坡面上，同時也通過支撐臂向內(nèi)移動降低的重心，有效地避免了裝置溜車的情況，有效地加強了裝置的移動能力，同時加強了裝置的防溜能力。②該路基錨桿框架梁施工用坡面行走式鉆機架，為了減低工人的工作量，通過伸縮提升機的抬升改變鉆孔角度，使工人需要再搭設(shè)支架，有效地降低了工人的工作量。例如，在渝昆高鐵六標(biāo)DK550+672.09～DK552+542.15（DK550+699.9104=DK552+500，短鏈1800.0896m）段區(qū)間路基施工項目中，采用了這種鉆機架，不僅施工速度提高了約30%，而且由于精確的自動控制系統(tǒng)，鉆孔的準(zhǔn)確度也得到了顯著提升。除了提高施工效率外，智能化坡面行走式鉆機架還大幅降低了施工成本。其一體化設(shè)計減少了對其他輔助設(shè)備的依賴，從而降低了設(shè)備租賃和維護的成本。在另一項沿海地區(qū)的路基錨桿工程中，使用這種鉆機架比傳統(tǒng)方法節(jié)省了約20%的總成本，主要歸功于其高效的作業(yè)能力和較低的維護需求。由于其優(yōu)越的機動性和穩(wěn)定性，使得在復(fù)雜和險峻地形上的作業(yè)變得更加安全。在一些高風(fēng)險地區(qū)的施工中，該設(shè)備有效減少了工人在高危環(huán)境下的直接作業(yè)時間，從而降低了事故發(fā)生的概率[2]。

3 發(fā)展挑戰(zhàn)與改進措施

3.1 技術(shù)瓶頸

3.1.1 環(huán)境適應(yīng)性和穩(wěn)定性。智能化坡面行走式鉆機架在復(fù)雜地形和多變環(huán)境中的適應(yīng)性和穩(wěn)定性是確保施工安全和效率的關(guān)鍵。這一挑戰(zhàn)的核心在于如何使設(shè)備在各種不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)、天氣條件以及地形障礙中保持高效穩(wěn)定地運行。地形的復(fù)雜性對智能鉆機架的影響尤為顯著。在不均勻的地形上，如陡峭的坡面、不穩(wěn)定的土層或松散的石質(zhì)地面，鉆機架必須能夠保持穩(wěn)定性，避免傾覆或損壞。這就要求其設(shè)計必須兼顧靈活性和堅固性，能夠在復(fù)雜地形中平穩(wěn)行走和作業(yè)。此外，行走機構(gòu)的設(shè)計也需要考慮到地形的多樣性，例如，使用可調(diào)節(jié)的支腿和靈活的懸掛系統(tǒng)，以適應(yīng)不同的地面條件。不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)也對鉆機架的運行效率和安全性提出了挑戰(zhàn)。在硬巖地層或含有大量石塊的地面上作業(yè)，可能會導(dǎo)致鉆頭磨損加劇甚至損壞。因此，鉆機架需要配備高強度、耐磨損的鉆頭和增強型驅(qū)動系統(tǒng)，以應(yīng)對這些苛刻的條件。極端天氣條件，如暴雨、高溫、強風(fēng)等，不僅會影響操作人員的安全，也會對設(shè)備的穩(wěn)定性和作業(yè)效率產(chǎn)生負(fù)面影響。例如，暴雨可能導(dǎo)致地面松軟或泥濘，影響鉆機架的行走穩(wěn)定性；高溫則可能影響電子系統(tǒng)的運行。因此，智能鉆機架需要具備良好的防水防塵能力，并且在設(shè)計上要能夠耐受不同的氣候條件。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，智能化坡面行走式鉆機架的設(shè)計必須注重多方面的性能優(yōu)化。這包括使用高耐久性材料，提高結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性；開發(fā)高級的自動化控制系統(tǒng)，使設(shè)備能夠根據(jù)實時地理和氣象數(shù)據(jù)做出快速反應(yīng)；以及優(yōu)化機械和電子系統(tǒng)，以提高其在復(fù)雜環(huán)境下的可靠性和耐用性[3]。

3.1.2 高級自動化系統(tǒng)的集成和優(yōu)化。智能化坡面行走式鉆機架的高級自動化系統(tǒng)是其核心組成部分，包括傳感器、控制算法和數(shù)據(jù)處理能力。這些系統(tǒng)的集成和優(yōu)化對于確保設(shè)備的高效、精確運行至關(guān)重要。然而，高度集成的自動化系統(tǒng)帶來的技術(shù)復(fù)雜性和集成風(fēng)險是不容忽視的挑戰(zhàn)。傳感器作為智能化系統(tǒng)的“眼睛”，在確保設(shè)備精準(zhǔn)定位和環(huán)境感知方面起著至關(guān)重要的作用。高級自動化系統(tǒng)通常包括多種傳感器，如地形掃描雷達、壓力傳感器和溫度傳感器等。這些傳感器需要能夠在各種環(huán)境條件下準(zhǔn)確地收集數(shù)據(jù)。然而，不同傳感器類型之間的數(shù)據(jù)融合和處理是一個復(fù)雜的過程，需要精確的校準(zhǔn)和高效的算法來確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實時性。控制算法是智能鉆機架自動化系統(tǒng)的大腦。高級控制算法不僅要處理來自傳感器的大量數(shù)據(jù)，還需要做出快速而準(zhǔn)確的決策。

3.1.3 長期耐久性和維護需求。智能化坡面行走式鉆機架的長期耐久性和維護需求是確保其持續(xù)可靠運作的關(guān)鍵。在惡劣環(huán)境下，設(shè)備的連續(xù)運行和高負(fù)載工作易導(dǎo)致快速磨損和故障，對維護策略和設(shè)計改進提出了高標(biāo)準(zhǔn)的要求。長期耐久性的挑戰(zhàn)主要來源于設(shè)備在極端環(huán)境條件下的使用，如高溫、低溫、濕度、粉塵等。這些條件可能加速機械部件的磨損和腐蝕，影響電子組件的穩(wěn)定性。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，設(shè)備的設(shè)計需要使用高耐久性材料，如耐腐蝕的合金和高強度的合成材料，以及改進的防護措施，如密封的電子艙和加強的防塵防水措施。此外，對于易損部件，如傳感器、驅(qū)動系統(tǒng)和鉆頭，應(yīng)考慮更容易更換的設(shè)計，以減少維護時間和成本。鉆機架的高負(fù)載工作性質(zhì)意味著其結(jié)構(gòu)和機械部件需承受持續(xù)的重壓和震動。這不僅對材料的強度提出了高要求，也意味著需要高效的震動減緩和負(fù)載分配系統(tǒng)。因此，在設(shè)計階段，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和減震能力就成為關(guān)鍵考慮因素。例如，使用高效的減震材料和動態(tài)負(fù)載平衡系統(tǒng)可以顯著提高設(shè)備的耐久性。

3.2 改進措施

3.2.1 增強環(huán)境適應(yīng)系統(tǒng)。為確保智能化坡面行走式鉆機架在各種環(huán)境下都能穩(wěn)定高效地工作，進行多環(huán)境測試和優(yōu)化至關(guān)重要。在不同地質(zhì)條件（如軟土、巖石、沙質(zhì)地面）和不同氣候條件（如高溫、低溫、潮濕）下對設(shè)備進行全面測試。這些測試可以揭示潛在的性能問題和耐久性瓶頸，為優(yōu)化設(shè)計和改進提供依據(jù)。通過這些實地測試，可以調(diào)整控制算法，優(yōu)化機械部件的設(shè)計，從而提高設(shè)備的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。耐磨材料可以延長設(shè)備在惡劣環(huán)境中的使用壽命，減少維護需求，而輕質(zhì)材料可以提高設(shè)備的機動性和能效[4]。

3.2.2 系統(tǒng)集成和智能化升級。模塊化設(shè)計可以使智能化坡面行走式鉆機架的系統(tǒng)集成更加靈活和可維護。在模塊化設(shè)計理念下，各個子系統(tǒng)（如驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)）被設(shè)計為獨立的模塊，這樣可以單獨開發(fā)、測試和維護每個模塊，從而簡化了整體系統(tǒng)的升級和維護。此外，通過對實時數(shù)據(jù)（如地質(zhì)數(shù)據(jù)、操作數(shù)據(jù)）的分析，機器學(xué)習(xí)算法可以優(yōu)化鉆孔策略，提高鉆進效率和精度。例如，利用機器學(xué)習(xí)模型預(yù)測地層的變化，自動調(diào)整鉆進參數(shù)，以適應(yīng)不同的地質(zhì)條件。這種智能化升級不僅提高了作業(yè)效率，還有助于減少故障率和維護成本。

3.2.3 可持續(xù)維護和設(shè)計優(yōu)化。實施遠程監(jiān)控和診斷系統(tǒng)是提高設(shè)備維護效率和預(yù)防性維護的關(guān)鍵。通過這一系統(tǒng)，可以實時跟蹤設(shè)備的工作狀態(tài)和性能指標(biāo)，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題。這種預(yù)防性維護策略不僅可以減少意外停機時間，還可以延長設(shè)備的使用壽命。

設(shè)計易于接入和操作的維護接口對于降低技術(shù)門檻和提高維護效率至關(guān)重要。一個直觀、用戶友好的接口可以幫助操作人員更快地理解和診斷設(shè)備問題，簡化維護流程。例如，通過圖形化的用戶界面展示設(shè)備的狀態(tài)和維護指導(dǎo)，可以幫助操作人員快速定位問題并進行相應(yīng)的維護工作。這種設(shè)計不僅提升了維護效率，還減少了對專業(yè)技術(shù)人員的依賴，降低了維護成本。

4 應(yīng)用前景分析

智能化坡面行走式鉆機架在路基錨桿框架梁施工中的應(yīng)用前景是廣闊的。隨著高鐵建設(shè)的不斷進步和對復(fù)雜地形施工需求的增加，這種設(shè)備的重要性將日益凸顯。預(yù)計在未來，它不僅會成為施工中的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，還將引領(lǐng)高鐵建設(shè)的技術(shù)革新。智能化坡面行走式鉆機架的高效率和精確性使其在處理復(fù)雜地形中的框架梁施工時具有顯著優(yōu)勢。在山區(qū)、丘陵和其他難以接近的地區(qū)，這種設(shè)備能夠提供更安全、更可靠的解決方案，大大減少傳統(tǒng)人工作業(yè)的風(fēng)險和不確定性。此外，其智能化特性使得施工過程更加自動化和精確，降低了施工錯誤的可能性，提高了整體工程質(zhì)量。隨著環(huán)保意識的提高和對可持續(xù)發(fā)展的追求，智能化坡面行走式鉆機架的環(huán)保特性也將成為其重要的應(yīng)用動力。由于其高效的作業(yè)方式和優(yōu)化的能源使用，該設(shè)備能夠減少施工過程中的碳排放，符合綠色建筑的理念[5]。

5 結(jié)束語

智能化坡面行走式鉆機架憑借其高效率、精確性和卓越的環(huán)境適應(yīng)性，已成為路基錨桿框架梁施工領(lǐng)域的一項重要技術(shù)創(chuàng)新。它的主要優(yōu)勢在于提高施工安全性、降低成本并增強作業(yè)的精確度，尤其在復(fù)雜地形中顯示出其獨特的潛力。這些特點不僅展現(xiàn)了其在當(dāng)前建設(shè)項目中的實用價值，也預(yù)示著其在未來建筑行業(yè)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展?jié)摿?。因此，持續(xù)的研發(fā)和推廣智能化坡面行走式鉆機架的技術(shù)是至關(guān)重要的。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和改進，我們可以期待它為建筑行業(yè)帶來更多的安全性、效率和可持續(xù)性。