戶田建設(shè)為了開發(fā)能夠應(yīng)用于隧道施工中鋼架支護(hù)搭建工作面的無人施工系統(tǒng)，在筑波技術(shù)研究所的結(jié)構(gòu)施工試驗樓進(jìn)行了組裝試驗，確認(rèn)該系統(tǒng)的性能達(dá)到了預(yù)期水平。

該系統(tǒng)在原隧道施工中使用的架設(shè)一體式噴射臺車(用于架設(shè)鋼架支護(hù)和噴射混凝土作業(yè)的施工機械)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改良，1名作業(yè)人員即可遠(yuǎn)程操作該系統(tǒng)完成架設(shè)鋼架支護(hù)、擰緊螺栓和定位工作，無需進(jìn)入工作面下方，提高了隧道工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性，并且節(jié)省了勞動力。

開發(fā)背景

在山嶺隧道鋼架支護(hù)結(jié)構(gòu)作業(yè)中，因為工人需要到剛開挖的工作面正下方進(jìn)行作業(yè)，所以經(jīng)常發(fā)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(fā)布了《防止山嶺隧道施工工作面坍塌災(zāi)害指導(dǎo)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(fā)生的計劃外，還應(yīng)采用機械化的方式防止事故發(fā)生。在山嶺隧道建設(shè)中，地質(zhì)條件復(fù)雜，自動化技術(shù)發(fā)展較落后，近些年，為了應(yīng)對老齡化和技術(shù)工人短缺的問題，迫切地需要盡快提高安全性、節(jié)省人力、實現(xiàn)施工自動化和提高生產(chǎn)率。在此背景下，戶田建設(shè)積極推進(jìn)技術(shù)研發(fā)，開發(fā)了鋼架支護(hù)結(jié)構(gòu)作業(yè)工作面無人施工系統(tǒng)。

工作面無人施工系統(tǒng)的特點

1)傳統(tǒng)架設(shè)鋼架支護(hù)的方法是在工作面正下方的作業(yè)人員以照射激光為基準(zhǔn)，進(jìn)行目視確認(rèn)和下達(dá)指示，再由操作人員進(jìn)行操作。本系統(tǒng)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(hù)的位置，一邊使用帶有微調(diào)功能的高性能架設(shè)機將結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確架設(shè)在設(shè)計位置。

2)傳統(tǒng)鋼架支護(hù)接合方法是作業(yè)人員進(jìn)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(tǒng)中，是將帶剪力銷的槽鋼接頭部放置在H型鋼的左右兩側(cè)，從前后方向上重疊，在正面用螺栓連接。在發(fā)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(tǒng)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(dǎo)向銷的作用。

3)鋼架支護(hù)組裝完成后，利用研制的遠(yuǎn)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(diào)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(jiān)控，一邊遠(yuǎn)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(fā)展

今后，戶田建設(shè)將根據(jù)試驗所獲得的數(shù)據(jù)，確立適用于現(xiàn)場的系統(tǒng)，爭取從2021年開始，通過現(xiàn)場試驗施工的積累，實現(xiàn)工作面無人化施工。此外，戶田建設(shè)還將致力于構(gòu)建全自動化系統(tǒng)，提高山嶺隧道施工的安全性和生產(chǎn)效率。

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