摘要：隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，近年來我國陸地交通運(yùn)輸體系變得愈加完善，新建高速公路工程數(shù)量增多，很多高速公路施工需要穿越山體，其中，隧道施工成為了重點(diǎn)和難點(diǎn)。在過去隧道施工主要依靠人工操作機(jī)械設(shè)備并配合純?nèi)斯し绞秸归_，作業(yè)效率低、人為影響因素多。在智能技術(shù)支撐下，全智能三臂鑿巖臺車應(yīng)運(yùn)而生，可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)智能化施工，極大地減少了人工勞動(dòng)力投入量，并提高了隧道施工質(zhì)量?；诖?，分析了全智能三臂鑿巖臺車的系統(tǒng)組成與工作范圍，分析設(shè)備運(yùn)行過程控制，結(jié)合某案例探究隧道施工方法，旨在保障隧道施工質(zhì)量、效率、安全。

關(guān)鍵詞：全智能三臂鑿巖臺車隧道機(jī)械爆破

MechanizationAnalysisofComprehensivelyPromotionofTunnelConstructionbyFullyIntelligentThree-ArmRockDrillingRigs

WUKai

NO.5EngineeringCo.，Ltd.，ChinaRailway11thBureauGroupCorporationLimited，ChongqingCity，400037China

Abstract：WiththecontinuousdevelopmentofChina'ssocialeconomy，thelandtransportationsystemhasbecomeincreasinglyperfectinrecentyears，andthenumberofnewhighwayprojectshasincreased.Manyhighwayconstructionneedstocrossmountains，amongwhichtunnelconstructionhasbecomeakeyanddifficultpoint.Inthepast，tunnelconstructionmainlyreliedonmanualoperationofmechanicalequipuaZell+hJI6gMaXZnKv4Zw==mentandcooperationwithpuremanualmethods，resultinginlowworkefficiencyandmultiplehumanfactors.Withthesupportofintelligenttechnologies，fullyintelligentthree-armrockdrillingrigshaveemerged，whichcanachieveintelligentconstructionaccordingtosystemdesign，greatlyreducingtheamountofmanuallaborinputandimprovingthequalityoftunnelconstruction.Basedonthis，thisarticleanalyzesthesystemcompositionandworkingscopeofthefullyintelligentthree-armrockdrillingrig，analyzestheequipmentoperationprocesscontrol，andexplorestunnelconstructionmethodswithacasestudy，aimingtoensurethequality，efficiency，andsafetyoftunnelconstruction.

KeyWords：Fullyintelligent;Three-armrockdrillingrig;Tunnel;Mechanical;Blast

近年來，我國全面發(fā)展高速公路運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)，新建高速公路工程數(shù)量不斷增多。其中，不可避免地要穿越山體開展隧道施工。過去隧道開鑿由人工操作風(fēng)鉆鑿巖機(jī)進(jìn)行，隧道輪廓測量、設(shè)置爆破孔均要由人工開展，不僅增加了勞動(dòng)強(qiáng)度和施工風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也降低了施工效率和施工質(zhì)量。特別是在如川藏線路開通隧道，由于當(dāng)?shù)囟啾瑤r、自然災(zāi)害多、地質(zhì)條件惡劣，如果采用傳統(tǒng)的人工挖掘手段，會(huì)極大地提升施工安全風(fēng)險(xiǎn)。為了解決此類問題，全智能三臂鑿巖臺車應(yīng)運(yùn)而生，可借助智能化終端和全自動(dòng)化機(jī)械進(jìn)行隧道挖掘工作，有效提升了隧道挖掘效率和施工安全。

1全智能三臂鑿巖臺車相關(guān)闡述

全智能三臂鑿巖臺車主要由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、輪式底盤、電氣系統(tǒng)、液壓鉆進(jìn)系統(tǒng)組成。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括車載系統(tǒng)和辦公室系統(tǒng)構(gòu)成，是實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)的重要模塊，辦公室系統(tǒng)可為車載系統(tǒng)下達(dá)鑿巖指令，三臂鑿巖臺車的車載系統(tǒng)接收到指令后，即可按照智能邏輯開展施工作業(yè)。通常情況下，當(dāng)前主流的全智能三臂鑿巖臺車可一次完成高10m以上、寬15m以上、最大斷面150㎡的作業(yè)需求[1]。

2全智能三臂鑿巖臺車高精度鉆孔的實(shí)現(xiàn)方法

2.1炮孔間距控制

借助計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，將爆破參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及參考坐標(biāo)等系數(shù)輸入智能軟件中，計(jì)算機(jī)平臺將鉆孔深度、炮孔間距與排距、外差值等存儲(chǔ)到記憶卡內(nèi)。在三臂鑿巖臺車作業(yè)中，工作人員只需要將設(shè)備運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢?，并開啟作業(yè)模式，系統(tǒng)則會(huì)憑借記憶卡信息下達(dá)操控指令，對作業(yè)面進(jìn)行參數(shù)對比、仿真模擬分析，確認(rèn)無誤后系統(tǒng)即可按照參考坐標(biāo)自動(dòng)施工，確保炮孔參數(shù)一一對應(yīng)，提高炮孔間距的精度。

2.2外差值控制

外差值也就是角度，向辦公室系統(tǒng)軟件輸入爆破設(shè)計(jì)方案，預(yù)先設(shè)定好炮孔傾斜角度、鉆進(jìn)方向等參數(shù)，在爆破圖上可以采用偏向、短線長短代表鉆進(jìn)方向和角度值。在實(shí)際運(yùn)行中，智能控制系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定參數(shù)與實(shí)際作業(yè)面進(jìn)行匹配，讓實(shí)際傾斜角、鉆孔方向與設(shè)計(jì)偏向、短線重合，這樣即可保證外差值的精準(zhǔn)度[2]。

2.3炮孔開孔位置控制

通過設(shè)置軟件，標(biāo)定鉆孔位置，可根據(jù)圍巖類別的不同，設(shè)置相對應(yīng)的開孔速度、時(shí)間等參數(shù)，特別是對于一些不穩(wěn)定圍巖，要減少?zèng)_擊、降低鉆進(jìn)速率，以保安全。全能控制系統(tǒng)開孔設(shè)計(jì)到實(shí)際開孔作業(yè)，均可以由智能系統(tǒng)自動(dòng)掌控。

2.4炮孔深度控制

在鉆孔作業(yè)中，系統(tǒng)可自動(dòng)探測鉆進(jìn)深度，達(dá)到設(shè)定深度后停止繼續(xù)鉆進(jìn)，并自動(dòng)開啟清孔模式。由于整個(gè)鉆機(jī)過程均由智能系統(tǒng)自動(dòng)控制，可保證炮孔底部落在同一鉛垂面內(nèi)，提升了炮孔利用率，同時(shí)保障了爆破后工作面的平整度。

2.5炮孔軸線控制

在三臂鑿巖臺車就位后，臺車上安裝的激光定位系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位，且車載終端自動(dòng)計(jì)算施工參數(shù)，自動(dòng)建立臺車位置、隧道軸線坐標(biāo)空間幾何，有效控制開挖面與炮孔、隧道軸線關(guān)系。

2.6鉆進(jìn)順序控制

在辦公室軟件中可設(shè)置三臂鑿巖臺車大臂鉆進(jìn)順序，從而避免大臂之間產(chǎn)生干擾問題，提升掘進(jìn)效率。

2.7鉆孔精度控制

結(jié)合以往全智能三臂鑿巖臺車使用經(jīng)驗(yàn)表明，該設(shè)備鉆進(jìn)偏差可控制在3cm/m以內(nèi)；深度偏差不超過1%；開孔深度在2～12m時(shí)的誤差不超過12～20cm；開孔偏差在3cm以內(nèi)。鉆孔精度非常高，普通臺車幾乎無法達(dá)到該精度標(biāo)準(zhǔn)。

3工程實(shí)例

3.1 工程概況

CZSCZQ-7標(biāo)段一工區(qū)：起訖里程為D2K396+200-DK412+311（東俄洛3號大橋拉薩臺臺尾～高爾寺山隧道4號斜井工區(qū)），正線長16.111km。主要包括橋梁144.32m/座，占線路長度0.89%；隧道15.396km/0.5座，占線路長度95.56%；路基568.84m/段，占線路長度3.53%。高爾寺山隧道地質(zhì)構(gòu)造非常復(fù)雜、地質(zhì)條件差。隧道穿越4條斷層，4條褶皺。全隧以軟質(zhì)的含碳板巖夾砂板巖為主，主要不良地質(zhì)有軟巖大變形、高地溫、順層偏壓、危巖落石、有害氣體、涌突水等，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高。最大獨(dú)頭掘進(jìn)長度5029m[3-4]。

3.2施工方法

CZSCZQ-7標(biāo)段為做好大機(jī)配套施工作業(yè)，積極從全公司抽調(diào)經(jīng)驗(yàn)豐富的大機(jī)施工管理人員與操作人員。起于高爾寺山隧道進(jìn)口右線和帕姆嶺進(jìn)口正式開始使用三臂鑿巖臺車進(jìn)行開挖作業(yè)，經(jīng)多個(gè)循環(huán)磨合，大機(jī)施工各項(xiàng)指標(biāo)已趨于正常。大機(jī)施工的開挖鉆孔工序較傳統(tǒng)人工開挖有較大區(qū)別，其機(jī)械配置如表1所示。

3.3施工效果

3.3.1作業(yè)循環(huán)時(shí)間

在三臂鑿巖臺車就位、上水、人工拖電纜、參數(shù)輸入等準(zhǔn)備階段，共需要15～20min，鉆孔時(shí)間在120～150min之間、裝藥時(shí)間在100～150min之間、通風(fēng)時(shí)間為30min、三臂鑿巖臺車及其相關(guān)裝置撤離需30min左右、出渣時(shí)間在240～300min之間，總計(jì)用時(shí)約10h，考慮錨桿施工需要多增加一些時(shí)間，因此一個(gè)循環(huán)時(shí)間在11h以內(nèi)。

3.3.2爆破效果

通過直眼掏槽，炮孔利用率可達(dá)97%以上，具備良好的塊度，可用作路基填料，輪廓炮痕保存率在85%以上，拱部更是高達(dá)93%以上，讓邊墻光面爆破效果得到進(jìn)一步提升，這也是應(yīng)用全智能三臂鑿巖臺車的優(yōu)勢之一[5]。

3.3.3欠挖與中心貫通

通過觀察隧道開挖面可知，其平均線性超為14.5cm，未發(fā)現(xiàn)欠挖狀況，整體開挖輪廓圓滑平順。中線橫向貫通誤差平均小于6.5cm，完全滿足規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.4開挖進(jìn)度

平均每天2茬炮，進(jìn)尺量為7～8m，月進(jìn)尺平均達(dá)到200m以上，進(jìn)尺最高月份達(dá)到240m。

3.3.5初期支護(hù)

支護(hù)采用φ90長管棚，長度為12～15m，同樣采用自動(dòng)化跟蹤技術(shù)，噴射混凝土強(qiáng)化表面，最終檢測回彈率在16%左右，可滿足施工要求[6]。

3.4施工優(yōu)勢

（1）施工效率高：尤其在III級以上圍巖，三臂鑿巖臺車鉆孔速度優(yōu)勢明顯，2min內(nèi)可完成5m左右的鉆孔；隧道內(nèi)進(jìn)行超前小導(dǎo)管施工、管棚施工優(yōu)勢也比較明顯。（2）安全性高：掌子面作業(yè)人數(shù)少，且遠(yuǎn)離掌子面，操作人員在密閉駕駛樓里，相比人工鉆孔，安全性大大增加。（3）環(huán)保：掌子面空氣質(zhì)量保持較好，噪音也較?。徊僮魅藛T在密閉駕駛樓里，可減少噪音傷害，且夏天有空調(diào)，冬天有暖氣，可為操作手提供較為舒適的環(huán)境。（4）施工工法靈活：特別是仰拱開挖方面比較有優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)下臺階帶仰拱開挖，全斷面帶仰拱開挖，且仰拱開挖質(zhì)量較人工開挖高。（5）施工質(zhì)量高：特別是錨桿施工，長度和與巖面角度可以得到保證（鎖腳錨桿要求角度斜向下，系統(tǒng)錨桿要求垂直巖面，人工施工非常困難甚至做不到）。（6）人員需求少，適應(yīng)高原環(huán)境和目前勞動(dòng)力匱乏的現(xiàn)狀。（7）節(jié)省體力：機(jī)械化施工可大幅度減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

4結(jié)語

綜上所述，人工手持風(fēng)鉆施工模式投入人員多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)環(huán)境條件差，能源消耗高，掘進(jìn)速度慢。從目前國內(nèi)政策，人力資源以及現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展，科技進(jìn)步等方面來看，隧道大型機(jī)械化施工是一個(gè)必然趨勢。全智能三臂鑿巖臺車在大斷面、大進(jìn)尺開挖中優(yōu)勢巨大，進(jìn)尺越大，開挖工序時(shí)間越短，人工、設(shè)備折合成本越低，雖然可能在加強(qiáng)支護(hù)方面需增加一定的材料成本，但是機(jī)械化施工在減輕工人施工強(qiáng)度，改善洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境，提高施工安全系數(shù)方面起到的作用十分明顯。

參考文獻(xiàn)

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[3]彭仁軍，李三華，劉愛兵，等.全電腦三臂鑿巖臺車在鐵路隧道開挖施工中的應(yīng)用[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2020，33（4）：433-435.

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[6]李佳旺.鄭萬高鐵大斷面隧道機(jī)械化施工力學(xué)特性及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2021.