浅析全智能电脑隧道凿岩台车“单机单洞”的应用

高峰李峰

（广东长大公路工程有限公司第三分公司，广东 广州 511431）

0 引言

我国高速公路在不断发展，公路隧道的建设也在不断增多，大量的隧道工程将涉及越来越多长大隧道、高风险山岭隧道、海底隧道的施工。未来发展趋势必将以机械化替代人力施工，以自动化程度高的智能机替代传统的机械设备。全电脑隧道凿岩台车具有单机施工断面大、速度快、自动化程度高、施工安全、施工质量高、隧道开挖作业工作环境好等优点，是极其适用于现代隧道施工的全自动化凿岩设备。

1 目前机械化施工中全智能电脑凿岩台车的使用状况

传统三臂液压凿岩台车钻孔覆盖面积为18～178 m2，而目前国内大多数公路隧道都是三车道、大断面，所以传统液压凿岩台车在遇到这类大断面隧道时，只能把断面分为左右两部分施钻，在钻完一边后经过移车，收拉电缆、水管后再进行另一边施钻，施钻时间也在移车的过程中加长，这样凿岩台车快速、高效的优势将大打折扣。因此，国内外大部分隧道机械化施工中都采用隧道单洞利用双台车并行作业，这样可充分发挥台车的优势，使钻爆时间大大缩短，从而为隧道的快速施工提供了保证，实现了较好的社会效益和经济效益。而如今，广东长大公司引进的新型DT1130i全智能电脑隧道凿岩台车单机钻孔覆盖面积20～183 m2，大臂具有万向运转功能，可完全满足目前国内三车道大断面的施工要求，并且在一些施工方面与2台传统液压台车的效率相差无几，甚至在个别方面更有优势。

（1）由于新型全智能电脑隧道凿岩台车配备了高频、高效的RD525凿岩机，拥有25 kW的功率、23.5 MPa的最大冲击压力，在较好的岩石中钻孔速度可超过5 m/min，所以施工时间与传统双机相比，每循环平均只比双台车多半小时左右，而且无需人工或采用其他测量设备布设隧道周边轮廓和炮孔，缩短了施工准备时间。

（2）采用2台传统三臂液压凿岩台车并行作业，每个钻班需要8～12人，维修保养需要4～6人，而且对操作人员的个人经验有依赖性，需要操作人员有较高的操作能力。这样就大大加剧了人为因素的干扰，而且要求操作人员必须长时间保持注意力高度集中。在培训操作人员时，也需要操作人员熟悉操作过程和积累现场经验，这就加大了操作人员的培养周期，隐性成本较高。然而，全智能电脑台车利用台车上的CANBUS系统，通过台车上的传感器，把钻孔中所有的数据全部反馈到电脑中，系统会自动判断及操作钻孔动作，只需一名操作人员监督即可，这样就避免了传统台车在钻孔中人为因素的不足。

（3）在国内，在低标、中标的微利工程项目上和较小规模的地下工程建设中，前期一次性投入是一个很重要的话题，主题就是从降低成本出发去考虑设备配套以获得较大利益。目前，每台全智能电脑隧道凿岩台车价格一般在1300多万元，每台瑞典353E三臂凿岩台车约760万元，所以前期投入大致相同。

（4）控制超挖、欠挖一直是隧道施工中的难点，传统液压凿岩台车普遍是通过操作人员的个人经验来控制超挖、欠挖量，这就要求个人技术水平要高，因而操控起来较难。相比而言，全智能电脑隧道凿岩台车通过台车上各部位传感器反馈，经过CANBUS系统分析，在车载电脑中直接体现出3D立体钻爆图，无论是眼底、孔深、角度还是围岩软硬程度皆能显示出来。这样就可以根据现场围岩结构特性等参数及时更改钻爆图，不断优化钻爆方案，提高开挖精度，超挖、欠挖量也就得到了很好的控制。

全智能电脑隧道凿岩台车效率的提升、人员的精简、超欠挖量的控制等一系列优势，使施工单位的水电费、铺设电缆费、人工费、钻孔故障率、维修保养成本、培训成本等，都有不同程度的降低。因此，全智能电脑台车在“单机单洞”中的应用优势是无法比拟的。

2 全智能电脑凿岩台车适用于上下台阶开挖施工

全智能电脑隧道凿岩台车不仅适用于全断面开挖，而且也适用于上下台阶开挖。随着科技的不断发展，高速公路网络化程度加大，因此必将面对越来越多的高风险山岭隧道和海底隧道，而且会有很多Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级的围岩，根据不同的设计要求和施工安全，有些隧道就必须要分上下台阶开挖，这就使“双机单洞”的传统三臂液压凿岩台车无法顺利施展。由于空间的限制，导致双台车无法并行作业，只能单机作业，那么选择全智能电脑台车最适合不过了。全智能电脑台车具有如下优势：（1）单机覆盖面积大，一台可完全覆盖上台阶，凿岩台车只需停放在隧道中间即可对断面施工钻孔，无论是直眼掏槽还是楔形掏槽都适用，这是传统凿岩台车无法做到的。（2）一般情况下，隧道分上下台阶开挖是因为隧道岩石层稳定性不强、岩石围岩等级偏高等，通常解决办法是控制爆破进尺，传统凿岩台车在控制进尺方面只能通过人眼目测钻杆钻进的深度来判断，很难精准控制所有眼底在一个垂直面上，而全智能电脑凿岩台车能够通过CANBUS系统轻易解决这一问题。

综上所述，如果同样是在“单机单洞”开挖的模式下施工，那么全智能电脑凿岩台车在钻孔速度、爆破效果、超欠挖控制、安全环保、数据分析等方面更具优势。

3 全智能电脑凿岩台车“单机单洞”施工实例

3.1 工程概况

乐昌至广州高速公路项目樟市至花东段及韶赣北连接线T23标（简称“广乐T23标”）位于英德市连江口镇，由广东省长大公路工程有限公司承建，其起点桩号K185+100，终点桩号K199+830，路线全长14.730km。本项目有连江口隧道1座，单向三车道，该隧道进口端属于小净距，穿越的地质状况较复杂，目前分上下台阶开挖。因此，在隧道左线进口端采用全智能电脑隧道凿岩台车进行开挖，该台车利用CANBUS系统针对不同的钻爆阶段给予指导，以实现较低项目成本，并保证隧道挖掘工作的顺利进行。

3.2 施工方法

进、出口端分上下台阶，前200m由于地质原因，需手持风钻钻孔，之后开始由全智能电脑隧道凿岩台车对上台阶进行钻孔爆破开挖施工，二衬采用自制衬砌台车施工、正装侧卸式装载机装渣，无轨运输，由洞口通风送风。

3.3 施工设备配套

DT1130i全智能电脑隧道凿岩台车1台、400～600kW变压器1台、正装侧卸装载机2台、自卸汽车5台、衬砌台车1台、CIFA SPA湿喷机1台、激光全站仪1台、电脑1台。

3.4 成效

3.4.1 开挖循环时间

以上台阶断面97 m2、进尺3.5 m为例，如表1所示。

表1 开挖循环时间 单位：min

3.4.2 爆破效果

全智能电脑隧道凿岩台车的优点基本体现出来，开挖断面采用楔形掏槽，周边眼间隔装药，其余炮眼采用孔底连续装药结构，炮孔利用率达85%，没有欠挖，超挖控制在20cm之内，周边轮廓圆顺，尤其是拱部，轮廓炮痕均匀平整，达到了很好的光爆效果，这也是传统台车难以实现的。

4 结语

目前，传统人工开挖和全液压凿岩台车开挖模式在国内隧道中的应用普遍存在，但其施工效率还是较为偏低，不利于隧道机械化开挖施工的发展，而DT1130i这类隧道凿岩台车在连江口隧道的应用中体现出精准的布孔定位、快速的钻进速度、准确的围岩情况以及反馈及良好的超欠挖控制等优点，说明了全智能电脑台车在国内隧道中的应用是可行的，也是值得鼓励的。它的使用既可降低综合施工成本，又符合当前高速公路隧道安全环保、优质高效的理念，在未来的长大隧道及特殊地下工程中将会越来越突出其价值。

［1］冯艮生.浅谈公路工程施工机械的合理选择［J］.交通标准化，2008（7）

［2］王恒升，何清华，邓春萍.凿岩台车自动化控制系统的发展现状及展望［J］.测控技术，2007（3）

［3］刘鹏.全电脑凿岩台车先进性和经济性浅析［J］.公路交通技术，2012（1）