全电脑三臂凿岩台车在隧道施工中的应用

李行利

（中铁十一局集团第四工程有限公司， 湖北 武汉 430074）

0 引言

随着社会经济的发展、劳动力成本的上升和施工专业技能人员稀缺，在隧道施工中，传统的人工手持风钻施工已不能满足国家对环保、低耗能、经济性和高安全质量的要求，而三臂凿岩台车施工作业效率高、环境污染少、消耗能量少、劳动力需求少、劳动强度低、安全系数较高，全电脑三臂凿岩台车更是在普通液压三臂凿岩台车上述有点上在作突破，其机械化、信息化、智能化性能得到极大提高，是当前阶段极其适用于隧道施工的全自动机械设备。

1 全电脑三臂凿岩台车特点

以铁建重工ZYS113全电脑三臂凿岩台车为例，其关键部件有底盘、钻臂、3台凿岩机、推进梁、液压系统、过滤系统、吊篮臂及吊篮、水系统、压缩空气系统、电气系统、计算机辅助系统、钻进系统。工作时，作业面覆盖范围最大高度为11.3m，最大宽度为16.6m，钻孔直径为42mm-127mm，钻进深度达35m。可进行全自动炮眼钻孔、超前地质勘探、地质分析、断面扫描、锚杆施工、辅助检测、高空施工、灌浆施工、管棚施工、配合装药、撬毛等作业，其行走方式为胎行式，灵活迅速。

2 全电脑三臂凿岩台车在隧道施工中的应用

2.1 全自动高效智能化钻孔

依据预先导入车载电脑的钻孔设计图，一键激活，智能布孔，自动找点打眼、清孔，每个钻臂2分钟内即可完成5米深钻孔作业，其施工流程如下：

（1）台车定位：场地平整，台车就位后，通过3D扫描仪后视固定点P1和P2，随机检测点P3校核，得到台车位置数据。

（2）选择钻孔设计图：根据隧道断面信息、支护参数及台车自身性能，绘制钻孔设计图，并预先导入车载电脑，设置钻孔参数，使用时，调出相应钻孔设计图。

（3）全自动钻孔、清孔：激活台车全自动钻孔系统，操作系统智能布孔，钻臂自动找点打眼。钻孔完毕，凿岩机退钻时自动利用高压水、风清孔。

2.2 超前地质勘探和地质分析

台车加杆系统包括加杆器和钻杆库，通过自动加杆钻孔，可在20分钟内完成30米超前探孔作业。操作系统实时监测钻杆扭矩、钻进速率、水压流速等数据，通过自带地质分析软件处理，复原地质状况，并形成地质报告。

2.3 断面扫描

台车定位后，3D扫描仪可对台车前后6m隧道轮廓进行自动扫描，通过软件算法得到高精度、高密度的数据，逆向生成三维结构模型，立体显示隧道断面超欠情况，为下一循环隧道钻爆参数动态设计提供依据。同时，依靠3D扫描和智能分析系统，对比湿喷前后隧道截面大小数据，能够精确检测隧道湿喷混凝土厚度，掌握喷射混凝土超耗、回弹情况，为喷射混凝土工艺革新提供数据支撑。

2.4 锚杆及管棚施工

凿岩台车钻臂升降范围-30o～60o，推进倾斜范围-60o～30o，推进梁倾斜范围0-110o，推进旋转范围360o，可适应各种类型的锚杆、管棚钻孔位置及角度需求。同时凿岩钻杆可替换为锚杆，以进行帮锚、顶锚作业。

2.5 高空作业

台车吊篮臂推进倾斜范围-60o～30o，推进摆动范围-45o～45o,，控制灵活，定位准确。吊篮规格1.2m*2m，安全工作负荷达450kg，具备自动调平功能，内部设有水和高压空气接口，满足撬毛清理、锚杆安装、注浆施工、风带及高压线缆挂设、辅助检测等各种高空作业需求。吊篮上部设有伸缩顶棚，保障高空作业安全。

3 全电脑三臂凿岩台车的优势

3.1 节省测量放样时间

传统液压三臂凿岩台车150m2断面人工全站仪放点需1.5～2小时，且需提供作业平台；全电脑三臂凿岩台车定位仅需5～8分钟，且可在台车就位后与水电接通同时进行，极大的缩减了钻孔作业准备时间。

3.2 操作人员依赖程度低

（1）传统液压三臂凿岩台车单机操作需4-6人，全电脑三臂凿岩台车单机操作仅需1-2人，人力需求进一步降低。

（2）因各种炮眼及锚杆钻孔深度、角度控制需求，要求传统液压三臂凿岩台车操作手有较高的操作能力和个人经验，爆破效果、锚杆质量受人为因素干扰大。全电脑三臂凿岩台车通过导入钻孔设计图，设置各钻孔参数，一键启动，自动钻孔、清孔，有力保证钻孔按设计进行。

（3）钻孔孔序优化要求各传统液压三臂凿岩台车操作手间有较高的协同作业能力，钻孔时间受人为因素影响大。全电脑三臂凿岩台车根据钻爆设计图智能布孔，动态调整各钻臂工作任务及钻孔孔序，保证同一时间尽可能多的钻臂在工作，有效缩短整个钻孔工序时间。

（4）为保障钻孔质量、钻臂正常运行及钻孔效率，传统液压三臂凿岩台车钻孔需要操作手长时间保持注意力高度集中状态，操作手劳动强度高。全电脑三臂凿岩台车按设计要求自动找点、钻孔、防卡钻及清孔等，并通过传感器实时反馈钻孔的所有数据于操作系统中，操作手主要起监督作用，有更大的精力关注整个台车的工作状态，保障台车的正常运行。

3.3 钻爆参数动态设计能力强

（1）全电脑三臂凿岩台车自带WMD地质分析软件可对传感器反馈过来的所有钻孔信息进行处理，揭示掌子面各区域围岩软硬程度及纵向方向上的变化趋势，为钻爆参数的动态调整提供依据。

（2）全电脑三臂凿岩台车自带的3D扫描仪可将隧道断面超欠情况建筑三维模型，爆破效果精准呈现，为钻爆参数的动态调整提供依据。

（3）动态调整后的钻爆设计参数可通过全电脑三臂凿岩台车完美执行，最大程度减少人为因素影响，获取极真实爆破效果数据，实现精准设计。

4 保障全电脑三臂凿岩台车作业功效的几点措施

（1）成立专业的维修保养队伍。采用全电脑三臂凿岩台车施工，单机作业能力强，功效高，由于机械数量少，相应的工程抗风险能力减弱，一旦机械故障，掌子面便会短暂停工，因此，凿岩台车的维修保养工作是保障工程顺利进行的重点。成立专业的凿岩台车维修保养队伍，对每辆台车每天强制保养4～6小时，并建立检修台账，以减小机械故障率，保障凿岩台车正常运行。

（2）做好全电脑三臂凿岩台车机械化施工配套。根据台车功率，隧道进展情况，选择合适的高压电缆、变电器，保障台车动力需求。三臂凿岩台车施工用水需求量大，可建立10m3移动式水箱辅助供水，台车就位前提前储水到位。

（3）优化施工工法。全电脑三臂凿岩台车进场准备和退场整理时间相对较长，前后工序衔接能力较弱，为缩短整个循环工序时间，根据三臂凿岩台车特点，优化施工工法，调整施工工序，增加台车单次作业工作量，充分发挥其工作能力，尽量减少凿岩台车进出场次数。

（4）加强现场施工组织管理。专职调度合理调配人员、设备、机械，不同工序之间衔接提前量要有所调整。技术人员加强操作手的专业知识培训，交流解决台车施工中遇到的技术问题，以提高操作手专业技能，并及时更新钻孔设计图。工区长针对台车技术服务、操作、维修人员建立良好的考核激励机制，提高台车相关作业人员的主观能动性，保障台车的高效作业。

5 结束语

随着隧道工程机械化施工进程快速推进，传统液压三臂凿岩台车工作效率、作业进度、使用范围已满足不了现场施工需求，钻爆掘进等作业采用全电脑三臂凿岩台车机械化配套施工已成为必然趋势，而凿岩台车在一机多用、信息化、智能化应用研究方向将更加深入。