王蕭斌

（中交路橋建設(shè)有限公司 北京 101121）

0 引言

隨著土木工程、水利工程及交通運(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展，地下隧道建設(shè)工程的不斷增多，隧道掘進(jìn)技術(shù)及掘進(jìn)機(jī)械得到迅速發(fā)展。且施工技術(shù)、工藝方法、設(shè)備及材料等方面的不斷革新，施工機(jī)械設(shè)備不斷傾向智能一體化。而在隧道鉆爆施工中，全電腦多臂鑿巖臺(tái)車已經(jīng)是施工隊(duì)伍使用最多、最先進(jìn)的開挖設(shè)備，該施工技術(shù)已成為專業(yè)化施工隊(duì)伍做大做強(qiáng)所必須發(fā)展的技術(shù)。在智能多臂鑿巖臺(tái)車隧道施工應(yīng)用中，為達(dá)到最大最優(yōu)的施工效率、發(fā)揮最大工作性能、節(jié)約施工成本、有效縮短工期等，需對(duì)臺(tái)車施工工序做合理規(guī)劃，且精度把控需做到最優(yōu)化。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者對(duì)鑿巖臺(tái)車工序精度控制方面做了不少研究，也取得了不少成果。楊海航[1]等以成昆鐵路復(fù)線小相嶺隧道掘進(jìn)施工為例，重點(diǎn)分析了機(jī)械故障率高和工序銜接不到位對(duì)鑿巖臺(tái)車的不利影響，提出了做好維保工作和制定管理制度兩點(diǎn)解決措施，為工序精度的控制帶來了便利化。王飛陽[2]等介紹了在隧道施工工序中機(jī)械化流程控制要點(diǎn)，從實(shí)際工程出發(fā)，分析概述了機(jī)械化配套施工的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)。劉彬[3]等對(duì)研究概述了三臂鑿巖臺(tái)車開挖施工方法，闡述分析了其在施工機(jī)械配套、施工工序及施工管理等方面的技術(shù)特點(diǎn)，總結(jié)了三臂液壓鑿巖臺(tái)車在隧道開挖施工中的優(yōu)勢(shì)。張勇[4]為解決如何提高工效、加快施工進(jìn)度等問題，探討了主要影響因素等。方俊波等對(duì)我國(guó)隧道施工的發(fā)展做了概述，總結(jié)了全電腦鑿巖臺(tái)車在隧道施工工法中的應(yīng)用情況，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，提出發(fā)展智能化施工設(shè)備的目標(biāo)，研究結(jié)論可為山嶺隧道的建設(shè)提供施工技術(shù)指導(dǎo)及參考價(jià)值。

基于前人的研究，鑿巖臺(tái)車在隧道施工中工序優(yōu)化及精度控制對(duì)施工質(zhì)量和工期進(jìn)度有重要影響。本文將以鑿巖臺(tái)車施工應(yīng)用情況為切入點(diǎn)，對(duì)多臂鑿巖臺(tái)施工工序精度控制等方面進(jìn)行研究，分析結(jié)論對(duì)隧道機(jī)械智能一體化施工具有重要指導(dǎo)意義。

1 多臂鑿巖臺(tái)車在隧道施工中的應(yīng)用

1.1 作業(yè)原理

多臂鑿巖臺(tái)車主要由鑿巖機(jī)主體、鉆臂構(gòu)件、車身車架及移動(dòng)結(jié)構(gòu)等組成。全電腦多臂鑿巖臺(tái)車可以在電腦端輸入隧道施工中所設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化鉆爆施工。智能化多臂鑿巖臺(tái)車在施工鉆進(jìn)過程中可以通過傳感器將實(shí)時(shí)傳感數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，在操作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)智能化施工。

1.2 作業(yè)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

1.2.1 全電腦可自動(dòng)精確定位鉆孔

全電腦多臂鑿巖臺(tái)車不需要在掌子面上標(biāo)注位置便可自動(dòng)定位，且可以消除人為鉆孔可能的誤差，精確隧道開挖輪廓，減少隧道鉆孔循環(huán)的時(shí)間，更方便于長(zhǎng)孔作業(yè)，即使操作手經(jīng)驗(yàn)不夠，也能獲得良好的鉆孔效果，鉆孔作業(yè)循環(huán)的記錄數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確完整

1.2.2 自動(dòng)采集鉆孔數(shù)據(jù)生成地質(zhì)云析云圖

全電腦多臂鑿巖臺(tái)車可以自動(dòng)采集鉆孔數(shù)據(jù)，根據(jù)采集信息自動(dòng)生成地質(zhì)情況分析云圖等，方便設(shè)計(jì)人員和操作人員實(shí)時(shí)調(diào)整鉆爆參數(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)施工。

1.2.3 3D定位掃描及超前支護(hù)

全智能三臂鑿巖臺(tái)車可及時(shí)掃描隧道開挖輪廓，對(duì)后續(xù)施工準(zhǔn)備、混凝土用料等提供參考。超前支護(hù)可施工直徑45～142mm的超前導(dǎo)管（管棚），最大鉆孔深度可達(dá)50m。

1.2.4 施工準(zhǔn)備時(shí)耗小

全智能三臂鑿巖臺(tái)車能快速識(shí)別電腦端輸入的鉆爆設(shè)計(jì)信號(hào)資料，施工準(zhǔn)備時(shí)間較短，且臺(tái)車早操作簡(jiǎn)單。鑿巖臺(tái)車對(duì)超欠挖的控制精度較高，裝藥耗費(fèi)量小，但爆破效果好，效率高。

2 多臂鑿巖臺(tái)車隧道施工的工序流程

（1）臺(tái)車定位：根據(jù)坐標(biāo)的輸入，能夠定位出施工設(shè)備在隧道中的具體位置，也能確定施工設(shè)備、布控圖與施工隧道的相對(duì)位置。

（2）鉆孔：鉆孔前需了解核實(shí)施工場(chǎng)地地質(zhì)情況，如圍巖等級(jí)，再根據(jù)隧道相關(guān)工程參數(shù)，利用配套軟件設(shè)計(jì)臺(tái)車鉆孔圖，將完善好的鉆孔圖導(dǎo)入臺(tái)車電腦端，臺(tái)車能動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)接收到數(shù)據(jù)按設(shè)計(jì)鉆孔圖進(jìn)行鉆孔施工。

（3）裝藥爆破：裝藥爆破施工工作流程為：前期準(zhǔn)備工作（尤其要制定完善的安全緊急應(yīng)對(duì)方案和措施）→臺(tái)架的安置安裝→采用配套設(shè)計(jì)的裝藥結(jié)構(gòu)裝藥→設(shè)備及人員撤離施工掌子面→爆破。

（4）通風(fēng)、降塵：通風(fēng)可以采用壓入式通風(fēng)、抽出式通風(fēng)以及混合式通風(fēng)，降塵方式可采用通風(fēng)降塵和水幕降塵，前者是爆破后送風(fēng)到粉塵濃度較高區(qū)域吹散粉塵以降低濃度，后者是將水霧細(xì)化為微細(xì)水滴噴灑在空氣中，加快粉塵的沉降。

（5）出渣清孔、質(zhì)檢：爆破完畢后可采用出渣運(yùn)輸汽車裝備配合出渣，也可采用無軌運(yùn)輸機(jī)出渣，其具有運(yùn)輸速度快、效率高、工序簡(jiǎn)單、安全性高且對(duì)場(chǎng)地要求低的優(yōu)點(diǎn)。每次爆破完成后，相關(guān)爆破負(fù)責(zé)人需進(jìn)場(chǎng)排除安全隱患，確保無爆炸危險(xiǎn)后方能進(jìn)行下一步施工。

3 多臂鑿巖臺(tái)車隧道施工的影響因素

多臂鑿巖臺(tái)車在隧道施工中的影響因素總結(jié)為：

設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)不周主要體現(xiàn)在：設(shè)計(jì)圖紙及施工方案與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況吻合度不高，導(dǎo)致臺(tái)車收集的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)系統(tǒng)不一致，從而影響施工質(zhì)量，需根據(jù)實(shí)際情況不斷優(yōu)化完善和設(shè)計(jì)資料，以便提高施工精度。操控人員操作不當(dāng)會(huì)引起施工機(jī)械累積性損壞，如壓力油路過濾系統(tǒng)損壞、壓力表損壞、回油系統(tǒng)損壞、電路系統(tǒng)損壞等，這將嚴(yán)重影響施工精確度。而臺(tái)車自身作業(yè)誤差將會(huì)導(dǎo)致鉆孔定位錯(cuò)誤、安全閥靈敏度不高、孔序規(guī)劃紊亂、坐標(biāo)識(shí)別不精準(zhǔn)等問題，這也將嚴(yán)重影響多臂鑿巖臺(tái)車在隧道施工中的精度。

綜上所述，鑿巖臺(tái)車在施工鉆進(jìn)過程中會(huì)受到諸多因素的影響，施工準(zhǔn)備階段應(yīng)正確設(shè)置鑿巖臺(tái)車相關(guān)工作參數(shù)，以便高效化施工。工作參數(shù)可以根據(jù)工程實(shí)際情況、巖性條件及施工環(huán)境等方面合理設(shè)計(jì)。

4 多臂鑿巖臺(tái)車施工工序精度控制

4.1 鉆爆施工精度控制

鉆爆施工精度控制是保證開挖輪廓標(biāo)準(zhǔn)并符合要求、保證施工進(jìn)度、控制成本等方面的關(guān)鍵。隧道鉆爆施工精度的控制包括：施工機(jī)械精度的控制、臺(tái)車定位精度的控制、鉆孔過程精度的控制等。施工機(jī)械精度的控制可根據(jù)誤差來源建立相關(guān)計(jì)算模型修正調(diào)整，待誤差達(dá)到可接受范圍后檢驗(yàn)精度是否有所提高。臺(tái)車定位精度的控制可通過及時(shí)根據(jù)開挖斷面實(shí)際地質(zhì)情況對(duì)鉆孔設(shè)計(jì)圖等資料進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正完善，以確保定位坐標(biāo)等信息的準(zhǔn)確性，從而提高精度。鉆孔過程精度的控制可通過及時(shí)調(diào)整鉆臂作用位置、方向及作用力度來控制。

4.2 機(jī)械化配套施工控制

為達(dá)到隧道快速而又安全的施工目的，需在鉆爆規(guī)劃、開挖方法、出渣方式等工序上下功夫。鉆爆規(guī)劃合理能減少超欠挖、節(jié)約成本及提高效率，而制定針對(duì)性的開挖方法和出渣方式是配套施工的關(guān)鍵。邊挖邊運(yùn)能減少大量的物力財(cái)力，為快速施工加快了進(jìn)程。

4.3 施工組織管理控制

（1）施工現(xiàn)場(chǎng)組織管理：鑿巖臺(tái)車屬于大型隧道施工機(jī)械，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)通行條件有一定的要求。多臂鑿巖臺(tái)車鉆孔采用水鉆時(shí)，鉆孔過程中會(huì)有水流出，因此應(yīng)做好排水等措施。

（2）人員組織管理：鑿巖臺(tái)車的司機(jī)必須是由通過理論培訓(xùn)、現(xiàn)場(chǎng)技能培訓(xùn)、安全操作培訓(xùn)及入職安全教育等，認(rèn)定合格后方能駕駛及操作電腦鑿巖臺(tái)車。由于三臂鑿巖臺(tái)車外觀尺寸較大，洞內(nèi)空間狹窄，因此臺(tái)車駕駛員不熟練則不能單獨(dú)駕駛、操作電腦鑿巖臺(tái)車。

（3）臺(tái)車操作技術(shù)管理：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、施工方案及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定出適合多臂鑿巖臺(tái)車的施工工法，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況及收集的數(shù)據(jù)不斷的總結(jié)和優(yōu)化完善，應(yīng)合理規(guī)劃鉆孔孔序等。

5 結(jié)語

在采用多臂鑿巖臺(tái)車施工中考慮到工序優(yōu)化及精度控制對(duì)施工質(zhì)量和工期進(jìn)度有重要影響，本文以鑿巖臺(tái)車施工應(yīng)用情況為切入點(diǎn)，對(duì)其作業(yè)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)、施工工序做了研究概述，總結(jié)了鑿巖臺(tái)車施工工序中影響因素類型及精度控制要點(diǎn)。研究結(jié)論對(duì)多臂鑿巖臺(tái)車在特長(zhǎng)隧道工程的鉆爆施工精度控制及施工機(jī)械智能一體化方面具有重要意義和參考價(jià)值。