高速公路隧道工程中凿岩台车的应用
２１世纪，我国机械制造业取得了飞跃的进步，随着机械化施工进程的快速转变，以及高速公路项目的数量及规模日渐扩大，在近年的高速公路项目中涌现出大量的超过１０公里的特长隧道。在这些高速公路隧道工程的施工中，钻爆法仍然是主要采用的施工工艺，但是该工艺的炮孔钻取仍然是比较繁重的生产环节，长时间以来国内都是采用人工钻孔，工人的工作强度大、工作效率低下、工作环境恶劣。随着我国制造业的发展进步，全电脑多臂智能凿岩台车以其安全、高效、清洁等优势逐渐进入市场取代人工钻孔。下面本文将介绍多臂凿岩台车的国内外发展现状，以及和人工钻孔进行对比分析，探讨凿岩台车在施工中的应用和管理。
智能凿岩台车的发展
国外凿岩台车研究和发展现状
世界上第一家台电脑控制的隧道凿岩台车是由美国ＡＭＶ公司于１９７８年生产的，距今已有４０年的历史。从此之后，欧美各大大型工程机械制造商纷纷加大了凿岩台车及其相关配套钻车的研制投入，如今美国英格索兰公司、瑞典阿特拉斯科普柯公司、阿利马克公司、法国艾姆克·赛格马公司、德国克虏伯公司等老牌工程公司占据了全球６０％的凿岩台车市场。
对凿岩台车的模块设计是２０世纪以来一个新的发展方向，瑞典阿特拉斯科普柯公司将钻机、地盘等主要部件分拆生产，并将链接结构通用化，使得它的产品能根据不同国家、地区、和环境迅速组装成满足用户需求的专用产品，与此同时大量采用聚合物生产产品的外观保护罩，既能降低整机重量，也能减少环境破坏和生产成本。
国内凿岩台车的研究和发展现状
近年来，随着国内机械制造业的发展，国内凿岩台车行业也进入了高速发展阶段，各类生产厂家如雨后春笋般地冒了出来。铁建重工于２０２０年１１月２４日推出了国内首台自主研发的全电脑智能四臂凿岩台车，一次作业覆盖范围可达２００ｍ²，相当于两台三臂或三台双臂凿岩台车同时作业，其搭载的智能芯片和处理器能实现全智能开挖钻孔、超前地质钻探与分析、注浆加固、配合装药等功能，填补了国产高端凿岩施工设备的空白；湖南五新装备于２０２１年６月研制的双曲臂凿岩台车同时适用于全断面、台阶法、ＣＤ法等多种开挖工法，解决了现有直臂凿岩台车难以适应多种工法的难题。
２０２２年中国凿岩台车市场规模达到５.５３亿元（人民币），２０２２年全球凿岩台车市场规模达到２７.９４亿元（人民币）。根据历史发展趋势和现有数据并结合市场机构的调查分析，预测至２０２８年，全球凿岩台车市场规模将达到３２.５７亿元，在２０２２年至２０２８年，全球凿岩台车市场将达到２.５９％的年复合增长率，在此期间中国获将超越欧洲成为全球最大的凿岩台车市场。
凿岩台车分类技术特征
凿岩台车的分类
凿岩台车可以按照钻机数量、底盘种类等进行分类。
按照钻机数量可分为单臂凿岩台车和多臂凿岩台车；
按地盘种类可分为履带式凿岩台车、轮胎式凿岩��车。
凿岩台车的总体结构
凿岩台车是一种用于隧道施工等工程中进行岩石凿削的专用设备，主要应用于隧道工程、矿山开采、基础工程、水利工程、地铁施工等，其主要机构有凿岩机、钻臂、车架、行走机构。
凿岩机的作用是根据电脑定位进行钻孔作业，其中推动器的作用是推动钻杆前进后退。
钻臂是凿岩机的支撑臂，由支臂缸、摆臂缸、仰俯角缸及摆角缸四个油缸来实现不同方向的运动，以确保凿岩机能够在多个角度和方向上准确地进行凿岩。
回转机构与钻臂相铰接，是钻臂的回转机构，并且承受着钻臂和推进器的全部重量。
凿岩台车与人工手持风钻的对比
在钻爆法施工中，开挖及初期支护每个循环的流程按照测量→钻眼→装药→放炮→出渣→排危→初支进行。本文调研了西南地区某在建隧道，提取了该隧道实时施工数据对比凿岩台车和人工开挖的功效和成本。该隧道长约总长１１２００Ｍ，围岩主要以Ⅳ级、Ｖ级为主。隧道主洞单幅净空（宽×高）１０.７５米×５米，掌子面炮孔分布如下图所示。
功效对比
采用人工手持式风钻开挖，在炮孔钻眼阶段，掌子面共设９名工人，每人操作一台ＹＴ２８凿岩机，每台风机施工２０个眼，一共１８０个炮眼，使用９台凿岩风机，凿岩深度Ⅳ级围岩２.５米，钻一个孔的平均时间１３分钟；Ｖ级围岩１.５米，钻一个孔的平均时间１０分钟，Ⅳ级围岩开凿时间所需时间２６０分钟，Ｖ级围岩开凿所需时间２００分钟。通过调取现场某月数据得知，在当月使用铁建重工三臂凿岩跳车进行Ⅳ级围岩钻孔，每循环平均１７９个，每循环平均用时２.５６小时，即１５４分钟。由上可知，该隧道采用三臂凿岩台车相比于传统的人工钻孔节约用时１００分钟，提高了钻孔速度和光面爆破的效果。
安全环保对比
首先，在施工过程中，由于使用液压作为动力源，这使得三臂凿岩台车在钻孔过程中产生粉尘的粉尘量极低，确保了施工现场的清洁度，避免了空气中的颗粒物质对周围环境的污染。相比之下，传统的人工手持风钻在操作中通常会产生大量粉尘，这会对隧道施工环境造成不良影响，增加通风时间。其次，三臂凿岩台车的运行过程中产生的噪音相对较小，相比于使用风力的手持风钻，对施工现场周围的环境影响更小，进一步将施工环境的不良影响降到最低程度。最后，传统的人工施工为了提高工作效率，往往需要大量的作业人员，这导致了前场工作风险的显著增加。与之对比，三臂凿岩台车仅需三人即可完成作业，还将操作过程转移到封闭的操作室内，不仅显著降低了工地作业人员的数量，还减少了对作业人员的职业伤害风险，在防范落石伤害等突发性危险方面取得了显著成果。
成本对比
人工手持风钻：以上述隧道Ⅳ级围岩开挖为例，根据施工组织方案人工开挖时最多只能有９人在掌子面施工，钻孔时间约为４小时，钻孔成本约５０元／ｍ³，且随着开挖掌子面与空压机房的距离超过１.５公里时，能耗要增加２０％左右，为了满足以上施工要求则必须增加一台空压机数量或功率，成本将随着工程进度而增大。
三臂凿岩台车：同样以该隧道Ⅳ级围岩开挖为例，采用三臂凿岩台车进行钻孔，开挖用时约２.５小时，钻孔成本约３５元／ｍ³，但单台设备的采购费用约为９００万元。
综上所述，采用三臂凿岩台车有诸多优点，如大幅提高施工速度，噪音小，粉尘少，工作环境好，劳动强度低，安全性能高等，但是相比传统手持风钻相比有一次性投入大，工作适应性差等局限性。
双臂和三臂凿岩台车的对比
现场市场上凿岩台车种类众多，在隧道施工时，需要根据施工工法，围岩结构选择合适的多臂凿岩台车，其中常见的是轮胎式双臂或三臂凿岩台车。
双臂凿岩台车
①小巧灵活：双臂凿岩台车通常设计较为紧凑，具有较小的机身，因此在狭窄的施工环境中更为灵活；②适应性强：这种类型的凿岩台车适用于多种施工工法，能够灵活适应不同的工艺要求；③多样的围岩结构：由于其设计的灵活性，双臂凿岩台车可以应对复杂的围岩结构，适用于各种地质条件。
三臂凿岩台车
①稳定性强：三臂凿岩台车通常具有更为稳定的结构，能够应对一些相对较大的岩石开挖工作；②高效作业：由于有三个凿岩臂，可以同时对多个位置进行凿岩，提高作业效率；③适用于全断面开挖：当隧道围岩结构较好，采用全断面掘进法开挖时。结合上述双臂和三臂凿岩台车的特点在隧道断面相对狭窄、复杂、需要灵活机动时，或需要频繁调整凿岩位置的工地，常选用双臂凿岩台车进行凿岩作业。而对于隧道断面相对较宽，需要同时进行多点凿岩，或者围岩较为坚硬，三臂凿岩台车通常能更高效地完成凿岩工作。因此综合考虑隧道的具体情况、围岩结构以及施工要求，选择合适的凿岩台车对于提高施工效率和保障工程质量至关重要。
凿岩台车的管理
为确保隧道施工的顺利进行，需要根据隧道的围岩等级和施工工艺，科学选择适用的多臂凿岩台车，并对设备进行快速、及时的调配，组织合理的管理工作，是提高设备的合理使用的重要环节，可以采取以下步骤建立健全完善的机械设备管理体系：①建立设备管理机构，明确清晰的管理层次，明确机构内各管理人员的职责。②维护保养与应急保障制度：建立一个详细的维护计划，以确保设备的长期可用性和性能；并且以此为基础建立设备巡检和维护制度，明确检查巡检频率和内容，以确保其在高效和安全的状态下运行；还要考虑建立紧急情况响应计划，用以处理设备故障或事故③风险管理：需要建立风险评估和管理机制，详细说明如何管理和减轻潜在风险，以防止意外事件对设备中心的财务状况产生严重影响。例如隧道围岩等级变化，使得大机械配套设备推进不利的情况。④信息化管理及数据管理和报告：建立凿岩台车的追踪和管理系统，以追踪设备的位置、使用情况和维护历史；利用管理系统进行设备的数据采集，分析并形成报告，建立数据化管理制度。⑤绩效评估和激励机制：建立和明确绩效评估的指标和方法，以便员工被公平评价和激励。
结语
高速公路隧道工程施工中，特长隧道越来越多，对于质量、安全、进度的要求也越来越高，机械化的改革是施工企业必须要进行的革命，全电脑智能凿岩台车在施工速度、安全性等方面带来的优势是传统人工开挖方式无法比拟的，同时学习凿岩台车的操作方式，组建专业化的管理团队是用好凿岩台车的重要工作。