多臂凿岩台车在隧道施工中工序精度控制研究

０　引言

随着土木工程、水利工程及交通运输的不断发展，地下隧道建设工程的不断增多，隧道掘进技术及掘进机械得到迅速发展。且施工技术、工艺方法、设备及材料等方面的不断革新，施工机械设备不断倾向智能一体化。而在隧道钻爆施工中，全电脑多臂凿岩台车已经是施工队伍使用最多、最先进的开挖设备，该施工技术已成为专业化施工队伍做大做强所必须发展的技术。在智能多臂凿岩台车隧道施工应用中，为达到最大最优的施工效率、发挥最大工作性能、节约施工成本、有效缩短工期等，需对台车施工工序做合理规划，且精度把控需做到最优化。

当前，国内外诸多学者对凿岩台车工序精度控制方面做了不少研究，也取得了不少成果。杨海航等以成昆铁路复线小相岭隧道掘进施工为例，重点分析了机械故障率高和工序衔接不到位对凿岩台车的不利影响，提出了做好维保工作和制定管理制度两点解决措施，为工序精度的控制带来了便利化。王飞阳等介绍了在隧道施工工序中机械化流程控制要点，从实际工程出发，分析概述了机械化配套施工的优势及特点。刘彬等对研究概述了三臂凿岩台车开挖施工方法，阐述分析了其在施工机械配套、施工工序及施工管理等方面的技术特点，总结了三臂液压凿岩台车在隧道开挖施工中的优势。张勇为解决如何提高工效、加快施工进度等问题，探讨了主要影响因素等。方俊波等对我国隧道施工的发展做了概述，总结了全电脑凿岩台车在隧道施工工法中的应用情况，结合互联网发展现状，提出发展智能化施工设备的目标，研究结论可为山岭隧道的建设提供施工技术指导及参考价值。

基于前人的研究，凿岩台车在隧道施工中工序优化及精度控制对施工质量和工期进度有重要影响。本文将以凿岩台车施工应用情况为切入点，对多臂凿岩台施工工序精度控制等方面进行研究，分析结论对隧道机械智能一体化施工具有重要指导意义。

１　多臂凿岩台车在隧道施工中的应用

１．１　作业原理

多臂凿岩台车主要由凿岩机主体、钻臂构件、车身车架及移动结构等组成。全电脑多臂凿岩台车可以在电脑端输入隧道施工中所设计的技术参数从而实现自动化钻爆施工。智能化多臂凿岩台车在施工钻进过程中可以通过传感器将实时传感数据传输到上位机，在操作台可以实现动态化调节，从而实现智能化施工。

１．２　作业特点及优势

１．２．１　全电脑可自动精确定位钻孔

全电脑多臂凿岩台车不需要在掌子面上标注位置便可自动定位，且可以消除人为钻孔可能的误差，精确隧道开挖轮廓，减少隧道钻孔循环的时间，更方便于长孔作业，即使操作手经验不够，也能获得良好的钻孔效果，钻孔作业循环的记录数据更加准确完整。

１．２．２　自动采集钻孔数据生成地质云析云图

全电脑多臂凿岩台车可以自动采集钻孔数据，���据采集信息自动生成地质情况分析云图等，方便设计人员和操作人员实时调整钻爆参数，实现动态化设计施工。

１．２．３　３Ｄ定位扫描及超前支护

全智能三臂凿岩台车可及时扫描隧道开挖轮廓，对后续施工准备、混凝土用料等提供参考。超前支护可施工直径４５～１４２ｍｍ的超前导管（管棚），最大钻孔深度可达５０ｍ。

１．２．４　施工准备时耗小

全智能三臂凿岩台车能快速识别电脑端输入的钻爆设计信号资料，施工准备时间较短，且台车操作简单。凿岩台车对超欠挖的控制精度较高，装药耗费量小，但爆破效果好，效率高。

２　多臂凿岩台车隧道施工的工序流程

（１）台车定位：根据坐标的输入，能够定位出施工设备在隧道中的具体位置，也能确定施工设备、布控图与施工隧道的相对位置。

（２）钻孔：钻孔前需了解核实施工场地地质情况，如围岩等级，再根据隧道相关工程参数，利用配套软件设计台车钻孔图，将完善好的钻孔图导入台车电脑端，台车能动系统根据接收到数据按设计钻孔图进行钻孔施工。

（３）装药爆破：装药爆破施工工作流程为：前期准备工作（尤其要制定完善的安全紧急应对方案和措施）→台架的安置安装→采用配套设计的装药结构装药→设备及人员撤离施工掌子面→爆破。

（４）通风、降尘：通风可以采用压入式通风、抽出式通风以及混合式通风，降尘方式可采用通风降尘和水幕降尘，前者是爆破后送风到粉尘浓度较高区域吹散粉尘以降低浓度，后者是将水雾细化为微细水滴喷洒在空气中，加快粉尘的沉降。

（５）出渣清孔、质检：爆破完毕后可采用出渣运输汽车装备配合出渣，也可采用无轨运输机出渣，其具有运输速度快、效率高、工序简单、安全性高且对场地要求低的优点。每次爆破完成后，相关爆破负责人需进场排除安全隐患，确保无爆炸危险后方能进行下一步施工。

３　多臂凿岩台车隧道施工的影响因素

多臂凿岩台车在隧道施工中的影响因素总结为：

设计人员设计不周主要体现在：设计图纸及施工方案与现场实际情况吻合度不高，导致台车收集的数据与设计系统不一致，从而影响施工质量，需根据实际情况不断优化完善和设计资料，以便提高施工精度。操控人员操作不当会引起施工机械累积性损坏，如压力油路过滤系统损坏、压力表损坏、回油系统损坏、电路系统损坏等，这将严重影响施工精确度。而台车自身作业误差将会导致钻孔定位错误、安全阀灵敏度不高、孔序规划紊乱、坐标识别不精准等问题，这也将严重影响多臂凿岩台车在隧道施工中的精度。

综上所述，凿岩台车在施工钻进过程中会受到诸多因素的影响，施工准备阶段应正确设置凿岩台车相关工作参数，以便高效化施工。工作参数可以根据工程实际情况、岩性条件及施工环境等方面合理设计。

４　多臂凿岩台车施工工序精度控制

４．１　钻爆施工精度控制

钻爆施工精度控制是保证开挖轮廓标准并符合要求、保证施工进度、控制成本等方面的关键。隧道钻爆施工精度的控制包括：施工机械精度的控制、台车定位精度的控制、钻孔过程精度的控制等。施工机械精度的控制可根据误差来源建立相关计算模型修正调整，待误差达到可接受范围后检验精度是否有所提高。台车定位精度的控制可通过及时根据开挖断面实际地质情况对钻孔设计图等资料进行动态修正完善，以确保定位坐标等信息的准确性，从而提高精度。钻孔过程精度的控制可通过及时调整钻臂作用位置、方向及作用力度来控制。

４．２　机械化配套施工控制

为达到隧道快速而又安全的施工目的，需在钻爆规划、开挖方法、出渣方式等工序上下功夫。钻爆规划合理能减少超欠挖、节约成本及提高效率，而制定针对性的开挖方法和出渣方式是配套施工的关键。边挖边运能减少大量的物力财力，为快速施工加快了进程。

４．３　施工组织管理控制

（１）施工现场组织管理：凿岩台车属于大型隧道施工机械，对现场通行条件有一定的要求。多臂凿岩台车钻孔采用水钻时，钻孔过程中会有水流出，因此应做好排水等措施。

（２）人员组织管理：凿岩台车的司机必须是由通过理论培训、现场技能培训、安全操作培训及入职安全教育等，认定合格后方能驾驶及操作电脑凿岩台车。由于三臂凿岩台车外观尺寸较大，洞内空间狭窄，因此台车驾驶员不熟练则不能单独驾驶、操作电脑凿岩台车。

（３）台车操作技术管理：根据设计图纸、施工方案及现场实际情况确定出适合多臂凿岩台车的施工工法，并根据现场施工情况及收集的数据不断的总结和优化完善，应合理规划钻孔孔序等。

５　结语

在采用多臂凿岩台车施工中考虑到工序优化及精度控制对施工质量和工期进度有重要影响，本文以凿岩台车施工应用情况为切入点，对其作业特点及优势、施工工序做了研究概述，总结了凿岩台车施工工序中影响因素类型及精度控制要点。研究结论对多臂凿岩台车在特长隧道工程的钻爆施工精度控制及施工机械智能一体化方面具有重要意义和参考价值。