全电脑凿岩台车技术发展研究
根据中国土木工程学会２０２２年发布的报告，全电脑凿岩台车可将隧道轮廓成型精度控制在±３ｃｍ以内，超挖量减少６０％以上。随着“十四五”期间川藏铁路、深埋引水隧洞等重大工程的推进，全电脑凿岩台车的需求持续增长。
１ 全电脑凿岩台车技术的演进历程
１．１ 国际技术萌芽期（１９７０～１９９７年）
２０世纪７０年代，挪威Ｂｅｖｅｒ公司率先开发电液控制系统原型机，标志着凿岩设备从气动向液压技术的转型。１９７８年，该公司推出首台全自动电脑台车样机，采用闭环控制技术实现了推进压力与转速的精准调节。这一技术突破显著提升了钻孔效率，降低了操作人员的劳动强度。
１．２ 国内技术突破期（１９９８～２０２０年）
１９９８年，安百拓推出Ｂｏｏｍｅｒ系列产品，集成动态隧道开挖套件，通过激光扫描获取掌子面点云数据，自动生成爆破孔位���标。山特维克开发的ｉＳｕｒｅ系统通过实时监测钻孔压力与转速，可动态调整爆破参数，进一步提高了施工精度。这一技术突破使钻孔定位耗时从传统工艺的２ｈ缩短至３０ｍｉｎ，效率提升了６０％。
国内全电脑凿岩台车研发虽然起步较晚，但是发展迅速。在国家“８６３”计划的资助下，１９９８～２０００年，中南大学何清华团队用了两年半完成了基础研究、工程设计和样机试制三项研发工作，开发出国内第一台隧道凿岩机器人。该机器人可以利用传感器确定巷道的上缘，自动瞄准巷道缝隙，按规定的间隔布置钻头，用计算机控制钻孔过程，并能根据岩石硬度随时调整钻头的转速和力度，控制钻孔的形状，达到了国际先进水平。
２０１６年后，以徐工集团、中国铁建重工集团有限公司为代表的国内企业实现了高原型、大埋深等凿岩台车的量产，标志着国产技术进入国际先进行列。
２ 全电脑凿岩台车技术现状对比
２．１ 国际领先企业技术特征
国际厂商在智能化与自动化方面具有显著优势。目前国内常见的国外电脑台车较典型的产品有阿特拉斯科普柯（目前已将凿岩台车业务划分为旗下的安百拓公司）研制的Ｂｏｏｍｅｒ系列凿岩台车以及山特维克研制ＤＴ系列凿岩台车。
安百拓公司研制的Ｂｏｏｍｅｒ凿岩台车有多种自动化功能。动态隧道开挖套件是一种软件功能，允许凿岩台车直接在隧道表面创建定制的钻孔计划。凿岩台车操作员将隧道轮廓连同钻孔规则文件一起下载到凿岩台车，然后凿岩台车生成自己的钻孔计划。针对特定的隧道段制订相应的钻孔计划，提高隧道掘进的精度。为提升工作的精度和安全性，该凿岩台车还集成了自动调平和钻头停止保护等功能。操作员可以在控制室中利用钻机控制系统，通过一个监控本地传感器和摄像头的控制面板实现远程操作，从而远离危险区域。典型产品型号有ＢｏｏｍｅｒＸＥ３Ｃ、ＢｏｏｍｅｒＸＬ３Ｄ全电脑凿岩台车。以ＢｏｏｍｅｒＸＥ３Ｃ全电脑三臂凿岩台车为例，该产品具备全自动高效智能化钻孔、超前地质勘探和地质分析、三维扫描隧道内部开挖截面、远程通信与数据交互、锚杆施工、喷浆厚度检测，配合注浆和管棚施工、装药等多重功能，大幅提高了工作效率，节省了设备成本。
山特维克公司生产的典型产品有ＤＴ１１３０ｉ、ＤＴ１１３２ｉ、ＤＴ１２３２ｉ全电脑凿岩台车，以ＤＴ１１３０ｉ全电脑三臂凿岩台车为例，该产品专门用于隧道和矿山快速高效钻孔施工，具有全自动钻孔功能。
随着自动化技术的发展及其在凿岩台车上的应用，国外主要凿岩台车厂商均已完成了各自智能化系统的研发和应用，如安百拓的钻机控制系统、山特维克的ｉＳｕｒｅ系统等。安百拓Ｂｏｏｍｅｒ系列集成了远程控制系统，支持操作员在５０ｍ外完成钻孔作业，显著提高了施工安全性。山特维克ＤＴ系列配备了岩石识别系统，可实时分析岩体裂隙率与硬度，指导爆破参数优化。
２．２ 国内创新技术点
２０１８年，中国铁路总公司在铁路建设工作会议上提出“交通强国，铁路先行”，并对铁路隧道智能化建造提出了方向和要求。根据国家相关部委提出的“机械化换人、自动化减人”工程施工指导思想和重点工程施工需要，随着国内装备制造技术的发展，国产凿岩台车技术逐渐成熟，近年来凿岩台车在隧道施工中应用越来越广泛，尤其是全电脑凿岩台车的应用，助推了隧道施工建设的数字化、智能化进程。国内厂商通过自主研发，在多源数据融合（实现钻孔参数与支护设计的实时交互）、极端环境适配、成本控制等多方面实现了突破。
３ 典型厂商技术路线
３．１ 徐工集团
徐工集团结合国内钻爆法施工的特点和需求，研发了全电脑凿岩台车，适用于大中型隧道、洞库等地下工程的硬岩掘进施工。徐工集团全电脑凿岩台车（见图１）采用全电脑控制系统，具有锚杆、管棚与超前探孔功能。针对高原特殊的施工环境要求，各系统进行了相应的设计提升，降低了环境因素的影响，目前，该设备已在吉林、新疆和甘肃等多个洞库工程、公路隧道和铁路隧道中应用，运行稳定，施工效率高。
３．２ 中铁工程装备集团有限公司
中铁工程装备集团有限公司研发的ＤＪ３Ｅ全电脑三臂凿岩台车主要用于山岭隧道钻爆法全断面或微台阶法钻孔开挖作业，还可用于超前地质钻探、超前管棚钻设、超前注浆钻孔、辅助装药及撬毛等多种作业。该凿岩台车具有适应性广、破岩速度快、自动化、智能化程度高等特点，可以有效保证施工质量与施工效率，降低劳动强度和安全风险。该设备已被成功应用于黄岗至黄梅铁路刘元隧道建设中。
３．３ 中国铁建重工集团有限公司
２０１６年３月，中国铁建重工集团有限公司引进挪威ＡＭＶ公司技术，配置智能化数据采集与控制系统，在国内自主化生产的全电脑三臂凿岩台车成功下线。该台车通过控制超欠挖，更好地节约了物料成本；隧道截面轮廓成型效果好，并配有完整的地质分析系统和安全报警系统，可以实时监控记录钻进过程的信息，自动分析地质状况。较典型的ＺＹＳ１１３全电脑三臂凿岩台车已被应用于郑万高铁高家坪隧道、蒙华铁路九岭山隧道施工建设。
３．４ 江西鑫通机械制造有限公司
江西鑫通机械制造有限公司研制的全电脑单臂凿岩台车采用电脑控制系统，设备应用更简单智能，该系列产品专为矿山开采、高速、高铁、水利水电以及国防隧道凿岩钻孔而研发设计，高精度的掌控钻臂可按预先设计好的布孔图有序进行凿岩作业，有效降低了操作手的施工难度。各角度精准定位减少了隧道施工的超、欠挖，使隧道凿岩更轻松、高效、高质量。计算机系统图形化实时显示钻孔孔位角度、深度，全智能控制系统，可实现车辆的自动定位、臂架姿态自动调整，同时，系统还具备爆破孔参数、地质预报及数据上传功能。江西鑫通机械制造有限公司研发的ＤＷ３-１８０三臂凿岩台车可选配智能控制系统，实现自动化钻孔。该设备目前已被应用于浙江１０４国道线大礼岭隧道、龙丽温高速燕子山隧道施工。
４ 全电脑凿岩台车技术的发展趋势
４．１ 智能化升级路径
随着人工智能技术的推广及应用，未来，在人工智能爆破参数优化方面，基于深度学习的岩体可爆性分级系统可动态调整钻孔深度与间距，提高爆破水平。人机协同作业借助增强现实辅助操作系统，可以显著缩短新手培训周期，降低人力成本。
４．２ 绿色化技术突破
为了保护操作人员的健康，改善工作环境，研发低频液压冲击机构能有效降低凿岩台车的噪声，采用能量回收技术也可以提高节能效率。
４．３ 模块化设计方向
山特维克ＤＴ９２３ｉ型凿岩台车采用快换式钻臂接口，３０ｍｉｎ内可切换锚杆施工模式，设备利用率大幅提升。此外，模块化设计还支持根据工程需求灵活调整钻臂数量与布局，进一步拓展了应用场景。
４．４ 以现场施工工法引领全电脑凿岩台车设备需求
大型施工设备选型应与施工方法配套，结合工期，从隧道自身规模入手，以现场钻爆施工工法引领设备需求，综合考虑机械化配套，实现现场施工精度、施工进度、施工成本的管控目标。
４．５ 全电脑凿岩台车的多样化发展趋势
根据用户的不同要求组装成各种型式的台车，将钻臂、推进器和操纵系统等主要部件实现标准化、系列化生产，使产品适用范围更广，零件通用率更高。
５ 结束语
目前国内全电脑凿岩台车已从“进口替代”逐步迈向“技术引领”阶段，未来在我国推行全电脑凿岩台车进行隧道钻爆施工是隧道工程和机械化施工发展的必然趋势。然而，当前我国的凿岩台车生产仍然存在关键核心零部件依赖进口、复杂地质自适应算法成熟度不足等瓶颈，建议机械生产行业依托企业资源，建立产学研用联合实验室，重点攻关多模态数据融合算法与耐蚀钎具材料；积极制定行业标准，规范设备性能评价体系；加强国际合作，引进先进技术的同时提升自主创新能力。