全电脑三臂凿岩台车在隧道施工中的应用研究

为确保赣深铁路隧道施工的安全、质量，加快隧道施工进度，在软弱围岩中采用三臂凿岩台车进行大断面施工。文章结合实际工程案例，通过对三臂凿岩台车进行适当改造，实现利用三臂凿岩台车进行超前地质钻孔、超前管棚施工，为今后推广三臂凿岩台车在隧道中施工提供借鉴。

1工程概况

新建赣州至深圳铁路客运专线（江西段为江西先期开工段，位于赣州信丰县、全南县、龙南县境内，线路全长27.33km，其中大中桥11座/2289.08m，隧道7座/23764.26m，桥隧总长26.054km。桥隧比95.32%，合同工期48个月（2016年12月30日~2020年12月31日），投资18.44亿元。

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

技术人员确定钻孔设计图，将其导入车载电脑内，如下图所示，可实现一键激活，整个布孔过程中智能化水平高，可自动精确找点并完成打眼与清孔作业，施工效率良好，每2min钻进深度可达到5m，具体工艺流程为：①台车定位，将施工场地整平，依据工程需求适配台车并就位，基于3D扫描仪确定P1与P2两点，同时随机复核P3点，获得台车的具体位置；②确定钻孔设计图，分析隧道断面具体情况，综合考虑支护参数以及台车的工作能力，形成合适的钻孔设计图，将其导入车载电脑[1]；③自动钻孔与清孔，通过一键激活的方式启动钻孔系统，自动寻找点位并打眼，随后经由高压水、风完成清孔作业。

2.2超前地质勘探和地质分析

不良地质隧道施工风险高，在隧道施工中超前钻探及超前地质预报已纳入工序管理，水平超前探孔是目前最直观也是准确率相对较高的超前地质预报方法。常规超前钻探钻孔时间长，且仅能反映钻孔周围的地质情况。中国铁建重工全电脑三臂作业台车采用自动加杆功能进行超前钻孔勘探并上传数据。钻探准76mm的探孔，钻孔深度20~30m，钻孔时间20~25min。通过MWD软件分析复原地质情况，并形成地质报告，为下一步施工提供参考。

2.3断面扫描

三臂凿岩台车定位以后，在钻孔的同时可以通过扫描仪进行扫描开挖断面（或初期支护断面），不占用工序施工时间。可以提取任一里程的断面情况与设计断面进行对比，作为爆破设计优化及混凝土方量计算的标准。

2.4锚杆及管棚施工

凿岩台车钻臂具有较强的灵活性，升降范围-30。~60。，推进旋转达到360。，在各类锚杆、管棚的钻孔施工中都具有较好的适用性。此外，依据实际需求，还可将凿岩钻杆转变为锚杆，从而完成顶锚作业[2]。

2.5高空作业台车

吊篮臂推进过程中摆动范围达到-45。~45。，可精准定位。吊篮工作负荷高达450kg，可实现自动调平，且适配了水与高压空气接口，为锚杆安装、注浆等环节提供支持。吊篮上方安装有伸缩顶棚，为高空作业提供了安全保障。

3全电脑三臂凿岩台车的优势

3.1全电脑凿岩台车优势

①一机多用：可利用凿岩台车进行超前地质钻探与分析，形成分析报告，及时调整并优化开挖方案，并可根据地质情况进行管棚支护、小导管支护、360°锚杆支护、注浆加固等。②自动化程度高：无需人工在掌子面画点，实现自动定位与钻孔。③信息化程度高：可通过钻孔数据分析地质情况，形成地质数据库并存档，便于后期隧道维护；及时扫描超欠挖情况，调整钻爆方案；实现无需数据传输，可将凿岩台车在隧道内的施工情况和施工数据传输到洞外办公电脑或手机客户端上。④配置可升降驾驶室：全电脑三臂凿岩台车配置可升降驾驶室，升降高度1.6m，操作视觉效果好，操作无盲区，方便新手进行学习。⑤全电脑可视化操作：通过台车定位后，炮孔设计的点位、深度及角度等在电脑上完全显示，位置、孔数、角度、深度等自动控制，不需要操作手凭经验的手法来控制超欠挖。

⑥扫描定位：先把隧道的线路曲线坐标及竖曲线（坡度）坐标导入软件，在此基础上建立隧道轮廓断面并设计炮孔。施工时通过分析器进行定位，通过分析器检测隧道内测量的桩号坐标，能直接在掌子面反应出各钻孔的点位，再与台车电脑结合。通过台车定位后，炮孔设计的点位、深度及角度等在电脑上完全显示。⑦自动生成断面及炮孔图：通过扫描定位以后，导入台车的爆破设计图与隧道坐标结合，在凿岩台车电脑上生成本循环的隧道轮廓与爆破图，不需要测量人员标注隧道轮廓和钻孔孔位标注，断面图及炮孔图在凿岩台车电脑上显示，操作人员完全按照电脑显示控制炮孔的角度和深度，根据电脑指示摆臂架的角度[3]。

3.2铁建重工全智能三臂凿岩台车施工进度

铁建重工全智能三臂凿岩台车施工的赣深客专龙南隧道1#斜井Ⅱ、Ⅲ级围岩段20个循环施工时间统计如上表所示。

4三臂凿台车使用过程中遇到的问题以及改进措施

基于本项目现状，现场适配的1台三臂凿岩台车存在阶段性闲置问题，不利于高效施工作业，浪费了项目资源。对此问题加以分析，并提出针对性的改进措施。

4.1闲置原因

①三臂凿岩台车的稳定性建立在优良水质的基础上，而从本项目用水来源来看，主要采取的是对洞内渗漏水沉淀并循环的方式，经处理后水体中含大量杂质，无法为三臂凿岩台车的运行提供支持，易发生自动停机故障，同时管道清理难度较大，不利于钻孔作业的高效开展。②三臂凿岩台车对水量提出较高要求，通常情况下达到了30m3/h，而项目所在区域旱季地表明显缺水，伴随施工作业的持续推进，易引发冲沟断流现象，难以为拌合站正常生产提供充足的水源。同时，施工区域以Ⅳ级围岩居多，含大量泥岩与砂岩，施工中易出现卡钻现象，明显拖慢了施工进度。

4.2改进措施

①确保水资源供应充足，在洞外设置蓄水池，充分保留雨季多余的水量。②引入污水净化设备，将其设置于洞口处，可达到优化水质的效果。③总结设备频发故障，积极向厂家沟通，针对现实情况提出优化方案，确保设备运行性能，提高施工效率。④强化内部管理，各部门之间形成紧密的配合关系，从根本上消除三臂凿岩台车闲置问题。

5结语

隧道工程施工环境复杂，在现代化工程大环境下，对于施工效率提出更高要求，基于传统液压三臂凿岩台车施工时，存在工作效率低、适用能力不足等局限之处，无法满足实际需求，而在全电脑三臂凿岩台车的支持下，在确保施工质量的同时还提升了效率，这种智能化台车的应用效果更为良好，是隧道工程领域的重要发展方向，在后续关于此类台车的研究将更加深入。