戶田建設(shè)開(kāi)發(fā)架設(shè)鋼架支護(hù)的工作面無(wú)人施工系統(tǒng)

戶田建設(shè)為了開(kāi)發(fā)能夠應(yīng)用于隧道施工中鋼架支護(hù)搭建工作面的無(wú)人施工系統(tǒng)，在筑波技術(shù)研究所的結(jié)構(gòu)施工試驗(yàn)樓進(jìn)行了組裝試驗(yàn)，確認(rèn)該系統(tǒng)的性能達(dá)到了預(yù)期水平。

該系統(tǒng)在原隧道施工中使用的架設(shè)一體式噴射臺(tái)車(chē)(用于架設(shè)鋼架支護(hù)和噴射混凝土作業(yè)的施工機(jī)械)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改良，1名作業(yè)人員即可遠(yuǎn)程操作該系統(tǒng)完成架設(shè)鋼架支護(hù)、擰緊螺栓和定位工作，無(wú)需進(jìn)入工作面下方，提高了隧道工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性，并且節(jié)省了勞動(dòng)力。

開(kāi)發(fā)背景

在山嶺隧道鋼架支護(hù)結(jié)構(gòu)作業(yè)中，因?yàn)楣と诵枰絼傞_(kāi)挖的工作面正下方進(jìn)行作業(yè)，所以經(jīng)常發(fā)生事故。在隧道施工事故中，約有40%是由工作面土、砂、石的坍塌引起的。鑒于這種情況，日本于2016年發(fā)布了《防止山嶺隧道施工工作面坍塌災(zāi)害指導(dǎo)方針》，要求施工中除了事先勘察確定地面狀況以制定防止坍塌事故發(fā)生的計(jì)劃外，還應(yīng)采用機(jī)械化的方式防止事故發(fā)生。在山嶺隧道建設(shè)中，地質(zhì)條件復(fù)雜，自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展較落后，近些年，為了應(yīng)對(duì)老齡化和技術(shù)工人短缺的問(wèn)題，迫切地需要盡快提高安全性、節(jié)省人力、實(shí)現(xiàn)施工自動(dòng)化和提高生產(chǎn)率。在此背景下，戶田建設(shè)積極推進(jìn)技術(shù)研發(fā)，開(kāi)發(fā)了鋼架支護(hù)結(jié)構(gòu)作業(yè)工作面無(wú)人施工系統(tǒng)。

工作面無(wú)人施工系統(tǒng)的特點(diǎn)

1)傳統(tǒng)架設(shè)鋼架支護(hù)的方法是在工作面正下方的作業(yè)人員以照射激光為基準(zhǔn)，進(jìn)行目視確認(rèn)和下達(dá)指示，再由操作人員進(jìn)行操作。本系統(tǒng)則在加長(zhǎng)的抓取裝置上(從過(guò)去的1 m延長(zhǎng)至5 m)安裝定位測(cè)量用的棱鏡，一邊通過(guò)后方自動(dòng)跟蹤式全站儀測(cè)量鋼架支護(hù)的位置，一邊使用帶有微調(diào)功能的高性能架設(shè)機(jī)將結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確架設(shè)在設(shè)計(jì)位置。

2)傳統(tǒng)鋼架支護(hù)接合方法是作業(yè)人員進(jìn)入工作面正下方，用螺栓和螺母在橫向方向上接合，但在本系統(tǒng)中，是將帶剪力銷(xiāo)的槽鋼接頭部放置在H型鋼的左右兩側(cè)，從前后方向上重疊，在正面用螺栓連接。在發(fā)生彎矩作用時(shí)，這種連接方式可以抑制接頭變形，通過(guò)4根剪切銷(xiāo)傳遞彎矩，具有與傳統(tǒng)接合方式同等甚至更高的強(qiáng)度。此外，通過(guò)加長(zhǎng)兩端的剪切銷(xiāo)，在相互組裝時(shí)還能起到導(dǎo)向銷(xiāo)的作用。

3)鋼架支護(hù)組裝完成后，利用研制的遠(yuǎn)程螺栓擰緊裝置從工作面正面將螺栓擰緊。本裝置安裝在施工機(jī)械主體的搭乘用吊籃底座上，通過(guò)具有調(diào)整位置和角度功能的螺栓擰緊機(jī)，操作人員可以一邊觀察監(jiān)控，一邊遠(yuǎn)程通過(guò)螺栓擰緊機(jī)將螺栓與事先焊接在接頭上的螺母擰在一起。

未來(lái)發(fā)展

今后，戶田建設(shè)將根據(jù)試驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)，確立適用于現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)，爭(zhēng)取從2021年開(kāi)始，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)施工的積累，實(shí)現(xiàn)工作面無(wú)人化施工。此外，戶田建設(shè)還將致力于構(gòu)建全自動(dòng)化系統(tǒng)，提高山嶺隧道施工的安全性和生產(chǎn)效率。

(摘自 隧道網(wǎng) https://www.tunnelling.cn/PNews/NewsDetail.aspx?newsId=43325 2021-05-10)