智能化坡面行走式鉆機架在路基錨桿框架梁施工中的發(fā)展與應用前景

張晉峰

中鐵十二局集團第一工程有限公司 陜西 西安 710000

引言

在現(xiàn)代基礎設施建設中，路基錨桿框架梁的施工是確保道路穩(wěn)定性和安全性的關鍵環(huán)節(jié)。然而，在路基錨桿框架梁施工過程中，通常采用人工搭建鉆機平臺，但此搭建方法工藝復雜，工期較長，危險性高，現(xiàn)今已有了行走式鉆機架。但目前行走式鉆機架依然存在較大的問題，行走式鉆機架在坡面的移動過程中，經(jīng)常會因為坡面角度問題以及移動能力較差導致裝置滑落，無法移動所需位置，當移動到所需位置后，停止一段時間，也會因為停止能力有限，導致裝置后溜。在此背景下，智能化坡面行走式鉆機架的出現(xiàn)，為解決這些挑戰(zhàn)提供了新的思路和解決方案。智能化坡面行走式鉆機架通過其高度自動化的操作系統(tǒng)和靈活的機動性，顯著提高了施工效率和精確度。它能夠在復雜的坡面上穩(wěn)定行走和作業(yè)，有效減少了人工操作的難度和安全風險。此外，該設備的智能化設計使得其能夠適應不同的工程需求和環(huán)境條件，從而提高了施工的適應性和靈活性。因此，智能化坡面行走式鉆機架在路基錨桿框架梁施工中的應用，不僅代表了技術創(chuàng)新，也預示著該領域未來發(fā)展的巨大潛力。

1 智能化坡面行走式鉆機架結構

路基錨桿框架梁施工用坡面行走式鉆機架包含車架、移動組件和鉆孔機構。車架的頂部設有鉆孔機構，底部設有移動機構。移動組件包括活動連接在車架底部的支撐臂，支撐臂的底部一側設有驅(qū)動電機，驅(qū)動電機的一端轉動連接有貫穿過支撐臂的轉動軸，轉動軸遠離驅(qū)動電機的一端固定連接有輪子，支撐臂與車架之間活動連接有伸縮液壓缸，支撐臂的底部一端固定連接有止停塊，輪子的一側螺紋連接有鏤空輪[1]。

鉆孔機構包括活動連接在車架上的平板，平板的頂部固定連接有伺服電機，伺服電機的一端轉動連接有伸縮轉動柱，伸縮轉動柱遠離伺服電機的一端螺紋連接有鉆頭，平板與車架之間活動連接有伸縮提升機。伸縮轉動柱上套接有限位塊，驅(qū)動電機的底部設有固定連接在支撐臂上的墊塊。

2 當前應用現(xiàn)狀

智能化坡面行走式鉆機架作為一種創(chuàng)新性的施工設備，在路基錨桿框架梁的建設中已經(jīng)開始展現(xiàn)其顯著的效益。這種設備的引入，標志著傳統(tǒng)施工方法向更高效、更安全的方向發(fā)展。在實際應用中，智能化坡面行走式鉆機架主要通過其先進的自動化系統(tǒng)和適應性強的機械設計，改變了施工過程。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型提供了路基錨桿框架梁施工用坡面行走式鉆機架，具備以下有益效果：①該路基錨桿框架梁施工用坡面行走式鉆機架，因為鏤空輪的鏤空結構，讓鏤空輪在接觸坡面時，可以使裝置具有更強的抓地力，伸縮液壓缸拉伸帶動支撐臂底部圍繞支撐臂頂部向內(nèi)移動，使支撐臂上的止停塊接觸坡面，通過四個止停塊將裝置卡在坡面上，同時也通過支撐臂向內(nèi)移動降低的重心，有效地避免了裝置溜車的情況，有效地加強了裝置的移動能力，同時加強了裝置的防溜能力。②該路基錨桿框架梁施工用坡面行走式鉆機架，為了減低工人的工作量，通過伸縮提升機的抬升改變鉆孔角度，使工人需要再搭設支架，有效地降低了工人的工作量。例如，在渝昆高鐵六標DK550+672.09～DK552+542.15（DK550+699.9104=DK552+500，短鏈1800.0896m）段區(qū)間路基施工項目中，采用了這種鉆機架，不僅施工速度提高了約30%，而且由于精確的自動控制系統(tǒng)，鉆孔的準確度也得到了顯著提升。除了提高施工效率外，智能化坡面行走式鉆機架還大幅降低了施工成本。其一體化設計減少了對其他輔助設備的依賴，從而降低了設備租賃和維護的成本。在另一項沿海地區(qū)的路基錨桿工程中，使用這種鉆機架比傳統(tǒng)方法節(jié)省了約20%的總成本，主要歸功于其高效的作業(yè)能力和較低的維護需求。由于其優(yōu)越的機動性和穩(wěn)定性，使得在復雜和險峻地形上的作業(yè)變得更加安全。在一些高風險地區(qū)的施工中，該設備有效減少了工人在高危環(huán)境下的直接作業(yè)時間，從而降低了事故發(fā)生的概率[2]。

3 發(fā)展挑戰(zhàn)與改進措施

3.1 技術瓶頸

3.1.1 環(huán)境適應性和穩(wěn)定性。智能化坡面行走式鉆機架在復雜地形和多變環(huán)境中的適應性和穩(wěn)定性是確保施工安全和效率的關鍵。這一挑戰(zhàn)的核心在于如何使設備在各種不同地質(zhì)結構、天氣條件以及地形障礙中保持高效穩(wěn)定地運行。地形的復雜性對智能鉆機架的影響尤為顯著。在不均勻的地形上，如陡峭的坡面、不穩(wěn)定的土層或松散的石質(zhì)地面，鉆機架必須能夠保持穩(wěn)定性，避免傾覆或損壞。這就要求其設計必須兼顧靈活性和堅固性，能夠在復雜地形中平穩(wěn)行走和作業(yè)。此外，行走機構的設計也需要考慮到地形的多樣性，例如，使用可調(diào)節(jié)的支腿和靈活的懸掛系統(tǒng)，以適應不同的地面條件。不同的地質(zhì)結構也對鉆機架的運行效率和安全性提出了挑戰(zhàn)。在硬巖地層或含有大量石塊的地面上作業(yè)，可能會導致鉆頭磨損加劇甚至損壞。因此，鉆機架需要配備高強度、耐磨損的鉆頭和增強型驅(qū)動系統(tǒng)，以應對這些苛刻的條件。極端天氣條件，如暴雨、高溫、強風等，不僅會影響操作人員的安全，也會對設備的穩(wěn)定性和作業(yè)效率產(chǎn)生負面影響。例如，暴雨可能導致地面松軟或泥濘，影響鉆機架的行走穩(wěn)定性；高溫則可能影響電子系統(tǒng)的運行。因此，智能鉆機架需要具備良好的防水防塵能力，并且在設計上要能夠耐受不同的氣候條件。為了應對這些挑戰(zhàn)，智能化坡面行走式鉆機架的設計必須注重多方面的性能優(yōu)化。這包括使用高耐久性材料，提高結構的強度和穩(wěn)定性；開發(fā)高級的自動化控制系統(tǒng)，使設備能夠根據(jù)實時地理和氣象數(shù)據(jù)做出快速反應；以及優(yōu)化機械和電子系統(tǒng)，以提高其在復雜環(huán)境下的可靠性和耐用性[3]。

3.1.2 高級自動化系統(tǒng)的集成和優(yōu)化。智能化坡面行走式鉆機架的高級自動化系統(tǒng)是其核心組成部分，包括傳感器、控制算法和數(shù)據(jù)處理能力。這些系統(tǒng)的集成和優(yōu)化對于確保設備的高效、精確運行至關重要。然而，高度集成的自動化系統(tǒng)帶來的技術復雜性和集成風險是不容忽視的挑戰(zhàn)。傳感器作為智能化系統(tǒng)的“眼睛”，在確保設備精準定位和環(huán)境感知方面起著至關重要的作用。高級自動化系統(tǒng)通常包括多種傳感器，如地形掃描雷達、壓力傳感器和溫度傳感器等。這些傳感器需要能夠在各種環(huán)境條件下準確地收集數(shù)據(jù)。然而，不同傳感器類型之間的數(shù)據(jù)融合和處理是一個復雜的過程，需要精確的校準和高效的算法來確保數(shù)據(jù)的準確性和實時性?？刂扑惴ㄊ侵悄茔@機架自動化系統(tǒng)的大腦。高級控制算法不僅要處理來自傳感器的大量數(shù)據(jù)，還需要做出快速而準確的決策。

3.1.3 長期耐久性和維護需求。智能化坡面行走式鉆機架的長期耐久性和維護需求是確保其持續(xù)可靠運作的關鍵。在惡劣環(huán)境下，設備的連續(xù)運行和高負載工作易導致快速磨損和故障，對維護策略和設計改進提出了高標準的要求。長期耐久性的挑戰(zhàn)主要來源于設備在極端環(huán)境條件下的使用，如高溫、低溫、濕度、粉塵等。這些條件可能加速機械部件的磨損和腐蝕，影響電子組件的穩(wěn)定性。為應對這一挑戰(zhàn)，設備的設計需要使用高耐久性材料，如耐腐蝕的合金和高強度的合成材料，以及改進的防護措施，如密封的電子艙和加強的防塵防水措施。此外，對于易損部件，如傳感器、驅(qū)動系統(tǒng)和鉆頭，應考慮更容易更換的設計，以減少維護時間和成本。鉆機架的高負載工作性質(zhì)意味著其結構和機械部件需承受持續(xù)的重壓和震動。這不僅對材料的強度提出了高要求，也意味著需要高效的震動減緩和負載分配系統(tǒng)。因此，在設計階段，結構的穩(wěn)定性和減震能力就成為關鍵考慮因素。例如，使用高效的減震材料和動態(tài)負載平衡系統(tǒng)可以顯著提高設備的耐久性。

3.2 改進措施

3.2.1 增強環(huán)境適應系統(tǒng)。為確保智能化坡面行走式鉆機架在各種環(huán)境下都能穩(wěn)定高效地工作，進行多環(huán)境測試和優(yōu)化至關重要。在不同地質(zhì)條件（如軟土、巖石、沙質(zhì)地面）和不同氣候條件（如高溫、低溫、潮濕）下對設備進行全面測試。這些測試可以揭示潛在的性能問題和耐久性瓶頸，為優(yōu)化設計和改進提供依據(jù)。通過這些實地測試，可以調(diào)整控制算法，優(yōu)化機械部件的設計，從而提高設備的適應性和穩(wěn)定性。耐磨材料可以延長設備在惡劣環(huán)境中的使用壽命，減少維護需求，而輕質(zhì)材料可以提高設備的機動性和能效[4]。

3.2.2 系統(tǒng)集成和智能化升級。模塊化設計可以使智能化坡面行走式鉆機架的系統(tǒng)集成更加靈活和可維護。在模塊化設計理念下，各個子系統(tǒng)（如驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳感器網(wǎng)絡）被設計為獨立的模塊，這樣可以單獨開發(fā)、測試和維護每個模塊，從而簡化了整體系統(tǒng)的升級和維護。此外，通過對實時數(shù)據(jù)（如地質(zhì)數(shù)據(jù)、操作數(shù)據(jù)）的分析，機器學習算法可以優(yōu)化鉆孔策略，提高鉆進效率和精度。例如，利用機器學習模型預測地層的變化，自動調(diào)整鉆進參數(shù)，以適應不同的地質(zhì)條件。這種智能化升級不僅提高了作業(yè)效率，還有助于減少故障率和維護成本。

3.2.3 可持續(xù)維護和設計優(yōu)化。實施遠程監(jiān)控和診斷系統(tǒng)是提高設備維護效率和預防性維護的關鍵。通過這一系統(tǒng)，可以實時跟蹤設備的工作狀態(tài)和性能指標，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題。這種預防性維護策略不僅可以減少意外停機時間，還可以延長設備的使用壽命。

設計易于接入和操作的維護接口對于降低技術門檻和提高維護效率至關重要。一個直觀、用戶友好的接口可以幫助操作人員更快地理解和診斷設備問題，簡化維護流程。例如，通過圖形化的用戶界面展示設備的狀態(tài)和維護指導，可以幫助操作人員快速定位問題并進行相應的維護工作。這種設計不僅提升了維護效率，還減少了對專業(yè)技術人員的依賴，降低了維護成本。

4 應用前景分析

智能化坡面行走式鉆機架在路基錨桿框架梁施工中的應用前景是廣闊的。隨著高鐵建設的不斷進步和對復雜地形施工需求的增加，這種設備的重要性將日益凸顯。預計在未來，它不僅會成為施工中的標準設備，還將引領高鐵建設的技術革新。智能化坡面行走式鉆機架的高效率和精確性使其在處理復雜地形中的框架梁施工時具有顯著優(yōu)勢。在山區(qū)、丘陵和其他難以接近的地區(qū)，這種設備能夠提供更安全、更可靠的解決方案，大大減少傳統(tǒng)人工作業(yè)的風險和不確定性。此外，其智能化特性使得施工過程更加自動化和精確，降低了施工錯誤的可能性，提高了整體工程質(zhì)量。隨著環(huán)保意識的提高和對可持續(xù)發(fā)展的追求，智能化坡面行走式鉆機架的環(huán)保特性也將成為其重要的應用動力。由于其高效的作業(yè)方式和優(yōu)化的能源使用，該設備能夠減少施工過程中的碳排放，符合綠色建筑的理念[5]。

5 結束語

智能化坡面行走式鉆機架憑借其高效率、精確性和卓越的環(huán)境適應性，已成為路基錨桿框架梁施工領域的一項重要技術創(chuàng)新。它的主要優(yōu)勢在于提高施工安全性、降低成本并增強作業(yè)的精確度，尤其在復雜地形中顯示出其獨特的潛力。這些特點不僅展現(xiàn)了其在當前建設項目中的實用價值，也預示著其在未來建筑行業(yè)的廣泛應用和發(fā)展?jié)摿?。因此，持續(xù)的研發(fā)和推廣智能化坡面行走式鉆機架的技術是至關重要的。通過不斷的技術創(chuàng)新和改進，我們可以期待它為建筑行業(yè)帶來更多的安全性、效率和可持續(xù)性。