徐工TZ3S大型隧道鑿巖臺車

（徐州徐工鐵路裝備有限公司，江蘇 徐州221004）

0 引言

在公路隧道、鐵路隧道、地下洞庫等地下工程項目中，巖體掘進是一項重要工序。鉆爆法是巖體掘進的高效施工方法，迄今為止，在國內外隧道施工中仍占據主要地位[1]。目前國內大部分地下工程仍然在使用人工法施工，即利用傳統的氣動鑿巖機鉆孔[2]。隨著地下工程施工需求的逐步加大、國家對施工安全重視程度的提升及有效勞動力的逐漸短缺，鑿巖臺車已經成為鉆爆法施工的必備工程裝備。國內各主要大型施工單位也在同鑿巖臺車廠家一起不斷優化鑿巖臺車的功能，提升施工經濟性，鑿巖臺車正朝著個性化、定制化方向發展[3]。徐工集團2010年進入鑿巖臺車行業，目前已有五大系列數十款產品成功開發并投放市場，有效助力國內基礎設施建設，帶來了顯著的經濟效益及社會效益。

徐工集團依托多年的鑿巖臺車開發經驗，結合國內地下工程工藝工法、操作習慣等方面的特殊性，開發了TZ3S大型隧道鑿巖臺車，該裝備具有覆蓋面積大、鑿巖效率高、動力強勁、路面適應性好等特點，適用于大中型隧道、礦山及其他地下工程中的巖體掘進作業。

1 主要技術參數

最大作業面積 190 m2

最大作業寬度 16.52 m

最大作業高度 13.110 m

鑿巖機沖擊功率 18/27 kW

發動機功率 186 kW

裝機功率 237/282 kW

工作平臺舉升高度 12 m

工作平臺額定載荷 400 kg

行駛速度 15 km/h

最大爬坡能力 25%

整機外形尺寸 17.24×2.93×3.66 m

整機重量 53.5 t

2 主要結構組成及性能特點

2.1 結構組成

TZ3S大型隧道鑿巖臺車是一種采用鉆爆法施工的專用液壓鑿巖設備，主要用于地下工程掘進,整車有三套具有平行保持功能的鉆臂及推進器系統，同時有一套能方便移動的工作平臺，設備可鉆爆破孔、錨桿孔、掏槽孔、超前灌漿孔，并可輔助裝藥、安裝錨桿等作業。

TZ3S大型隧道鑿巖臺車結構示意圖如圖1所示，該產品主要由推進器（含液壓鑿巖機）、鉆臂、翼式臂座、駕駛室、車架、動力系統、液壓系統、電氣系統、傳動系統、水沖洗系統、氣潤滑系統、平臺總成、加桿系統、機罩、集中潤滑系統以及其它附屬設備等組成。

2.2 動力系統

圖1 TZ3S大型隧道鑿巖臺車結構示意圖

動力系統示意圖見圖2，該產品選用道依茨BF6M1013型發動機，標配機油壓力低、水溫高自動降功率功能，選配機體水加熱、機油加熱、燃油加熱、高原風扇等功能，滿足高原極端環境使用。

除在行車過程中為行駛、剎車等提供動力外，還可為除鑿巖機沖擊、回轉以外的其他動作提供動力。

2.2 傳動系統

圖2 動力系統示意圖

傳動系統將發動機動力轉化為車輛行走的動力，同時滿足制動要求，傳動系統組成示意圖見圖3。

選用進口德納前后橋及杭齒變速箱，兼顧可靠性及功能多樣性。

標配前橋差速鎖、變矩器冷卻回路節溫器、一二檔手剎保護，選配軸間差速器。

前橋液壓差速鎖提高惡劣路況通過性；變矩器冷卻回路節溫器，變矩器油溫處在最佳溫度范圍，提高效率；一二檔手剎保護，有效保護手剎制動；撥叉式軸間差速器降低輪胎拖磨，提升惡劣路況通過性。

圖3 傳動系統組成示意圖

2.3 液壓系統

液壓系統主要進行鉆進控制、鉆臂控制、服務平臺控制、行走控制、水氣路控制、加桿控制、輔助動作控制。

整車具有回退防卡釬、比例防卡釬、防空打、軟開孔、三級沖擊功率自動調節、推進壓力控制、強制拔釬、大孔/小孔轉換、氣潤滑保護、水沖洗保護、沖擊泵穩壓（蓄能器）、液壓油溫自動控制等功能，顯著提升打孔效率、避免卡釬風險、降低鉆具消耗。

2.4 電控系統

配置行車影像功能，提升行車安全性；配置GPS 監控與解鎖車功能，降低車輛經營風險；配置電氣柜及車架照明燈，提升保養方便性；多重安全防護措施，確保施工安全性；配置電腦導向系統，可完成孔位布置、用藥建議、鑿巖云圖輸出等多種操作，提升鉆進準確性，降低對機手操作經驗的要求。

2.5 臂座系統

臂座系統主要用于連接車架和各執行機構，下方使用兩組螺栓安裝在前車架上，上方安裝三個鉆臂和一個作業平臺，通過左右各兩個四級油缸的伸縮，達到擴展及收縮的作用，兼顧覆蓋性能及通過性，臂座系統組成示意圖見圖4。

圖4 臂座系統組成示意圖

2.6 鉆臂

鉆臂由鉆臂安裝座、后三角油缸、主臂、伸縮臂、軟管固定座、前三角油缸安裝座、前三角油缸、旋轉油缸、拐臂體、推進器托架、偏擺油缸等組成；鉆臂座可與翼式臂座連接，后三角油缸與前三角油缸通過液壓系統互聯，達到鉆臂平行保持的功能；推進器托架用于安裝推進器，旋轉油缸和偏擺油缸分別可使推進器軸向360°旋轉或垂直于拐臂軸線90°擺動，鉆臂組成見圖5。

2.7 作業平臺

作業平臺采用三節臂結構，使得作業高度達到12m；對吊籃結構進行輕量化設計；增加防護頂棚設計，可在旋轉油缸驅動下開啟或折疊，方便在隧道內使用，作業平臺組成見圖6。

2.8 推進器

圖5 鉆臂組成示意圖

圖6 作業平臺組成示意圖

推進器設計有四種不同的規格，可達到不同的鉆孔深度，分別配置長度為4310 mm、4915 mm、5525 mm、6135 mm、6400 mm 的鉆桿；鑿巖機可配置HC109 和HC110 兩種，更換時僅需改用不同的鑿巖機安裝托板，并對鉆進油缸、鋼絲繩等安裝位置進行一些調整即可。為達到最大鉆孔深度，對結構進行了優化，使得同等鉆桿鉆深與競爭對手相當；對U型管夾進行了優化，增加了多個尼龍小滾輪，防止磨損軟管，推進器組成見圖7。

2.9 加桿系統

加桿系統安裝于推進器上，可將其上保存的輔助鉆桿旋轉至鉆桿的位置，通過鑿巖機旋轉、推進器前端頂盤夾緊等動作將輔助鉆桿與已鉆入巖層的鉆桿相連接，相當于增加鉆桿的長度，用于鉆管棚、地質探測孔等長度超過30 m 的孔，加桿系統示意圖見圖8。

2.10 駕駛室

封閉式駕駛室為全景式，視野廣闊，整體按照人機工程學設計，操作簡單、維修便捷；內部包含駕駛操作位及施工操作位兩個區域，施工操作位包含三套鉆臂操作臺、一套工作平臺操作臺、一套加桿系統操作臺；封閉防水隔噪效果良好，配置室內燈、空調系統、雨刮器（帶噴水清洗功能）、滅火器、門鎖、門吸裝置、衣帽鉤，逃生錘，茶杯支座，煙灰缸支架等，顯著提升操作性與舒適性，駕駛室局部圖見圖9、圖10。

圖7 推進器組成示意圖

圖8 加桿系統示意圖

2.11 電腦導向系統

電腦導向系統通過各種傳感器檢測鑿巖臺車鉆臂各關節的狀態，運用九關節多連桿串聯機械臂運動學技術，對檢測到的數據進行解析，獲得精確的鉆孔深度、角度和位置，并在機載電腦上實現鉆臂圖形化的顯示，輔助鑿巖臺車操作手快速完成整個施工斷面的鉆孔定位，具有精度高、超挖欠挖少、經濟性高、效率高、勞動強度低等優點。

圖10 駕駛室行駛操作位局部圖

電腦導向系統通過采集鑿巖過程中的數據信息，確定圍巖等級、節理發育等地質數據，并以地質云圖的形式直觀體現。電腦導向系統部分功能示意圖見圖11。每次施工可形成階段地質報告，并將地質參數納入到地質大數據庫，輔助施工決策。工程完成后形成整個工程的地質報告及工程地質大數據庫，為工程檢修及后續類似地質工程提供詳實素材，方便后續工作和研發的開展。

通過該系統在鑿巖臺車上的應用，能夠減少超挖與欠挖，提高隧道施工質量，獲得精確的隧道斷面輪廓，有效提高鑿巖臺車的工作效率，降低工程施工的成本。

圖11 電腦導向系統部分功能示意圖

3 主要功能（技術亮點）

覆蓋面積大于競爭對手，基本覆蓋國內隧道施工面積要求。

圍巖等級自適應匹配，液壓系統具有多級防卡、鑿巖自適應等特點，可實現防卡釬、防空打，有效應對斷層、破碎帶、透水層，同時降低各類鉆具消耗量；鉆進系統采用三泵系統，分工明確，抗干擾，系統工作穩定。

行走由液力機械驅動，后輪轉向，四輪驅動，滿足隧道等復雜地形通過性，采用道依茨發動機，動力強勁，排放滿足歐Ⅲ排放標準，符合地下空間施工環保要求。

采用進口蒙特貝鑿巖機，性能穩定，鑿巖效率高。

二級伸縮式工作平臺，兼具自動調平及單獨操作功能，可以輔助完成裝藥、撬毛等多種施工作業。

封閉式駕駛室，隔絕施工噪音，改善操作環境；采用人機工程學設計，提升操作方便性。

采用方形鉆臂，結構以板材焊接為主，提升工藝性并大幅降低成本，同時杜絕鑄件發生脆性斷裂的風險。

臺車能夠快速空間定位，大幅節省施工中描點劃線及鉆臂定位時間；鉆臂電腦輔助定位準確度高，有效提升周邊孔精度，降低操作難度；鉆深設定與監測功能，顯著提高爆破孔底平整度；三維掃描、地質報告、數據記錄等功能，方便建立隧道大數據庫。

封氣吹孔功能，降低藥管損傷；加桿系統可滿足多種深孔作業需要；臺車低溫啟動等選配功能豐富，明顯提升了施工方便性。

3 結束語

TZ3S 三臂鑿巖臺車覆蓋面積大、鑿巖效率高、動力強勁、路面適應性好；電腦導向，輔助定位快速準確；工況自適應鑿巖匹配功能，大幅降低卡鉆風險；全景式封閉駕駛室，視野開闊，操作舒適；多種推進器可選，大幅提升工況適應性；自動加桿系統可滿足深度30 m 的深孔鉆進；該設備目前已在部分飲水隧道、公路隧道中應用，表現穩定可靠，其進一步推廣將會給客戶帶來更大的選擇空間，為行業注入新的活力。