川藏鐵路隧道鉆爆法施工成套裝備技術體系研究

劉飛香，姬海東，肖正航

(中國鐵建重工集團股份有限公司，湖南 長沙 410100)

0 引言

川藏鐵路是一項具有重要交通、國防意義的國家重大建設項目，同時也是鐵路建設領域公認的世界難點工程。川藏鐵路東起四川成都，西至西藏拉薩，穿越橫斷山、念青唐古拉山等山脈，橫跨大渡河、瀾滄江、怒江等河流，全線高差超過3 000 m，被稱為“八起八伏”[1]。川藏鐵路沿線具有落差大、板塊活動強烈、生態環境脆弱等特點。川藏鐵路隧道在川藏鐵路全線的占比高達84%，控制性工程集中在長大隧道，惡劣的自然環境和復雜的地質條件對隧道施工人員和裝備帶來較大的不利影響，常規的小型機械配套和低等級配套難以滿足川藏鐵路建設要求[2]。為實現川藏鐵路高起點、高質量、高標準的建設目標，通過開展針對性的研發、配置和應用實踐，提出了川藏鐵路隧道鉆爆法施工成套裝備體系的建議方案，為該世紀工程順利建設提供有力保障。

在川藏鐵路前期可研論證階段，國內專家、學者針對川藏鐵路隧道鉆爆法施工已開展部分研究。在機械化配套方面： 吳建和等[3]針對川藏鐵路隧道不良地質環境鉆爆法施工開展了研究，提出了相應的機械化施工裝備配套方案，并對適應機械化施工的開挖方法提出了建議； 陶偉明等[4]總結了現階段國內外鐵路隧道機械化配套施工的典型方案及應用效益，針對川藏鐵路隧道分析了采用機械化配套施工的必要性和優勢，提出了川藏鐵路隧道機械化配套的建議方案； 郝俊明[5]分析了當前隧道施工機械化配套體系存在的缺陷，針對川藏鐵路隧道施工提出了機械化配套方案。在機械化施工管理和風險應對方面： 趙強[6]結合新建川藏鐵路拉薩到林芝段LZQ-12標段米林隧道施工實踐，就鉆爆法施工的關鍵工序和技術進行了分析； 韓賀庚等[7]以蒙華鐵路隧道工程實踐為依托，闡述了全線路隧道機械化施工技術和管理方法； 袁勛[8]結合西藏杰德秀隧道高海拔、高烈度等復雜地質特點，對隧道施工與安全管理進行了研究。總的來說，現階段針對川藏鐵路鉆爆法施工的研究主要集中在機械化配套、施工管理、施工風險應對等方面，通過已有機械化裝備的配套運用來適應川藏鐵路隧道工程建設需要，但對川藏鐵路隧道鉆爆法裝備依托的基礎共性技術和成套化體系還缺少系統性的研究和梳理。

川藏鐵路建設在帶來技術挑戰的同時，必將推動我國隧道建設水平的全面提升，鉆爆法施工裝備技術作為支撐隧道建設的關鍵基礎，其發展和進步具有重要意義。因此，本文在分析川藏鐵路隧道鉆爆法施工風險和挑戰的基礎上，以裝備研發為切入點，從裝備適應性以及信息化、智能化等方面開展研究，提出了川藏鐵路鉆爆法施工成套裝備的技術體系。

1 川藏鐵路隧道鉆爆法施工面臨的主要挑戰

根據川藏鐵路可研批復顯示，川藏鐵路雅安至林芝段正線長1 010 km，隧道共72座，其中10 km以上長大隧道35座，20 km以上長大隧道16座，30 km以上長大隧道6座，隧道所在海拔高度集中在2 000～4 000 m，高海拔、大埋深是上述長大隧道的普遍特點。川藏鐵路隧道建設的風險主要包括高原環境、復雜地質、生態條件、建設管理4個方面。高原高寒環境顯著降低人員和裝備的施工工效，是隧道施工的不利因素。川藏鐵路已經確認的惡劣地質環境包括高地應力、軟巖大變形、強巖爆、高地溫等，而沿線地勘的困難進一步加劇了地質風險。隧道建設產生的大量廢水、廢氣、廢碴對高原脆弱的生態環境是嚴峻挑戰。因此，上述風險亟需在裝備上進行針對性設計，通過成套裝備體系推動隧道建設朝安全、優質、綠色方向發展，滿足川藏鐵路的建設需求。

同時，川藏鐵路的高起點、高質量、高標準建設目標引領了隧道建造與隧道裝備技術的未來發展方向。傳統的隧道施工方法和機械裝備存在信息化水平低、施工方式粗放、勞動效率不高等問題，尤其在施工安全、質量管控方面，存在諸多潛在風險，無法有效支撐川藏鐵路的長大隧道群建設[9]。在產業轉型升級的大背景下，以智能化裝備與大數據平臺為支撐的隧道智能建造模式是大勢所趨。以大型機械化配套為基礎，研發智能化技術與裝備大數據平臺，是實現川藏鐵路高標準高質量建設的關鍵。

2 川藏鐵路隧道建設風險及鉆爆法施工裝備適應性技術

2.1 高原極端環境施工裝備適應性

高原環境對于施工裝備的影響主要包括低氣壓、低溫、低氧含量造成的零部件工作性能劣化和工作壽命縮短等。在低氣壓環境，設備散熱能力下降，同等散熱功率下的溫升與氣壓近似成反比，低氣壓還會導致電氣間隙擊穿電壓降低，使得設備只能降功率、降容使用[10]。低溫環境對電池放電性能有顯著影響，造成設備啟動困難。高原環境還會對蓄電池、電機電刷、密封等部件的使用壽命造成較大影響，導致裝備故障率升高、維保負擔加大。除施工裝備外，高原低氧環境對施工人員也是極大的挑戰。高原低氧環境影響涉及到人體的各個系統，導致運動技能、認知能力、記憶力減退。

針對高原環境的裝備適應性技術包括電驅動技術、功率恢復技術、低溫啟動技術、生命保障技術等，并結合整機室內適應性驗證，保障裝備在高原環境的正常作業。通過電驅動技術使裝備在隧道內主要作業時間內做到零排放，保障隧道內空氣質量不對人員作業安全造成影響。通過功率恢復技術改善和避免電機在高原環境下降效[11]。通過低溫啟動技術提高裝備在低溫條件下的啟動可靠性。通過生命保障技術提高作業空間的氧含量，保障人員健康和施工效率。上述各項改進技術在設計完成后，應通過測試驗證，保證裝備在海拔2 000～4 000 m、溫度-30～60 ℃、壓力0.06～0.1 MPa、氧含量13%～20%的高原環境下正常運行。

2.2 復雜地質條件施工裝備適應性

川藏鐵路沿線以高寒高海拔、大高差和強烈的構造作用為典型地質背景，內外動力地質作用均十分強烈，不良地質主要有高地應力(巖爆與大變形)、斷層破碎帶、巖溶、高地溫、有害氣體等[1]。

川藏鐵路施工裝備對于隧道復雜地質的適應性需要以圍巖動態感知技術為基礎，通過“邊掘邊探、長短結合”的方式實時動態地獲取圍巖信息。圍巖動態感知技術以智能型鑿巖臺車機載集成鉆孔參數分析系統和掌子面雙目成像系統為基礎，可以在每個施工輪次有效獲取掌子面前方短距離范圍內的圍巖地質信息。鉆孔參數分析系統通過鑿巖鉆進過程中的推進速度、推進壓力、沖擊壓力等參數，結合鉆具-巖石相互作用模型，預測圍巖強度分布。掌子面雙目成像系統使用2套經過精確標定的相機云臺，采集掌子面高分辨率圖像，從中重建得到掌子面圍巖高保真三維模型，并進一步提取得到節理、產狀發育等信息。建立圍巖智能分級深度學習模型，智能化預測圍巖等級并給出推薦施工方案。將短距離圍巖動態感知與30 m鑿巖臺車加深炮孔、150 m多功能地質鉆機以及更長距離的定向地質鉆機進行合理組合，配以其他物探手段[12]，從而克服施工前期地勘困難帶來的不確定性，在不對施工周期和成本產生明顯影響的前提下，實現圍巖地質信息的實時準確獲取。在圍巖信息動態感知的基礎上，通過信息化的決策方式與大型智能機械施工方法，實現特殊地質的高效安全處治。基于裝備數據平臺，遠程在線實時獲取圍巖綜合地質信息(見圖1)，對不良地質進行超前預警，利用圍巖智能分級和在線動態設計系統，快速完成必要的設計變更并將施工參數實時下發至施工裝備，將信息化、智能化手段與地質災害處置措施相結合，提高對特殊地質的應對能力。

(a) 勘測數據

(b) 鉆進參數

隨著川藏鐵路隧道施工的不斷推進，川藏鐵路沿線不良地質條件與工程地質問題被逐步揭示，施工裝備對于隧道復雜地質的適應性技術將得到不斷改進和完善，以滿足川藏鐵路隧道建設的需求。

2.3 高原生態環境施工裝備適應性

川藏鐵路沿線穿越川藏兩地生態紅線和自然保護區的緩沖區。高原氣候下生態脆弱、環境敏感，水土流失及土地荒漠化較為嚴重，植被生長速度慢，生態恢復困難[13]。然而，川藏鐵路隧道工程總長超過800 km，預估棄碴量高達1.1億m3，棄碴量大、種類成分復雜，棄碴場選址、棄碴運輸和再利用均存在較大困難。隧道施工產生的揚塵、廢水、廢氣易引起一定范圍的生態環境破壞。隧道施工廢棄物對土壤上層植被、凍土層等的破壞可能導致風蝕強度和面積的增加，進一步加劇水土流失，誘發次生生態災害。

生態環境適應性的關鍵是研發廢棄物處置和資源化技術，通過配套的綠色環保裝備實現隧道施工廢碴、廢水、廢氣等的減量、無害處理以及回收再利用。針對高原隧道施工產生的廢碴、廢水，可通過研發高能破碎技術、高頻篩分技術提高機制砂裝備對于不同巖性碎石棄碴的適應性[14]，提高棄碴處理能力，同時配備污水循環處理壓濾系統，整個生產過程實現水循環利用，污水零排放。砂石骨料在線檢測系統采用顆粒分散裝置、高精度顯微攝影系統和顆粒智能分析算法，在線連續獲取長徑比、圓形度等指標(如圖2所示)，保障成品砂質量，提高棄碴利用比例。采用砂石質量在線智能監控技術，實時分析機制砂各項質量指標參數，并通過智能調節算法動態調整機制砂裝備的運行參數，提高機制砂質量和廢碴利用率。針對高原隧道施工產生的揚塵，通過研發隧道除塵設備，快速吸附隧道內聚集的煙塵，有效避免施工過程中產生的揚塵對高原生態環境造成污染。

(a) 機制砂顆粒分析

(b) 顆粒粒徑分布統計

2.4 高原隧道群施工裝備協同適應性

川藏鐵路長大隧道群建設管理風險主要源自于工程體量大、組織調度困難、質量要求高等因素。川藏鐵路密集分布的長大隧道是世所罕見的，而艱難的運輸條件則進一步加劇了施工管理的困難。運輸條件惡劣導致設備轉場、備件運輸、物資周轉相對滯后，由設備故障、天氣不良等因素導致施工中斷、工期延誤的概率顯著增加。此外，現階段隧道建設過程中裝備信息化、智能化應用還非常有限，仍然以人工溝通、手動填報和輸入操作的模式為主，信息缺失和滯后的問題普遍存在，施工過程不透明、缺少提前預測、組織協調困難、受人為主觀影響等現象突出[15]，無法適應川藏鐵路長大隧道群建設過程中裝備機群協同作業的要求。

以智能裝備信息交互為基礎，研發裝備數據驅動的協同作業平臺，通過對裝備機群感知獲取的數據進行在線分析、挖掘和決策，為川藏鐵路長大隧道群在建設過程中的信息化管控與裝備機群協同作業提供重要基礎。智能裝備機群是隧道施工過程中關鍵信息產生的源頭和施工指令的執行終端(如圖3所示)，其中交互信息包括地質數據、設計數據、施工數據和質量數據，通過打通裝備數據實時傳輸轉化的橋梁，為在線交互和智能決策奠定數據基礎。

圖3 施工裝備機群關鍵交互數據與處理辦法

在上述實時數據的基礎上，通過裝備感知的圍巖地質信息動態掌握地質情況，根據在線設計變更情況提前進行裝備和人員的預測性調度。通過在線監控裝備實時作業狀態和工序進度，結合混凝土拌合站、鋼構件加工廠等生產數據，對原材料運輸、加工進行動態調配。此外，基于裝備自身的工作參數和歷史數據，開展裝備數字孿生模型分析，實時掌握裝備的健康狀態，提前規劃維護保養和備品備件。針對施工質量管控，通過裝備三維掃描、精準定位、施工作業等日志的在線傳輸，結合設計數據和檢驗批標準，實時分析各工序的參數偏差，自動判定施工質量。更進一步，通過對建設全過程裝備反饋數據進行分析、轉化和整理，建立實體隧道數字化檔案，為隧道施工質量管控和運營維保提供重要的數據支撐。

3 川藏鐵路隧道裝備體系建議

針對川藏鐵路高原高寒環境和復雜地質難題，以常規地質標準化配置和特殊地質針對性處置為策略，提出川藏鐵路隧道裝備體系的建議方案，為川藏鐵路一般及特殊風險的隧道建設提供裝備基礎。建議在實踐中進一步配合定制化設計方法，針對具體工程特點定制裝備型號以及輔助工裝，建立配套裝備數據庫。

3.1 超前作業裝備

超前作業裝備分為超前地質探測裝備和超前加固裝備。其中，超前地質探測裝備推薦多功能地質鉆機，與智能型鑿巖臺車配合實現150 m級、30 m級的長短搭配地質超前探測方案；在特殊地質條件或工況施工過程中，建議輔助更長距離定向鉆作為補充手段。超前加固裝備推薦智能化注漿設備，與鑿巖臺車的鉆孔、超前小導管、超前管棚等功能配合實現超前預加固。

3.1.1 高原型智能多功能鉆機

高原型智能多功能鉆機主要用于150 m級超前鉆探作業，具備地質取芯、隨鉆測量、自動生成工作日志等功能，可在川藏惡劣環境下高效穩定運行。智能多功能鉆機的鉆進速度為10～40 m/h，是傳統潛孔鉆機的3～5倍。針對川藏鐵路勘察鉆探困難的問題，建議進一步采用具備長距離定向鉆孔能力的裝備型號，通過三維定位和調向糾偏功能，可沿預定軌跡精確鉆進和取芯，通過鉆孔過程參數和巖芯樣品分析判斷地質情況，為隧道設計及施工提供數據支撐。

3.1.2 高原型智能注漿設備

高原型智能注漿設備可在高原、低溫環境下完成超前注漿加固。智能化注漿設備可以共享鑿巖臺車鉆孔參數，結合注漿設計方案進行超前注漿規劃。注漿作業根據漿液配比方案自動上料、智能控制制漿、儲存和送料等作業，并自動記錄注漿日志。

3.2 開挖作業裝備

開挖作業裝備推薦高原型全電腦鑿巖臺車、通風除塵臺車、智能鏟銑機等，以實現開挖、出碴等高效安全作業。

3.2.1 高原型智能鑿巖臺車

高原型智能鑿巖臺車具備智能定位、三維掃描、自動鉆孔、圍巖地質分析等功能，可滿足高原高效作業需要。通過增加掌子面精細化識別模塊、自動管棚模塊、注漿模塊、裝藥模塊，拓展和增強了鑿巖臺車針對圍巖信息感知、超前支護、鉆孔裝藥等方面的作業能力。通過運用高原型鑿巖臺車開展應力釋放孔、應力爆破解除、超前小導管等作業，有助于實現對巖爆、斷層破碎等特殊地質的安全處置。

3.2.2 高原型隧道除塵臺車

高原型隧道除塵臺車采用高原型風機并擴大了設計除塵風量，以解決川藏鐵路長大隧道通風困難、爆破煙塵聚集的問題，可適用于4 000 m海拔高原環境，其輸出功率為390 kW，最大除塵風量為3 000 m3/min。對于長大隧道鉆爆法施工產生的大量粉塵，采用隧道除塵臺車對掌子面進行除塵僅需15～20 min，相比傳統除塵方法，其除塵時間縮短了75%以上，提高了生產效率。

3.2.3 高原型智能鏟銑機

高原型智能鏟銑機集鏟裝和銑挖功能于一體，主要用于裝碴、排險和處理隧道欠挖，并針對高原環境增加了預熱裝置和雙動力驅動系統。通過特殊的鏟裝機構設計，鏟裝效率可達200 m3/h，約為常見側卸式裝載機的2.5倍，極大地提高了裝碴效率。通過快換裝置，可以在5 min內快速切換到銑挖模式，具備自動定位、自動三維掃描重建、自動分析超欠挖、自動規劃、自動控制銑挖等功能，并已在鄭萬高鐵湖北段興山隧道、宜興聯絡線鐵路興山東隧道等工程中得到應用。

3.3 初期支護作業裝備

初期支護作業裝備推薦高原型智能錨桿臺車、智能拱架臺車、智能混凝土濕噴機等，以快速、高效地穩定圍巖。

3.3.1 高原型智能錨桿臺車

高原型智能錨桿臺車主要用于錨桿施工，可滿足高原施工條件，在高硬度巖石地層、軟弱圍巖大變形地層、破碎帶地層等均可適用。整機配置一臂一籃，具備隧道設計數據導入、空間補償定位、自動移臂、自動安裝錨桿、自動預緊、一鍵鉆錨注、自動記錄施工日志、數據交互、輔助作業等功能。

3.3.2 高原型智能拱架臺車

高原型智能拱架臺車采用多自由度機械手設計，可以實現隧道鉆爆法開挖中的拱架安裝，具備自動精準定位、三維輪廓掃描重建、拱架自動運送、拱架自動拼接、拱架安裝日志生成等功能。拉林鐵路的應用效果表明，Ⅳ、Ⅴ級圍巖下立拱速度達到20～30 min/榀，其立拱作業工效是傳統人工立拱的2～3倍，能夠較好地滿足高原環境下拱架施工要求。

3.3.3 高原型智能混凝土濕噴機

高原型智能混凝土濕噴機可適應高原不同地層的施工。與傳統混凝土濕噴機相比，高原型智能混凝土濕噴機具有遠程遙控駕駛、智能定位、三維輪廓掃描重建、自動識別拱架、自動路徑規劃、自動噴射控制、自動計算噴射方量、自動生成噴射日志等智能化功能，滿足高風險施工條件下少人、安全、高效作業需求。

3.4 結構作業裝備

結構作業裝備推薦仰拱橋模臺車、防水板鋼筋鋪設臺車、數字化襯砌臺車、數字化養護臺車，實現高原條件下隧道襯砌結構的高質量高效作業。

3.4.1 高原型仰拱橋模臺車

高原型仰拱橋模臺車具有行走、定位、糾偏、脫模等功能，針對高原環境進行電氣系統、液壓系統改造，實現了低溫低氣壓、高溫高地熱的系統參數匹配。

3.4.2 防水板鋼筋鋪設臺車

防水板鋼筋鋪設臺車用于隧道防水板自動鋪設和二次襯砌鋼筋綁扎，實現一車兩用。具有防水板卷材起吊上料系統，具備環向和縱向鋼筋提升、臺車整體縱向自行走和橫向平移功能。

3.4.3 高原型數字化襯砌臺車

高原型數字化襯砌臺車可適應高原高寒環境，具有實時液位顯示、入模溫度監測、拱頂灌滿提醒功能，可以減少襯砌空洞、裂縫等病害，從而保障混凝土襯砌質量。

3.4.4 高原型數字化養護臺車

高原型數字化養護臺車根據實時溫濕度結果自動控制養護過程，可定時進行溫度逐級遞減，并全過程記錄養護日志，有效保障養護質量。針對高原環境采用防凍裝置、電氣元器件、液壓元器件進行高原型適配，以適應低溫、低氣壓條件。

3.5 洞碴加工處理裝備

針對川藏鐵路棄碴處理與再利用，推薦隧道洞碴加工處理裝備。結合川藏鐵路工程實際需要，按照生產線形式分為固定式生產線和移動式生產線，根據破碎物料的硬度分為硬巖生產線和軟巖生產線，按加工處理能力分為100 TPH、200 TPH和300 TPH，根據實際隧道工程巖性和棄碴量進行選型配套。通過改進生產工藝配合選粉裝置，解決反擊破成砂細度模數大、含粉量多的難題。采用機制砂在線檢測系統實時對顆粒粒度、粒型等參數進行在線分析和統計，實時調節優化各模塊工作參數，實現粗砂級配和細砂級配良好、粒形優良、砂石質量穩定，滿足相關應用標準規范的要求。針對生產過程產生的揚塵、廢水污染，破碎及震動篩配備干法除塵、噴淋除塵裝置、污水循環處理系統，以進一步提高環保水平。

3.6 遠程指揮控制中心

推薦遠程指揮控制中心作為川藏鐵路隧道特殊地質危險作業環境的裝備遠程控制系統，通過搭載基于無線通訊的遠程監控和遙控操作系統，使施工人員能夠在遠程安全區域內操控施工設備行走和作業，如圖4所示。

圖4 遠程指揮控制中心工作原理

遠程指揮控制中心有車載式和固定式2種不同形式，其中固定式可以與項目指揮部進行集成。遠程指揮控制中心采用標準工業控制總線以及視頻、數據協議，可實現不同系列、不同型號裝備的統一交互及控制，并具備信號自診斷、自恢復能力；人機交互界面實時顯示施工現場三維模型動態驅動畫面和現場實時高清視頻，配套智能控制系統提供的數字化設計圖、實時碰撞預警等輔助信息，采用與現場裝備對應映射的操作面板，保障遠程操控的效率和安全。該遠程指揮控制中心已在鄭萬高鐵、貴南高鐵、合璧津高速公路等工程的隧道建設中得到驗證。川藏鐵路沿線活動斷裂、地震和地質災害等風險廣泛分布，采用遠程指揮控制中心可以減少風險區域作業人員的數量和滯留時間，保障現場施工安全，提高特殊風險處理能力。

4 川藏鐵路隧道智能裝備機群協同作業平臺初步探索

裝備機群協同作業平臺是川藏鐵路隧道鉆爆法裝備技術體系向信息化、智能化應用擴展的重要組成部分。平臺與裝備機群進行實時在線數據交互，對數據進行分析、挖掘和決策反饋，為更高層次的工程建設信息化平臺和數字化管控提供重要基礎。基于川藏鐵路在圍巖地質條件、施工組織調度、施工質量管控等方面存在的困難和挑戰，裝備機群協同作業平臺重點圍繞圍巖分級與動態設計、裝備機群施工調度、施工質量在線評價3方面的核心功能進行了初步探索及展望。

4.1 裝備數據驅動圍巖分級與動態設計

圍巖分級與動態設計(見圖5)以智能裝備在施工過程中動態感知的圍巖信息為基礎，通過在線圍巖綜合判識和動態設計，配合“邊掘邊探”的施工方式，更加有效地應對地質的不確定性和潛在風險。鑿巖臺車搭載鉆進參數感知和掌子面精細化識別系統，在每個施工循環中將鉆孔日志和掌子面識別日志實時上傳至平臺。平臺對鉆孔參數進行處理后得到反映圍巖相對性質的標準化參數，形成圍巖定性分析的3D輪次圖；通過掌子面精細化識別系統獲取雙目成像原始圖片和成像參數,并生成掌子面高清晰三維模型，提取得到節理、產狀發育等信息。建立圍巖判識機器學習模型，給出圍巖分級的定量建議結果。平臺基于標準化的隧道設計數據庫，根據圍巖定量分級結果自動匹配和推薦合理的設計參數。平臺自動將設計參數解析轉換為各個工序的施工參數，并在線推送到施工裝備上，實現根據實時圍巖信息的動態設計。

圖5 裝備數據驅動圍巖分級與動態設計

4.2 裝備數據驅動機群協同調度

機群協同調度通過裝備施工數據實時傳輸，可以全面、動態地掌握各個工序的作業情況，自動對工序用時、原材料消耗、裝備維保周期等進行分析、預判和決策，如圖6所示。在開挖工序，平臺根據圍巖地質條件、鑿巖臺車工作特性和鉆爆設計參數預估當前輪次鉆孔、裝藥的時長及物資的消耗量，通過實時上傳至平臺的數據更新工序進度。在初期支護工序，平臺根據濕噴臺車掃描重建結果計算待噴方量和噴射時長，根據初期支護動態設計結果預估拱架和錨桿施作時間。在襯砌工序，平臺根據二次襯砌設計預估澆筑方量和拆模時間，并根據隧道環境參數預估養護時間，利用實時反饋的作業參數動態更新作業進度。進一步應用裝備智能維保系統、施工動態調度系統，實時分析設備各個子系統的工作狀態，針對潛在故障風險提前預警、自動規劃維護保養時間和備品備件數量；實時更新各裝備、工序、工作面的工作進度，從而提前規劃后續工序裝備和物料進場，并指導配套的混凝土攪拌站、鋼結構生產廠等生產、倉儲、運輸系統協同運作。

圖6 裝備數據驅動機群協同調度

4.3 裝備數據驅動施工質量在線評價

施工質量在線評價功能通過對施工裝備生成的日志數據進行在線分析，并對照施工檢驗標準，在線判定施工質量，如圖7所示。施工質量在線評價首先從施工日志中提取關鍵施工參數。智能裝備機載掃描儀可以在開挖、初噴、復噴等作業工序獲取掃描日志，經過三維重建后與設計輪廓進行對比，得到隧道輪廓偏差。鉆孔日志記錄了爆破孔的入口和終點坐標，可以作為鉆爆設計優化的依據。錨桿日志、拱架日志、濕噴日志記錄了隧道初期支護的關鍵工藝參數，是隱蔽工程質量管控的重要依據。襯砌日志、養護日志為襯砌施作工藝參數的管控提供了數據支撐，配合襯砌質量檢測車的檢測結果，可以為襯砌質量管控提供較為全面的手段。

圖7 裝備數據驅動施工質量在線評價

在上述基礎上，形成隧道施工質量檢驗批報表，并將其轉化為在線驗收的標準程序，實現質量驗收標準的在線核驗和驗收記錄的自動生成。平臺通過自動分析、存儲施工全過程數據形成施工階段數字化檔案，為隧道在運營期的維護保養和安全運行提供重要數據支撐。

5 結論與展望

川藏鐵路長大隧道群建設面臨環境、地質、生態、管理等多方面的困難和挑戰。針對川藏鐵路高標準、高質量建設需求，研究了鉆爆法成套裝備適應性技術，通過機械化、智能化、信息化融合，提出了滿足川藏鐵路工程建設需要的鉆爆法成套裝備體系的建議方案。

1)分析川藏鐵路隧道建設存在的主要風險，總結了川藏鐵路鉆爆法施工面臨的主要挑戰，針對高原環境、復雜地質、生態環境、施工管理方面的需求，提出了裝備適應性技術。

2)結合川藏鐵路工程實際，提出了涵蓋超前作業、開挖、初期支護、襯砌等工序的高原型智能成套裝備體系的建議方案，通過機械化、智能化滿足少人、安全、高效建設和應對復雜地質的需要。

3)建立了智能裝備機群協同作業平臺，通過智能裝備數據分析、挖掘、處理，針對圍巖分級與動態設計、裝備機群施工調度、施工質量在線評價等核心功能開展了初步探索，支撐川藏鐵路高標準高質量建設目標。

隨著川藏鐵路建設推進，川藏鐵路隧道鉆爆法施工裝備將在應用中不斷進步，鉆爆法施工成套裝備技術體系的內涵還將不斷創新和發展。川藏鐵路建設必將促進裝備技術與施工技術協同進步，使我國鐵路隧道建設水平達到嶄新高度。