徐工TZ3S大型隧道凿岩台车

（徐州徐工铁路装备有限公司，江苏 徐州221004）

0 引言

在公路隧道、铁路隧道、地下洞库等地下工程项目中，岩体掘进是一项重要工序。钻爆法是岩体掘进的高效施工方法，迄今为止，在国内外隧道施工中仍占据主要地位[1]。目前国内大部分地下工程仍然在使用人工法施工，即利用传统的气动凿岩机钻孔[2]。随着地下工程施工需求的逐步加大、国家对施工安全重视程度的提升及有效劳动力的逐渐短缺，凿岩台车已经成为钻爆法施工的必备工程装备。国内各主要大型施工单位也在同凿岩台车厂家一起不断优化凿岩台车的功能，提升施工经济性，凿岩台车正朝着个性化、定制化方向发展[3]。徐工集团2010年进入凿岩台车行业，目前已有五大系列数十款产品成功开发并投放市场，有效助力国内基础设施建设，带来了显著的经济效益及社会效益。

徐工集团依托多年的凿岩台车开发经验，结合国内地下工程工艺工法、操作习惯等方面的特殊性，开发了TZ3S大型隧道凿岩台车，该装备具有覆盖面积大、凿岩效率高、动力强劲、路面适应性好等特点，适用于大中型隧道、矿山及其他地下工程中的岩体掘进作业。

1 主要技术参数

最大作业面积 190 m2

最大作业宽度 16.52 m

最大作业高度 13.110 m

凿岩机冲击功率 18/27 kW

发动机功率 186 kW

装机功率 237/282 kW

工作平台举升高度 12 m

工作平台额定载荷 400 kg

行驶速度 15 km/h

最大爬坡能力 25%

整机外形尺寸 17.24×2.93×3.66 m

整机重量 53.5 t

2 主要结构组成及性能特点

2.1 结构组成

TZ3S大型隧道凿岩台车是一种采用钻爆法施工的专用液压凿岩设备，主要用于地下工程掘进,整车有三套具有平行保持功能的钻臂及推进器系统，同时有一套能方便移动的工作平台，设备可钻爆破孔、锚杆孔、掏槽孔、超前灌浆孔，并可辅助装药、安装锚杆等作业。

TZ3S大型隧道凿岩台车结构示意图如图1所示，该产品主要由推进器（含液压凿岩机）、钻臂、翼式臂座、驾驶室、车架、动力系统、液压系统、电气系统、传动系统、水冲洗系统、气润滑系统、平台总成、加杆系统、机罩、集中润滑系统以及其它附属设备等组成。

2.2 动力系统

图1 TZ3S大型隧道凿岩台车结构示意图

动力系统示意图见图2，该产品选用道依茨BF6M1013型发动机，标配机油压力低、水温高自动降功率功能，选配机体水加热、机油加热、燃油加热、高原风扇等功能，满足高原极端环境使用。

除在行车过程中为行驶、刹车等提供动力外，还可为除凿岩机冲击、回转以外的其他动作提供动力。

2.2 传动系统

图2 动力系统示意图

传动系统将发动机动力转化为车辆行走的动力，同时满足制动要求，传动系统组成示意图见图3。

选用进口德纳前后桥及杭齿变速箱，兼顾可靠性及功能多样性。

标配前桥差速锁、变矩器冷却回路节温器、一二档手刹保护，选配轴间差速器。

前桥液压差速锁提高恶劣路况通过性；变矩器冷却回路节温器，变矩器油温处在最佳温度范围，提高效率；一二档手刹保护，有效保护手刹制动；拨叉式轴间差速器降低轮胎拖磨，提升恶劣路况通过性。

图3 传动系统组成示意图

2.3 液压系统

液压系统主要进行钻进控制、钻臂控制、服务平台控制、行走控制、水气路控制、加杆控制、辅助动作控制。

整车具有回退防卡钎、比例防卡钎、防空打、软开孔、三级冲击功率自动调节、推进压力控制、强制拔钎、大孔/小孔转换、气润滑保护、水冲洗保护、冲击泵稳压（蓄能器）、液压油温自动控制等功能，显著提升打孔效率、避免卡钎风险、降低钻具消耗。

2.4 电控系统

配置行车影像功能，提升行车安全性；配置GPS 监控与解锁车功能，降低车辆经营风险；配置电气柜及车架照明灯，提升保养方便性；多重安全防护措施，确保施工安全性；配置电脑导向系统，可完成孔位布置、用药建议、凿岩云图输出等多种操作，提升钻进准确性，降低对机手操作经验的要求。

2.5 臂座系统

臂座系统主要用于连接车架和各执行机构，下方使用两组螺栓安装在前车架上，上方安装三个钻臂和一个作业平台，通过左右各两个四级油缸的伸缩，达到扩展及收缩的作用，兼顾覆盖性能及通过性，臂座系统组成示意图见图4。

图4 臂座系统组成示意图

2.6 钻臂

钻臂由钻臂安装座、后三角油缸、主臂、伸缩臂、软管固定座、前三角油缸安装座、前三角油缸、旋转油缸、拐臂体、推进器托架、偏摆油缸等组成；钻臂座可与翼式臂座连接，后三角油缸与前三角油缸通过液压系统互联，达到钻臂平行保持的功能；推进器托架用于安装推进器，旋转油缸和偏摆油缸分别可使推进器轴向360°旋转或垂直于拐臂轴线90°摆动，钻臂组成见图5。

2.7 作业平台

作业平台采用三节臂结构，使得作业高度达到12m；对吊篮结构进行轻量化设计；增加防护顶棚设计，可在旋转油缸驱动下开启或折叠，方便在隧道内使用，作业平台组成见图6。

2.8 推进器

图5 钻臂组成示意图

图6 作业平台组成示意图

推进器设计有四种不同的规格，可达到不同的钻孔深度，分别配置长度为4310 mm、4915 mm、5525 mm、6135 mm、6400 mm 的钻杆；凿岩机可配置HC109 和HC110 两种，更换时仅需改用不同的凿岩机安装托板，并对钻进油缸、钢丝绳等安装位置进行一些调整即可。为达到最大钻孔深度，对结构进行了优化，使得同等钻杆钻深与竞争对手相当；对U型管夹进行了优化，增加了多个尼龙小滚轮，防止磨损软管，推进器组成见图7。

2.9 加杆系统

加杆系统安装于推进器上，可将其上保存的辅助钻杆旋转至钻杆的位置，通过凿岩机旋转、推进器前端顶盘夹紧等动作将辅助钻杆与已钻入岩层的钻杆相连接，相当于增加钻杆的长度，用于钻管棚、地质探测孔等长度超过30 m 的孔，加杆系统示意图见图8。

2.10 驾驶室

封闭式驾驶室为全景式，视野广阔，整体按照人机工程学设计，操作简单、维修便捷；内部包含驾驶操作位及施工操作位两个区域，施工操作位包含三套钻臂操作台、一套工作平台操作台、一套加杆系统操作台；封闭防水隔噪效果良好，配置室内灯、空调系统、雨刮器（带喷水清洗功能）、灭火器、门锁、门吸装置、衣帽钩，逃生锤，茶杯支座，烟灰缸支架等，显著提升操作性与舒适性，驾驶室局部图见图9、图10。

图7 推进器组成示意图

图8 加杆系统示意图

2.11 电脑导向系统

电脑导向系统通过各种传感器检测凿岩台车钻臂各关节的状态，运用九关节多连杆串联机械臂运动学技术，对检测到的数据进行解析，获得精确的钻孔深度、角度和位置，并在机载电脑上实现钻臂图形化的显示，辅助凿岩台车操作手快速完成整个施工断面的钻孔定位，具有精度高、超挖欠挖少、经济性高、效率高、劳动强度低等优点。

图10 驾驶室行驶操作位局部图

电脑导向系统通过采集凿岩过程中的数据信息，确定围岩等级、节理发育等地质数据，并以地质云图的形式直观体现。电脑导向系统部分功能示意图见图11。每次施工可形成阶段地质报告，并将地质参数纳入到地质大数据库，辅助施工决策。工程完成后形成整个工程的地质报告及工程地质大数据库，为工程检修及后续类似地质工程提供详实素材，方便后续工作和研发的开展。

通过该系统在凿岩台车上的应用，能够减少超挖与欠挖，提高隧道施工质量，获得精确的隧道断面轮廓，有效提高凿岩台车的工作效率，降低工程施工的成本。

图11 电脑导向系统部分功能示意图

3 主要功能（技术亮点）

覆盖面积大于竞争对手，基本覆盖国内隧道施工面积要求。

围岩等级自适应匹配，液压系统具有多级防卡、凿岩自适应等特点，可实现防卡钎、防空打，有效应对断层、破碎带、透水层，同时降低各类钻具消耗量；钻进系统采用三泵系统，分工明确，抗干扰，系统工作稳定。

行走由液力机械驱动，后轮转向，四轮驱动，满足隧道等复杂地形通过性，采用道依茨发动机，动力强劲，排放满足欧Ⅲ排放标准，符合地下空间施工环保要求。

采用进口蒙特贝凿岩机，性能稳定，凿岩效率高。

二级伸缩式工作平台，兼具自动调平及单独操作功能，可以辅助完成装药、撬毛等多种施工作业。

封闭式驾驶室，隔绝施工噪音，改善操作环境；采用人机工程学设计，提升操作方便性。

采用方形钻臂，结构以板材焊接为主，提升工艺性并大幅降低成本，同时杜绝铸件发生脆性断裂的风险。

台车能够快速空间定位，大幅节省施工中描点划线及钻臂定位时间；钻臂电脑辅助定位准确度高，有效提升周边孔精度，降低操作难度；钻深设定与监测功能，显著提高爆破孔底平整度；三维扫描、地质报告、数据记录等功能，方便建立隧道大数据库。

封气吹孔功能，降低药管损伤；加杆系统可满足多种深孔作业需要；台车低温启动等选配功能丰富，明显提升了施工方便性。

3 结束语

TZ3S 三臂凿岩台车覆盖面积大、凿岩效率高、动力强劲、路面适应性好；电脑导向，辅助定位快速准确；工况自适应凿岩匹配功能，大幅降低卡钻风险；全景式封闭驾驶室，视野开阔，操作舒适；多种推进器可选，大幅提升工况适应性；自动加杆系统可满足深度30 m 的深孔钻进；该设备目前已在部分饮水隧道、公路隧道中应用，表现稳定可靠，其进一步推广将会给客户带来更大的选择空间，为行业注入新的活力。