户田建设开发架设钢架支护的工作面无人施工系统

户田建设为了开发能够应用于隧道施工中钢架支护搭建工作面的无人施工系统，在筑波技术研究所的结构施工试验楼进行了组装试验，确认该系统的性能达到了预期水平。

该系统在原隧道施工中使用的架设一体式喷射台车(用于架设钢架支护和喷射混凝土作业的施工机械)的基础上进行了改良，1名作业人员即可远程操作该系统完成架设钢架支护、拧紧螺栓和定位工作，无需进入工作面下方，提高了隧道工程的安全性和经济性，并且节省了劳动力。

开发背景

在山岭隧道钢架支护结构作业中，因为工人需要到刚开挖的工作面正下方进行作业，所以经常发生事故。在隧道施工事故中，约有40%是由工作面土、砂、石的坍塌引起的。鉴于这种情况，日本于2016年发布了《防止山岭隧道施工工作面坍塌灾害指导方针》，要求施工中除了事先勘察确定地面状况以制定防止坍塌事故发生的计划外，还应采用机械化的方式防止事故发生。在山岭隧道建设中，地质条件复杂，自动化技术发展较落后，近些年，为了应对老龄化和技术工人短缺的问题，迫切地需要尽快提高安全性、节省人力、实现施工自动化和提高生产率。在此背景下，户田建设积极推进技术研发，开发了钢架支护结构作业工作面无人施工系统。

工作面无人施工系统的特点

1)传统架设钢架支护的方法是在工作面正下方的作业人员以照射激光为基准，进行目视确认和下达指示，再由操作人员进行操作。本系统则在加长的抓取装置上(从过去的1 m延长至5 m)安装定位测量用的棱镜，一边通过后方自动跟踪式全站仪测量钢架支护的位置，一边使用带有微调功能的高性能架设机将结构准确架设在设计位置。

2)传统钢架支护接合方法是作业人员进入工作面正下方，用螺栓和螺母在横向方向上接合，但在本系统中，是将带剪力销的槽钢接头部放置在H型钢的左右两侧，从前后方向上重叠，在正面用螺栓连接。在发生弯矩作用时，这种连接方式可以抑制接头变形，通过4根剪切销传递弯矩，具有与传统接合方式同等甚至更高的强度。此外，通过加长两端的剪切销，在相互组装时还能起到导向销的作用。

3)钢架支护组装完成后，利用研制的远程螺栓拧紧装置从工作面正面将螺栓拧紧。本装置安装在施工机械主体的搭乘用吊篮底座上，通过具有调整位置和角度功能的螺栓拧紧机，操作人员可以一边观察监控，一边远程通过螺栓拧紧机将螺栓与事先焊接在接头上的螺母拧在一起。

未来发展

今后，户田建设将根据试验所获得的数据，确立适用于现场的系统，争取从2021年开始，通过现场试验施工的积累，实现工作面无人化施工。此外，户田建设还将致力于构建全自动化系统，提高山岭隧道施工的安全性和生产效率。

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