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地铁隧道支架打孔机器人应用前景

随着中国城市化进程的高速发展，配套基础设施建设成为各大城市发展的重

点，而地铁作为大城市的标志设施成为了各个城市发展到一定程度的必然产物。

地铁隧道内各类管线繁多，因地铁运营安全的特殊性，从而对隧道内各种支架的

安装位置精度和牢固性要求极高，同时因地铁隧道内施工环境相对封闭、作业环

境差等因素，急需一种施工人员少、施工速度快、精度高、质量好的措施解决上

述问题，下面以昆明地铁4号线实际应用隧道支架打孔机器人为例阐述其应用前

景。

1.

隧道支架打孔机器人相较传统工艺的特点

1.

施工精度高：地铁隧道内管线标高均已轨顶标高为基准，隧道支架打孔机器

人是在调整好的轨道上行走作业的设备，直接固定在标高基准上，所以保证所打

孔的标高精准，同时通过设定支架间距数值，机器人自行控制，又保证了支架打

孔间距、深度的一致性，相较人工打孔施工精度大幅提高。

2.

施工效率高，施工周期短：以昆明地铁4号线某区间隧道内强电综合支架为

例，区间隧道单向长度为1829m，双向长度即为3658m，支架间距为1m，共有支

架3658套。如果采用人工打孔，每个班组2人，按8小时计算不考虑间歇时间，

每个班组每班最多能完成90套支架的打孔工作，而使用隧道支架打孔机器人，

每台机器人只需1名工作人员，每台班可最少可完成900套支架的打孔工作，施

工效率相当于人工班组的10倍。上述区间使用一台机器人只需4个台班即可完

成3658套支架打孔作业任务，施工效率相较传统工艺大幅提高。

3.

作业环境好，安全性能高：传统的人工支架打孔不可避免的需要搭设脚手架

进行高处作业，极易出现工伤事故，同时因隧道内通风效果差，打孔时产生的灰

尘多，对作业工人的身体健康影响极大。而采用隧道支架打孔机器人可以有效的

避免上述风险，首先，打孔机器人可根据打孔需求，通过倾角传感器来调整打孔

高度，避免人员高处作业，有效控制工伤事故的发生；其次，通过粉尘收集器可

以有效控制粉尘扩散，营造良好的作业环境；再次，一台机器人只配备一名操作

人员，并且操作人员距离作业面较远，有效降低施工人员的职业健康风险。

4.

经济效果好：随着国内老龄化的加重，目前施工人员短缺情况显著，施工人

员工费持续上涨，减少施工人员数量已经成为目前行业降低施工成本的主要途径，

一台隧道支架打孔机器人相当于20名传统人工施工的工作能力，可以大幅降低

施工成本，较传统人工施工费用可降低50%。

1.

隧道支架打孔机器人工作原理

1.

隧道支架打孔机器人主要组成设备及功能

（1）移动式打孔机器人由电机驱动车、两级精准升降系统、一套推进系统、

倾角传感器、控制装置、示教操作盘组成。

（2）电动驱动车，可以保证打孔机器人精准的行进和制动；

（3）两级精准升降系统，进行整车离轨操作的主要系统；

（4）推进系统，保证机器人精准、稳定打孔；

（5）倾角传感器，用以调整打孔的标高及角度；

（6）控制装置，由电源装置、用户接口电路、动作控制电路、存储电路、

I/O电路等构成。通过主cpu印刷电路板，对用来操作包含附加轴在内的机器人

的所有轴的伺服放大器进行控制。

（7）液晶控制面板，用以控制整个打孔机器人的所有动作。

（8）激光雷达测距系统，以保正行驶方向与参考系统保持恒定不变；伺服

车带失电制动器，既保证精准打孔间距又保证停车制动的绝对安全，推进系统带

高精度传感器保证设定孔深的精度控制。

2、隧道支架打孔机器人工作原理：动作控制电路通过主cpu印刷电路板，

对用来操作包含附加轴在内的机器人的所有轴的伺服放大器进行控制，控制机器

人进入轨道及后续的启停，然后，根据规范及项目需求，设定好相应数值，通过

液晶控制面板控制进行区间打孔作业，当钻头推进到设定深度，传感器反馈信号

给推进系统，推进系统停止推进，退回钻头即可完成打孔。

图一、工作原理图

1.

隧道支架打孔机器人施工要点

1.

施工工艺流程

施工准备→验收场地→测量放线→设备材料到场并验收合格→设备调试→输

入相关数据→打孔机器人就位→钻孔→机器人自动行走至下一点位→孔位验收→

支架安装

1.

施工工艺操作要点

1.

施工条件：