CN105946974B - 一种适用于隧道施工救生舱的轮胎移动系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于隧道施工救援配套设备相关领域，并公开了一种适用于隧道施工救生舱的轮胎移动系统，其包括由两个纵向支架和多个横梁共同固接而成的主体框架，其中各纵向支架沿着救生舱的长轴方向而布置，其相互对置的端部各自设置有主动轮及配套的驱动电机和减速器，并且主动轮分别联接有多个从动轮；横梁横跨设置在两个纵向支架之间，并可拆卸地连接于救生舱舱体下侧。通过本发明，能够以结构紧凑、便于操控和安全平稳的方式实现前进、后退和360度自由转弯等功能，并且可很好地适应于隧道施工的复杂路况。

Description

一种适用于隧道施工救生舱的轮胎移动系统

技术领域

本发明属于隧道施工救援配套设备领域，更具体地，涉及一种适用于隧道施工救生舱的轮胎移动系统。

背景技术

随着我国交通建设蓬勃发展，越来越多的隧道工程安全问题出现于软弱围岩等不良地层中。在软弱围岩隧道施工中，由于地质条件差、地表覆土浅或隧道下穿(建)构筑物等不利因素，施工中极易发生变形和塌方等灾害。近年来软弱围岩隧道施工事故频发，造成设备、人员损失惨重，社会影响极大。事后调查发现，超过70％的塌方发生在隧道掌子面后方一定距离，塌方发生后掌子面施工人员被“关门”，如果塌方范围波及至掌子面或不及时救援，极易导致被困人员遇难。因此，采用何种设备确保掌子面施工人员的安全是隧道施工、尤其是暗挖法修建软弱围岩隧道施工过程中一个需要解决的关键问题。

在以往的隧道施工中，由于经济技术条件的限制，一般是通过在开挖面附近放置钢制空心管节作为应急措施，但其安全保障能力较为有限。随着工业技术的发展，施工人员的安全日益受到企业乃至社会的重视，在隧道施工中开始逐渐推广采用隧道施工救生舱系统。现有技术中出现了一些关于隧道救生舱的研究方案，例如，CN 201510492065.7公开了一种移动隧道救生舱，其包括舱体和轮胎总成，该救生舱能安全、稳定、多方向地移动，适时监测灾后隧道并主动移动救生舱至安全区域；又如，CN201510166924.3公开了一种隧道救生舱结构，其包括舱体，舱体上铰接有舱门与逃生门，舱体底部连接有轮胎，舱体内设有供风系统、供氧系统、空气净化系统、环境监控系统、通信系统及生存保障系统，其在事故发生后可为幸存人员提供避难空间，减少人员伤害。

现有的救生舱系统根据其移动方式可分为无移动构件救生舱和有移动构件救生舱两种，其中后者的救生舱下部装有可移动装置，但一般不具备行进动力装置，仍需要借助外力移动。在此情况下，在隧道施工过程中，如果在开挖面的跨度受限的情况下，拖移救生舱将占用道路影响正常施工工序进而导致工期增加；其次，由于施工中洞内临时道路通行条件较差，机械车辆进出频繁，或由于隧道修建速度较快，可能经常需要移动救生舱位置，这就为施工带来了极大不便；最后，考虑到当隧道施工环境以松软泥土为主时，如果采用履带式移动系统会由于自身较大的自重而陷入地面中，对救生舱的移动特别是转弯造成一定的不便。综上，为了更好地符合隧道施工复杂的环境及应用需求，尤其是在面临较多泥土的地面环境、或是隧道入口距离施工面已经存在较长路径有必要提高救生舱的移动速度等典型情况下，本领域亟需针对适用于隧道施工救生舱的移动系统做出更进一步的研究和改进。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于隧道施工救生舱的轮胎移动系统，其中通过结合救生舱自身结构及应用环境的特点，对该轮胎移动系统的具体结构组成、设置方式等进行针对性设计，相应与现有技术相比，能够以结构紧凑、便于操控和安全平稳的方式实现前进、后退和360度自由转弯等功能，并且可很好地适应于隧道施工的复杂路况，同时显著减少移动系统的自重，有助于提高移动速度，因而尤其适用于譬如松软泥土等之类的隧道施工应用场合。

为实现上述目的，本发明提出了一种适用于隧道施工救生舱的轮胎移动系统，其特征在于，该轮胎移动系统包括由两个纵向支架和多个横梁共同固接而成的主体框架，其中：

所述纵向支架包括均沿着救生舱的长轴方向而布置的第一纵向支架和第二纵向支架，其中对于第一纵向支架而言，其前端设置有第一主动轮及配套的第一驱动电机和第一减速器，所述第一主动轮还联接有多个从动轮，由此在所述第一驱动电机的作用下共同实现转动；对于第二纵向支架而言，其后端设置有第二主动轮及配套的第二驱动电机和第二减速器，所述第二主动轮同样联接有多个从动轮，由此在所述第二驱动电机的作用下共同实现转动；所述横梁则彼此平行地横跨设置在所述两个纵向支架之间，并通过连接螺栓可拆卸地连接于救生舱舱体下侧；以此方式，当所述第一、第二驱动电机转向相同时，用于实现轮胎在360°范围内的自由转向；而当所述第一、第二驱动电机转向相反时，用于实现轮胎的前进或后退功能；

此外，所述第一驱动电机及第一减速器、第二驱动电机及第二减速器均采用横卧式布置，并容纳处于所述舱体的底面。

作为进一步优选地，所述横梁的数量为三个，并且它们均优选设计为两侧低下中间高的倒U形结构。

作为进一步优选地，所述第一、第二纵向支架的下侧优选还均匀布置有多个支重轮，以便分担所承担的总体重量；此外，在所述第一、第二纵向支架的外侧还布置有踏板。

作为进一步优选地，所述第一、第二轮胎的最大行驶速度优选被设定为16m/min，最大爬坡角度为18°。

作为进一步优选地，上述轮胎移动系统采用无线遥控方式来实现舱内和舱外的控制。

作为进一步优选地，所述救生舱的舱体整体呈T型材网格式分布的箱体结构，其顶部为圆弧形，其外部布置有外壳体钢板，内部交叉布置加强筋，其中所述加强筋优选采用如下方式布置：在所述舱体内部的前后端面以水平和垂直的方式布置多根角钢作为加强筋，在所述舱体内部的左右侧面水平均匀布置多根扁钢作为加强筋，在所述舱体内部的底面沿舱体长度方向均匀布置多根扁钢作为加强筋，在所述舱体内部的顶面沿舱体长度方向均匀布置多根T型钢作为加强筋，在舱体内部的纵向上还设置有多圈T型钢作为加强筋，该多圈T型钢沿所述舱体的长度方向均匀分布。

作为进一步优选地，所述舱体的前、后端面分别设置有前舱门和后舱门，左、右侧面分别设置有逃生门；所述前舱门、后舱门、逃生门均设计为外开式结构，并且后舱门通过螺栓固定安装在救生舱的内部，同时该后舱门上还设置有用于对其执行位置定位的定位传感器。

作为进一步优选地，所述舱体内部集成设有供风单元、供氧单元、空气净化单元以及供电单元，其中供风单元、供氧单元和空气净化单元协同工作，用于为救生舱内部提供供风压力为0.1MPa～0.3MPa，人均供风量不低于0.3m³/min的空气，以及压力为0.1MPa～0.2Mpa、人均供氧量不低于0.5L/min的氧气，并使得救生舱内的空气无粉尘和有毒成分且CO₂浓度小于1.0％；此外，所述供电单元由外部交流电源和内部直流电源共同组成，并可切换地用于救生舱内所有用电设备的供电。

作为进一步优选地，所述救生舱包括小型舱、中型舱、大型舱和特大型舱四种类型，其中：所述小型舱的外形尺寸规格为长2700mm×宽1700×高2200mm或者3000mm×宽1700×高2200mm，额定容纳人数≤7人，额定保障时间为72小时或者120小时；所述中型舱的外形尺寸规格为长3200mm×宽2000×高2500mm或者3500mm×宽2000×高2500mm，额定容纳人数8～10人，额定保障时间为72小时或者120小时；所述大型舱的外形尺寸规格为长4000mm×宽2000×高2500mm或者4400mm×宽2000×高2500mm，额定容纳人数11～15人，额定保障时间为72小时或者120小时；所述超大型舱的外形尺寸规格为长4000mm×宽2500×高2500mm或者4400mm×宽2500×高2500mm，额定容纳人数16～20人，额定保障时间为72小时或者120小时。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.通过对按照本发明的轮胎移动系统的关键组件如驱动电机、轮胎等在结构组成、布置及其运行方式等方面做出研究和设计，不仅能够以结构紧凑、布置合理的方式自由实现前进、后退和360度自由转弯等功能，而且能够在保证救生舱整体高度不变的情况下，适当增大了电机减速机组与地面之间的高度；相应能够在无需其他任何拖移或吊运设备的情况下有效、灵活地执行移动功能，同时明显减少对隧道施工的干扰；

2.考虑到隧道施工环境以松软泥土为主时，履带式移动系统由于自重大，有可能会陷入地面中，对救生舱的移动特别是转弯造成一定的不变。而履带式移动系统，自重轻，马力足，能有效的克服上述不足；另一方面，当隧道施工进行较长时间后才引进救生舱设备时，救生舱从隧道入口移动至施工面有较长路程时，为不影响施工进度，需提高救生舱的移动速度，轮胎式移动系统由于自身自重轻，故而最大移动速度较之履带式要快许多；尤其是，当隧道内陡坡较多时，轮胎式移动系统的轮胎分布，能有效的减少履带式移动系统爬坡过程中履带本体和地面产生的高度差，从而减少爬坡过程中高度差对救生舱的冲击

3.轮胎移动整体安装方式为螺栓连接，整体安装于轮胎移动单元横梁的安装板上；轮胎式移动系统底盘仍需要足够的强度和刚度，底盘设计为钢结构型钢框架，但由于自重减轻，可适当减少承重结构，以筋板做辅助结构加强，相应进一步地减少了移动系统的自重；此外，由于轮胎移动系统自重减轻，其移动所需的动力也相应减小，电机减速机组距离地面的高度也相应增高，从而救生舱整体的高度可以相应降低，救生舱的稳性也得到提升；在此情况下，轮胎式移动系统相比履带式移动系统在维护上更加简单，少了履带的链片、链轮、张紧、导向轮等机构，轮胎式移动单元结构简单，需要维护的点也相应减少，只需对轮胎的胎压做定期维护即可；

4.通过将救生舱整体结构采用T型材网格式分布的箱体结构设计，箱体结构外部布置外壳体钢板，内部交叉设置加强筋，舱体主体框架、T型材自身筋板、翼板的结构特点和网格式分布组合而成的箱体结构能有效的承载各个方向的作用力，在减轻舱体自重的同时，又能增强舱体的承载能力；舱体顶部为拱形设计，能更好的消化、吸收顶部的冲击载荷，同时能分散竖直方向上的静载荷；加强筋自身具有一定的断面面积，同时其剖面模数值与结构承压强度相匹配，起到了牢固整个结构的作用；

5、由于该救生舱内集成设有通风、供氧、空气净化、环境监测、供电及生存保障等系统，通过这些系统的优化布置，使撤离到救生舱内的被困人员生存空间更大，生存时间更长；此外，救生舱内可设有视屏通话系统，在救生舱内能跟外面进行视屏通话，有利于洞外了解救生舱内被困人员的生存状态，有利于洞外开展救援工作；

6、按照本发明的隧道施工救生舱整体结构紧凑、强度分布设计合理、功能完善且便于操控，在发生塌方的情况下不仅利于人员第一时间进入到救生系统内部，而且还便于外界救援人员对该系统的定位查找和组织救援，因而尤其适用于各类隧道施工救援场合，并具备广阔的推广前景。

附图说明

图1是按照本发明所构建的轮胎移动系统的整体结构平面图；

图2是图1中所示轮胎移动系统的结构侧视图；

图3是示范性显示驱动电机减速机组的横卧式布置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是按照本发明所构建的轮胎移动系统的整体结构平面图，图2是图1中所示轮胎移动系统的结构侧视图。如图1和图2所示，该轮胎移动系统主要包括由两个纵向支架和多个横梁10共同固接而成的主体框架，并在两个纵向支架上分别承载安装有包含主动轮、驱动电机减速机组、从动轮等在内的运动单元。

具体而言，纵向支架包括均沿着救生舱的长轴方向而布置的第一纵向支架4和第二纵向支架4’，其中对于第一纵向支架4而言，其前端(图中显示为左端)设置有第一主动轮2及配套的第一驱动电机1和第一减速器7，第一主动轮还联接有多个从动轮(主动轮、从动轮在本申请中均可采用轮胎的形式)，由此在第一驱动电机1作用下驱动第一主动轮、进而带动多个从动轮共同实现转动。

与此类似地，对于第二纵向支架4’而言，其后端(图中显示为右端)设置有第二主动轮2’及配套的第二驱动电机1’和第二减速器7’，该第二主动轮同样联接有多个从动轮，由此在第二驱动电机1’的作用下共同实现转动；横梁6譬如为三根，它们彼此平行地横跨设置在所述两个纵向支架之间，并譬如通过连接螺栓5可拆卸地连接于救生舱舱体下侧。以此方式，由于两个纵向支架上所承载的运动单元呈反对称的布置关系，当所述第一、第二驱动电机转向相同时，用于实现轮胎在360°范围内的自由转向；而当所述第一、第二驱动电机转向相反时，用于实现轮胎的前进或后退功能。

更具体地，可以在纵向支架的外侧布置一个踏板，方便乘客上下。每个纵向支架下侧优选均匀布置譬如10个的支重轮3，由此分担上部救生舱及轮胎移动单元的重量。两个纵向支架通过三个等间距布置的横梁相固接，该横梁优选被设计为两侧低中间高的倒U形结构，每个横梁上譬如布置有8个连接螺栓孔，通过连接螺栓与上部救生舱主体结构连接，以便拆卸和更换。

按照以上技术构思，由于两个移动单元纵向支架按反对称布置，当电机转向相同时，可以实现移动单元转向，电机转向相反时实现移动单元的前进、后退和爬坡功能。电机上配有减速器，可以进行减速和刹车，操作简单，方便救生舱首次进入隧道后的落位，配合施工工序移动和跟随隧道掘进而前移。上述移动系统的主体可采用高强度钢结构构件，可具有一定的防爆功能，在隧道爆破开挖过程中保证正常工作不受影响。

按照本发明的一个优选实施例，所述横梁优选设计为两侧低下中间高的倒U形结构。按照本发明的另一优选实施例，所述第一、第二轮胎的最大行驶速度优选被设定为16m/min，最大爬坡角度为18°，这些参数经过比较测试而得出，并能够更好地适合各类隧道施工应用场合。

按照本发明的另一优选实施例，对于轮胎移动系统所承载的救生舱舱体而言，其譬如为箱体结构，其最大能容纳20人，其顶部为圆弧形，其外部布置外壳体钢板，具体譬如采用Q345R钢板制成，具备抗冲击安全防护功能，具体的，舱体顶面和底面的钢板厚度譬如为8mm，两侧面和两端面钢板的厚度譬如为4mm，圆弧形顶部的拱高譬如为0.25m。优选地，该舱体内部交叉布置加强筋，加强筋采用如下方式布置：在所述舱体内部的前后端面分别以水平和垂直的方式布置多根角钢作为加强筋，在所述舱体内部的左右侧面分别水平均匀布置多根扁钢作为加强筋，具体的，例如可布置三根80mm宽6mm厚的扁钢，在所述舱体内部的底面沿舱体长度方向均匀布置多根扁钢作为加强筋，具体的，譬如布置四根80mm宽6mm厚的扁钢，在所述舱体内部的顶面沿舱体长度方向均匀布置多根T型钢作为加强筋，具体譬如为四根，在舱体内部的纵向上还设置有多圈T型钢作为加强筋，具体譬如为8圈，该8圈T型钢沿所述舱体的长度方向均匀分布。具体的，所述T型钢的腹板高度譬如为80mm、厚度譬如为8mm，T型钢的翼板宽度譬如为80mm、厚度譬如为8mm。具有上述结构的本发明救生系统，较多的实际测试表明，其舱体顶部抵抗土石掩埋静压力可达380kPa以上，两侧抵抗土石掩埋静压力可达190kPa以上，顶部能够抵抗由于隧道坍方所产生的冲击载荷可达200kN以，因而具备令人满足的整体结构强度。

此外，所述舱门中还配置有各种不同用途的门结构。其中，方形舱门设于舱体的前后端面(前舱门、后舱门)，逃生门(左舱门、右舱门)对称设于舱体的左右侧面。前舱门作为主要的避险用舱门，左右两侧舱门作为辅助的避险用舱门，两种舱门均为外开式，方便避险人员在紧急情况下开启，即发生塌方时，来不及逃生的遇险人员可从靠近掌子面的前舱门进入救生舱内避险，同时左右两侧舱门亦可作为分散避险人流的避险用舱门；后舱门主要作用是在救生舱生产制造过程中，为设备舱(靠近后舱门)中设备的安装提供便利；最主要作用为方便救援逃生。

另外，对于舱体内部而言，其设有供风系统、供氧系统、空气净化系统、环境监测系统、通讯系统、供电系统及生存保障系统。通过舱体中各个系统的相互配合及合理布置，可为被困人员提供较大的生存空间，较好的生存环境，进一步延长生存时间，防护时间可达72小时，通过在舱体上铰接本发明结构的舱门与逃生门，可以方便被困人员的进出。

在应用时，上述轮胎移动系统可采用无线遥控方式，一用一备，由此实现舱内和舱外的控制，相应实现在隧道中自由前进、后退、转向、爬坡等功能，同时电机上配有减速器，可以进行减速和刹车。将本发明配置于救生舱下部后，既能对施工人员提供有力的安全保障，又能明显减少对施工的干扰，提高工作效率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于隧道施工救生舱的轮胎移动系统，其特征在于，该轮胎移动系统包括由两个纵向支架和多个横梁共同固接而成的主体框架，其中：

所述纵向支架包括均沿着救生舱的长轴方向而布置的第一纵向支架(4)和第二纵向支架(4’)，其中对于第一纵向支架(4)而言，其前端设置有第一主动轮(2)及配套的第一驱动电机(1)和第一减速器(7)，所述第一主动轮还联接有多个从动轮，由此在所述第一驱动电机(1)的作用下共同实现转动；对于第二纵向支架(4’)而言，其后端设置有第二主动轮(2’)及配套的第二驱动电机(1’)和第二减速器(7’)，所述第二主动轮同样联接有多个从动轮，由此在所述第二驱动电机(1’)的作用下共同实现转动；所述横梁(6)则彼此平行地横跨设置在所述两个纵向支架之间，并通过连接螺栓(5)可拆卸地连接于救生舱舱体下侧；以此方式，当所述第一、第二驱动电机转向相同时，用于实现轮胎在360°范围内的自由转向；而当所述第一、第二驱动电机转向相反时，用于实现轮胎的前进或后退功能；

此外，所述第一驱动电机及第一减速器、第二驱动电机及第二减速器均采用横卧式布置，并容纳处于所述舱体的底面；所述横梁(6)的数量为3个，它们均被设计为两侧低中间高的倒U形结构，并且每个所述横梁上布置有多个连接螺栓孔，通过连接螺栓与上部救生舱主体结构连接。

2.如权利要求1所述的一种适用于隧道施工救生舱的轮胎移动系统，所述第一、第二纵向支架的下侧还均匀布置有多个支重轮(3)，以便分担所承担的总体重量；此外，在所述第一、第二纵向支架的外侧还布置有踏板。

3.如权利要求1或2所述的一种适用于隧道施工救生舱的轮胎移动系统，其特征在于，所述第一、第二轮胎的最大行驶速度被设定为16m/min，最大爬坡角度为18°。

4.如权利要求3所述的一种适用于隧道施工救生舱的轮胎移动系统，其特征在于，上述轮胎移动系统采用无线遥控方式来实现舱内和舱外的控制。

5.如权利要求1或2所述的一种适用于隧道施工救生舱的轮胎移动系统，其特征在于，所述救生舱的舱体整体呈T型材网格式分布的箱体结构，其顶部为圆弧形，其外部布置有外壳体钢板，内部交叉布置加强筋，其中所述加强筋采用如下方式布置：在所述舱体内部的前后端面以水平和垂直的方式布置多根角钢作为加强筋，在所述舱体内部的左右侧面水平均匀布置多根扁钢作为加强筋，在所述舱体内部的底面沿舱体长度方向均匀布置多根扁钢作为加强筋，在所述舱体内部的顶面沿舱体长度方向均匀布置多根T型钢作为加强筋，在舱体内部的纵向上还设置有多圈T型钢作为加强筋，该多圈T型钢沿所述舱体的长度方向均匀分布。

6.如权利要求5所述的一种适用于隧道施工救生舱的轮胎移动系统，其特征在于，所述舱体的前、后端面分别设置有前舱门和后舱门，左、右侧面分别设置有逃生门；所述前舱门、后舱门、逃生门均设计为外开式结构，并且后舱门通过螺栓固定安装在救生舱的内部，同时该后舱门上还设置有用于对其执行位置定位的定位传感器。