CN107524452A - 一种隧道开挖施工用修整设备及修整施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道开挖施工用修整设备及修整施工方法，该修整设备包括对所施工隧道进行开挖的反铲挖掘机和设置在反铲挖掘机的挖机斗侧部的安装座，安装座为供修整刀具安装的支座，安装座与挖机斗的侧部呈平行布设，修整刀具为用于对所施工隧道开挖方向进行修整的水平刀具、用于修整所施工隧道拱顶轮廓的垂直刀具或用于修整所施工隧道侧墙轮廓的斜向刀具；该施工方法包括步骤一、开挖方向修整；二、侧墙轮廓修整；三、拱顶轮廓修整。本发明方法步骤简单、设计合理，通过将刀具与安装座连接，通过反铲挖掘机对所施工隧道的掌子面、侧墙和拱顶的轮廓依次进行修整，施工效率高且有效的防止了由于拱顶下落的散土，对员工造成的安全问题。
Description
技术领域
本发明属于隧道开挖施工工程技术领域，尤其是涉及一种隧道开挖施工用修整设备及修整施工方法。
背景技术
目前，传统的隧道双侧壁导坑法施工时，采用挖掘机进行掌子面的开挖，待开挖至距掌子面的设计进尺一定厚度(30cm～50cm)时，停止挖掘机的开挖，采用人工对掌子面的进尺、隧道侧墙和拱顶的轮廓进行修整，使隧道轮廓圆顺平整。
红棉路求水山隧道采用双侧壁导坑法施工，地质情况差，人工开挖存在极大的风险，采用挖掘机开挖后预留一定的厚度(30cm～50cm)，由人工持风镐修整到位，人工持风镐修整需要3-4小时，增加施工工期，且长时间在掌子面作业，本身就增加安全风险，同时在施工过程中往往由于地质条件，在人工持风镐修整时，拱顶会有散土下落，对员工的安全造成了严重威胁。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种隧道开挖施工用修整设备及修整施工方法，其方法步骤简单、设计合理，通过将刀具与安装座连接，通过反铲挖掘机对所施工隧道的掌子面、侧墙和拱顶的轮廓依次进行修整，施工效率高且有效的防止了由于拱顶下落的散土，对员工造成的安全问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种隧道开挖施工用修整设备，其特征在于：包括对所施工隧道进行开挖的反铲挖掘机和设置在所述反铲挖掘机的挖机斗侧部的安装座，所述安装座为供修整刀具安装的支座，所述安装座与所述挖机斗的侧部呈平行布设，所述修整刀具为用于对所施工隧道开挖方向进行修整的水平刀具、用于修整所施工隧道拱顶轮廓的垂直刀具或用于修整所施工隧道侧墙轮廓的斜向刀具；
所述水平刀具包括安装在所述安装座上的第一刀杆和设置在所述第一刀杆前端的水平刀片，所述垂直刀具包括安装在所述安装座上的第二刀杆和设置在所述第二刀杆前端的垂直刀片，所述斜向刀具包括安装在所述安装座上的第三刀杆和设置在所述第三刀杆前端的斜向刀片，所述斜向刀片沿所述第三刀杆由下向上倾斜，所述斜向刀片与所述第三刀杆的夹角为35°～50°，所述水平刀片、垂直刀片和斜向刀片均设置在所述挖机斗的前侧。
上述一种隧道开挖施工用修整设备，其特征是：还包括用于对所施工隧道中硬岩进行修整的羊角刀具，所述羊角刀具包括安装在所述安装座上的第四刀杆和设置在所述第四刀杆前端的羊角刀片，所述羊角刀片沿所述第四刀杆由下向上倾斜，所述羊角刀片与所述第四刀杆的夹角为35°～45°。
上述一种隧道开挖施工用修整设备，其特征是：所述第一刀杆、第二刀杆、第三刀杆和第四刀杆的后端均插装在所述安装座内。
上述一种隧道开挖施工用修整设备，其特征是：所述第一刀杆、第二刀杆、第三刀杆和第四刀杆上均设置有限位柱，所述限位柱与所述安装座的前端顶紧。
上述一种隧道开挖施工用修整设备，其特征是：所述限位柱设置在与所述羊角刀片、斜向刀片的倾斜方向相同的一侧。
上述一种隧道开挖施工用修整设备，其特征是：所述安装座与挖机斗的底部之间的夹角为15°～25°，所述安装座沿所述挖机斗的高度方向由下向上倾斜。
一种利用所述修整设备对所施工隧道进行修整的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、开挖方向修整：将所述水平刀具安装在所述安装座上后，保持所述挖斗机的底部呈水平布设，沿所施工隧道延伸方向右后至前进行当前所开挖隧道段掌子面的修整，并且通过控制所述反铲挖掘机的挖掘臂使所述水平刀具由下向上进行当前所开挖隧道段掌子面的修整，直至当前所开挖隧道段掌子面的进尺满足设计要求；
步骤二、侧墙轮廓修整：拆除步骤一中所述水平刀具后，将所述斜向刀具安装在所述安装座上，保持所述挖斗机的底部呈水平布设，控制所述反铲挖掘机的挖掘臂，由下向上进行当前所开挖隧道段掌子面后侧侧墙的轮廓修整，直至所述侧墙的轮廓修整完成；
步骤三、拱顶轮廓修整：拆除步骤二中所述斜向刀具后，将所述垂直刀具安装在所述安装座上，控制所述反铲挖掘机的挖掘臂，由右向左或由左向右进行当前所开挖隧道段掌子面后侧拱顶的轮廓修整，直至所述拱顶的轮廓修整完成。
上述施工方法，其特征是：在步骤一中开挖方向修整、步骤二中侧墙轮廓修整和步骤三中拱顶轮廓修整过程中，当出现硬岩时，采用羊角刀具对所述硬岩进行修整，所述羊角刀具包括安装在所述安装座上的第四刀杆和设置在所述第四刀杆前端的羊角刀片，所述羊角刀片沿所述第四刀杆由下向上倾斜，所述羊角刀片与所述第四刀杆的夹角为35°～45°；
在对所述硬岩修整前，将所述水平刀具、斜向刀具或垂直刀具进行拆卸，将所述羊角刀具安装在所述安装座上。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明中的修整设备包括对所施工隧道进行开挖的反铲挖掘机和设置在反铲挖掘机的挖机斗侧部的安装座，安装座为供修整刀具安装的支座，安装座与挖机斗的侧部呈平行布设，修整刀具为用于对所施工隧道开挖方向进行修整的水平刀具、用于修整所施工隧道拱顶轮廓的垂直刀具或用于修整所施工隧道侧墙轮廓的斜向刀具，结构简单，操作方便。
2、本发明将修整刀具与挖机斗连接后，通过反铲挖掘机对所施工隧道的开挖方向、侧墙和拱顶的轮廓依次进行修整，施工效率高且有效的防止了由于拱顶下落的散土，对员工造成的安全问题。
综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理，通过将刀具与安装座连接，通过反铲挖掘机对所施工隧道的掌子面、侧墙和拱顶的轮廓依次进行修整，施工效率高且有效的防止了由于拱顶下落的散土，对员工造成的安全问题。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明中修整设备的结构示意图。
图2为本发明中挖机斗与水平刀具的连接关系示意图。
图3为本发明中垂直刀具的结构示意图。
图4为本发明中斜向刀具的结构示意图。
图5为本发明中羊角刀具的结构示意图。
图6为本发明修整设备对所施工隧道进行修整的施工方法流程框图。附图标记说明:
1—反铲挖掘机； 2—挖机斗； 3-1—第一刀杆；
3-2—水平刀片； 4—安装座； 5-1—第二刀杆；
5-2—垂直刀片； 6—限位柱； 7-1—第三刀杆；
7-2—斜向刀片； 8-1—第四刀杆； 8-2—羊角刀片。
具体实施方式
如图1～图4所示的一种隧道开挖施工用修整设备，包括对所施工隧道进行开挖的反铲挖掘机1和设置在所述反铲挖掘机1的挖机斗2侧部的安装座4，所述安装座4为供修整刀具安装的支座，所述安装座4与所述挖机斗2的侧部呈平行布设，所述修整刀具为用于对所施工隧道开挖方向进行修整的水平刀具、用于修整所施工隧道拱顶轮廓的垂直刀具或用于修整所施工隧道侧墙轮廓的斜向刀具；
所述水平刀具包括安装在所述安装座4上的第一刀杆3-1和设置在所述第一刀杆3-1前端的水平刀片3-2，所述垂直刀具包括安装在所述安装座4上的第二刀杆5-1和设置在所述第二刀杆5-1前端的垂直刀片5-2，所述斜向刀具包括安装在所述安装座4上的第三刀杆7-1和设置在所述第三刀杆7-1前端的斜向刀片7-2，所述斜向刀片7-2沿所述第三刀杆7-1由下向上倾斜，所述斜向刀片7-2与所述第三刀杆7-1的夹角为35°～50°，所述水平刀片3-2、垂直刀片5-2和斜向刀片7-2均设置在所述挖机斗2的前侧。
如图5所示，本实施例中，还包括用于对所施工隧道中硬岩进行修整的羊角刀具，所述羊角刀具包括安装在所述安装座4上的第四刀杆8-1和设置在所述第四刀杆8-1前端的羊角刀片8-2，所述羊角刀片8-2沿所述第四刀杆8-1由下向上倾斜，所述羊角刀片8-2与所述第四刀杆8-1的夹角为35°～45°。
本实施例中，安装座4与挖机斗2的底部之间的夹角为15°～25°，所述安装座4沿所述挖机斗2的高度方向由下向上倾斜。
实际使用时,将所述修整刀具与所述安装座4连接后,反铲挖掘机1操作人员在操作室通过控制所述挖机斗2对所述修整刀具进行控制,使所述修整刀具对所施工隧道进行修整,无需作业人员进入隧道进行人工修整,减少施工风险,同时能够提高施工效率。
实际使用时,所述第一刀杆3-1与水平刀片3-2、第二刀杆5-1与垂直刀片5-2、第三刀杆7-1与斜向刀片7-2、第四刀杆8-1与羊角刀片8-2可以为焊接连接、螺栓连接等固定连接方式，本实施例中优选的为焊接连接，由于所述修整刀具在对所施工隧道进行修整时，所施工隧道一般为岩石隧道或岩土隧道，岩石隧道的硬度较大，岩土隧道由于土的固结作用，硬度也同样较大，因此所述修整刀具在进行作业时会受到较大的压应力和剪切应力，以所述水平刀具为例羊角刀具、垂直刀具和斜向刀具与所述水平刀具相同，当所述水平刀具受到压应力和剪切应力时，所述压力通过水平刀片3-2传递至所述第一刀杆3-1，因此所述水平刀片3-2与第一刀杆3-1的连接处为受力薄弱点，会产生应力集中，焊接连接方式的抗剪和抗压性能较优，而螺栓连接方式的抗剪性能较差，螺杆易被剪断，造成施工中断，影响施工工期。
实际使用时，采用所述水平刀片3-2在对所述开挖方向进行修整，使掌子面的进尺满足设计要求。
实际使用时，采用所述斜向刀片7-2对所述侧墙的轮廓进行修整，所述侧墙为高度大于所述挖机斗2的高度弧形墙体，因此如果采用所述水平刀片3-2进行所述侧墙轮廓的修整时，所述反铲挖掘机1需根据所述侧墙的高度和弧度进行多次的移动，且移动过程为人工控制，施工效率低，因此将所述斜向刀片7-2与所述第二刀杆7-1的夹角设置为35°～50°，且所述安装座4与所述挖机斗2的底部之间的夹角为15°～25°，以满足所述侧墙不同高度、弧度的修整要求。
实际使用时，采用所述垂直刀片5-2对所述拱顶的轮廓进行修整，所述拱顶为弧形面，采用斜向刀片7-2或水平刀片3-2进行所述拱顶的轮廓修整时，所述反铲挖掘机1需根据所述弧形面的弧度和弧长进行多次的移动，且移动过程为人工控制，施工效率低。
实际使用时，所述羊角刀片8-2与第四刀杆8-1的夹角为35°～45°，且所述安装座4与所述挖机斗2的底部之间的夹角为15°～25°，当所述开挖方向、侧墙和拱顶在修整的过程中，出现块状的硬岩时，采用所述羊角刀片8-2进行修整，如果所述羊角刀片8-2与所述刀杆的夹角过大或者过小，而所述挖机斗2仅能进行上下翻转，而不能够进行旋转，因此不能全面的进行修整。
本实施例中，所述第一刀杆3-1、第二刀杆5-1、第三刀杆7-1和第四刀杆8-1的后端均插装在所述安装座4内。
实际使用时，所述安装座4为能够将所述第一刀杆3-1、第二刀杆5-1、第三刀杆7-1和第四刀杆8-1的构件，优选的所述安装座4为槽钢，由于所述槽钢为工厂加工的标准件，便于就地取材，且强度刚度均可满足，所述槽钢的尺寸与所述第一刀杆3-1、第二刀杆5-1、第三刀杆7-1和第四刀杆8-1的尺寸相同。
实际使用时，所述槽钢与所述挖机斗2通过焊接或者螺栓连接。
本实施例中，所述第一刀杆3-1、第二刀杆5-1、第三刀杆7-1和第四刀杆8-1上均设置有限位柱6，所述限位柱6与所述安装座4的前端顶紧。
本实施例中，所述限位柱6设置在与所述羊角刀片8-2、斜向刀片7-2的倾斜方向相同的一侧。
实际使用时，所述第一刀杆3-1、第二刀杆5-1、第三刀杆7-1和第四刀杆8-1的前端均设置在所述挖机斗2的前侧，防止在进行修整时，所述挖机斗2的前端与所施工隧道接触。
设置所述限位柱6的目的是防止在所述修整装置作业时，所述第一刀杆3-1、第二刀杆5-1、第三刀杆7-1和第四刀杆8-1与所施工隧道接触后，所述第一刀杆3-1、第二刀杆5-1、第三刀杆7-1和第四刀杆8-1向所述挖机斗2方向移动，影响施工质量、增加施工工期。
如图6所示的一种利用所述修整设备对所施工隧道进行修整的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、开挖方向修整：将所述水平刀具安装在所述安装座4上后，保持所述挖斗机2的底部呈水平布设，沿所施工隧道延伸方向右后至前进行当前所开挖隧道段掌子面的修整，并且通过控制所述反铲挖掘机1的挖掘臂使所述水平刀具由下向上进行当前所开挖隧道段掌子面的修整，直至当前所开挖隧道段掌子面的进尺满足设计要求；
步骤二、侧墙轮廓修整：拆除步骤一中所述水平刀具后，将所述斜向刀具安装在所述安装座4上，保持所述挖斗机2的底部呈水平布设，控制所述反铲挖掘机1的挖掘臂，由下向上进行当前所开挖隧道段掌子面后侧侧墙的轮廓修整，直至所述侧墙的轮廓修整完成；
步骤三、拱顶轮廓修整：拆除步骤二中所述斜向刀具后，将所述垂直刀具安装在所述安装座4上，控制所述反铲挖掘机1的挖掘臂，由右向左或由左向右进行当前所开挖隧道段掌子面后侧拱顶的轮廓修整，直至所述拱顶的轮廓修整完成。
实际施工时，首先进行所述开挖方向的修整，是所述开挖方向的进尺满足设计要求后，进行所述侧墙和拱顶的轮廓修整，施工工序连贯、简单。
实际施工时，通过所述反铲挖掘机1对所施工隧道的掌子面、侧墙和拱顶的轮廓依次进行修整，施工效率高且有效的防止了由于拱顶下落的散土，对员工造成的安全问题。
本实施例中，采用该修整设备对所施工隧道进行修整仅需要30min～40min，与采用人工风镐修施工效率提高了8～10倍。
本实施例中，在步骤一中开挖方向修整、步骤二中侧墙轮廓修整和步骤三中拱顶轮廓修整过程中，当出现硬岩时，采用羊角刀具对所述硬岩进行修整，所述羊角刀具包括安装在所述安装座4上的第四刀杆8-1和设置在所述第四刀杆8-1前端的羊角刀片8-2，所述羊角刀片8-2沿所述第四刀杆8-1由下向上倾斜，所述羊角刀片8-2与所述第四刀杆8-1的夹角为35°～45°；
在对所述硬岩修整前，首先要将所述水平刀具、斜向刀具或垂直刀具进行拆卸，将所述羊角刀具安装在所述安装座4上。
实际施工时，采用所述羊角刀具对所述硬岩进行修整，有效的保护了所述水平刀具、斜向刀具和垂直刀具在出现硬岩时，由于受力瞬间变大而损坏，节约了施工成本且提高了施工效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种隧道开挖施工用修整设备，其特征在于：包括对所施工隧道进行开挖的反铲挖掘机(1)和设置在所述反铲挖掘机(1)的挖机斗(2)侧部的安装座(4)，所述安装座(4)为供修整刀具安装的支座，所述安装座(4)与所述挖机斗(2)的侧部呈平行布设，所述修整刀具为用于对所施工隧道开挖方向进行修整的水平刀具、用于修整所施工隧道拱顶轮廓的垂直刀具或用于修整所施工隧道侧墙轮廓的斜向刀具；
所述水平刀具包括安装在所述安装座(4)上的第一刀杆(3-1)和设置在所述第一刀杆(3-1)前端的水平刀片(3-2)，所述垂直刀具包括安装在所述安装座(4)上的第二刀杆(5-1)和设置在所述第二刀杆(5-1)前端的垂直刀片(5-2)，所述斜向刀具包括安装在所述安装座(4)上的第三刀杆(7-1)和设置在所述第三刀杆(7-1)前端的斜向刀片(7-2)，所述斜向刀片(7-2)沿所述第三刀杆(7-1)由下向上倾斜，所述斜向刀片(7-2)与所述第三刀杆(7-1)的夹角为35°～50°，所述水平刀片(3-2)、垂直刀片(5-2)和斜向刀片(7-2)均设置在所述挖机斗(2)的前侧。
2.按照权利要求1所述的一种隧道开挖施工用修整设备，其特征在于：还包括用于对所施工隧道中硬岩进行修整的羊角刀具，所述羊角刀具包括安装在所述安装座(4)上的第四刀杆(8-1)和设置在所述第四刀杆(8-1)前端的羊角刀片(8-2)，所述羊角刀片(8-2)沿所述第四刀杆(8-1)由下向上倾斜，所述羊角刀片(8-2)与所述第四刀杆(8-1)的夹角为35°～45°。
3.按照权利要求2所述的一种隧道开挖施工用修整设备，其特征在于：所述第一刀杆(3-1)、第二刀杆(5-1)、第三刀杆(7-1)和第四刀杆(8-1)的后端均插装在所述安装座(4)内。
4.按照权利要求2所述的一种隧道开挖施工用修整设备，其特征在于：所述第一刀杆(3-1)、第二刀杆(5-1)、第三刀杆(7-1)和第四刀杆(8-1)上均设置有限位柱(6)，所述限位柱(6)与所述安装座(4)的前端顶紧。
5.按照权利要求2所述的一种隧道开挖施工用修整设备，其特征在于：所述限位柱(6)设置在与所述羊角刀片(8-2)、斜向刀片(7-2)的倾斜方向相同的一侧。
6.按照权利要求1或2所述的一种隧道开挖施工用修整设备，其特征在于：所述安装座(4)与挖机斗(2)的底部之间的夹角为15°～25°，所述安装座(4)沿所述挖机斗(2)的高度方向由下向上倾斜。
7.一种利用权利要求1所述的修整设备对所施工隧道进行修整的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、开挖方向修整：将所述水平刀具安装在所述安装座(4)上后，保持所述挖斗机(2)的底部呈水平布设，沿所施工隧道延伸方向右后至前进行当前所开挖隧道段掌子面的修整，并且通过控制所述反铲挖掘机(1)的挖掘臂使所述水平刀具由下向上进行当前所开挖隧道段掌子面的修整，直至当前所开挖隧道段掌子面的进尺满足设计要求；
步骤二、侧墙轮廓修整：拆除步骤一中所述水平刀具后，将所述斜向刀具安装在所述安装座(4)上，保持所述挖斗机(2)的底部呈水平布设，控制所述反铲挖掘机(1)的挖掘臂，由下向上进行当前所开挖隧道段掌子面后侧侧墙的轮廓修整，直至所述侧墙的轮廓修整完成；
步骤三、拱顶轮廓修整：拆除步骤二中所述斜向刀具后，将所述垂直刀具安装在所述安装座(4)上，控制所述反铲挖掘机(1)的挖掘臂，由右向左或由左向右进行当前所开挖隧道段掌子面后侧拱顶的轮廓修整，直至所述拱顶的轮廓修整完成。
8.按照权利要求7所述的施工方法，其特征在于：在步骤一中开挖方向修整、步骤二中侧墙轮廓修整和步骤三中拱顶轮廓修整过程中，当出现硬岩时，采用羊角刀具对所述硬岩进行修整，所述羊角刀具包括安装在所述安装座(4)上的第四刀杆(8-1)和设置在所述第四刀杆(8-1)前端的羊角刀片(8-2)，所述羊角刀片(8-2)沿所述第四刀杆(8-1)由下向上倾斜，所述羊角刀片(8-2)与所述第四刀杆(8-1)的夹角为35°～45°；
在对所述硬岩修整前，将所述水平刀具、斜向刀具或垂直刀具进行拆卸，将所述羊角刀具安装在所述安装座(4)上。
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