CN108005687B - 分离式隧道钢拱架安装装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分离式隧道钢拱架安装装置，包括开挖台车、设在开挖台车靠洞口端的锚杆网片提升机、拱架提升机构、设在开挖台车顶层两侧侧翼下的拱架平移机构、设在开挖台车顶层平台两侧且垂直于顶层平台的拱架顶部顶升机构和设在开挖台车两侧侧翼下的拱架侧部顶升机构。本装置可直接安装在开挖台车顶层平台上，并且装置造价低，通过拱架在本装置中的前后、左右、上下、倾斜等运动，实现了拱架准确就位。

Description

分离式隧道钢拱架安装装置

技术领域

本发明涉及隧道施工设备领域。

背景技术

随着国家基础建设的发展，基础建设市场一片繁荣，公路、铁路正实现跨越式发展，其 中隧道施工是公路、铁路建设中重要的组成部分。在隧道施工过程中，经常会遇到由于没有 坚固的基础支撑，因而在新的应力形成过程中出现基础承载力不足并相应导致隧道失稳塌方等实际问题，其严重影响了人身和设备安全，阻碍了施工的进度。实际施工过程中，为解决 上述隧道失稳塌方等实际问题，必须在隧道开挖过程中，及时对开挖断面进行快速且有效地 支护。

但目前，实际施工时主要通过以下方式进行，一是拱架安装三臂台车，其设备价格高， 作用单一，一次只能进行一榀隧道钢拱架的安装，且不能对拱架进行全方位的施工；第二是， 我公司生产的安装在开挖台车上设置的整体式隧道钢拱架安装装置，一般开挖台车两侧都分别都设有若干层供施工的侧翼，而整体式隧道钢拱架安装装置，其结构较复杂，运动副太多， 对开挖作业及开挖测量均有影响，其他拱架安装方法一般为人工安装，拱架的位置通常需要 人工进行调整，一次也只能进行一榀隧道钢拱架的安装，劳动强度大，用工人数多，安装效 率低且安全系数低。

发明内容

本发明意在提供一种分离式隧道钢拱架安装装置，以解决现有的拱架安装装置与开挖台 车一体配置时，影响开挖过程中的测量、钻孔、锚杆安装等工作的问题。

基础方案：分离式隧道钢拱架安装装置，包括开挖台车、设在开挖台车靠洞 口端的锚杆网片提升机、拱架提升机构、设在开挖台车顶层两侧侧翼下的拱架平 移机构、设在开挖台车顶层平台两侧且垂直于顶层平台的拱架顶部顶升机构和设 在开挖台车两侧侧翼下的拱架侧部顶升机构，所述拱架提升机构包括设在开挖台 车靠洞口端两侧立柱上的第一拱架顶升件、杠杆、底板、第一卷扬机和与第一卷扬机配合的若干第一定滑轮；所述拱架平移机构包括供拱架前后平移的圆管轨道、 行走在圆管轨道上的第一平移小车、驱动第一平移小车往复运动的第二卷扬机和 与第二卷扬机配合的若干第二定滑轮；所述拱架顶部顶升机构包括分别设在开挖 台车靠掌子面一端两侧的第二拱架顶升件和铰接在第二拱架顶升件上端的第一 拱架顶出杆，所述第一拱架顶出杆上均滑动连接有若干可沿第一拱架顶出杆前后平移的第二平移小车；所述拱架侧部顶升机构分别设在开挖台车靠掌子面一端的 两侧，所述拱架侧部顶升机构包括第三拱架顶升件和铰接在第三拱架顶升件上端 的第二拱架顶出杆，所述第二拱架顶出杆均滑动连接有若干可沿第二拱架顶出杆 前后平移的第三平移小车。

上述技术方案的原理是：在进行隧道内的拱架安装时，先将开挖台车移动到紧靠掌子 面位置，然后在开挖台车靠洞口端，按全段面、二台阶施工方法及进尺长度的不同，在开挖 台车靠洞口端预拼适量榀数的拱架(拱架预拼段数＝当次安装总段数-2)。

先不启动第一拱架顶升件，只启动第一卷扬机，两侧的第一卷扬机放出钢丝绳，用钢 丝绳上卡具卡在拱架的适当位置，然后通过第一卷扬机将拱架提升到紧靠杠杆上定滑轮位 置，此时启动第一拱架顶升件，将拱架进一步提升至杠杆与开挖台车顶层平台垂直位置。启动驱动第一平移小车的第二卷扬机，驱动第一平移小车移动至其承重杆位于拱架正下方时， 利用第一卷扬机将拱架降至承重杆上且用插销限位，从拱架上取掉第一卷扬机上的卡具。

当第一拱架顶升件进一步顶升，杠杆顶部位置降低，让出拱架平移位置后，第一平移 小车在第二卷扬机的驱动下将拱架平移至开挖台车靠掌子面一端的第一拱架顶升杆上的适 当位置的某个第二平移小车上。第一平移小车送过来的拱架按先前后后的方式分别放置在第一拱架顶升杆上的多个第二平移小车上，(第一平移小车上的拱架平移至第二平移小车的正 上方时，第二拱架顶升件上升，第二平移小车顶升拱架并使其上升，留出适当空间使第一平 移小车平移回到洞口端，第二拱架顶升件降至最低位置，重复上述动作，将多榀拱架分别移 至若干第二平移小车上)。

当拱架移至在第二平移小车上时，通过第二拱架顶升件的升降运动及第一顶出杆上的 多个第二平移小车的前后移动，调整好各拱架的拱顶位置(拱架对中)及其相互间间距，在拱架间装上网片及连接钢筋(只固定一端，另一端为活动端)。第二拱架顶升件顶升，将拱架 顶升至安装位置，锁紧每段拱架连接板间的连接螺栓，再将两侧拱架侧部顶升机构上的第三 拱架顶升件进行顶升，将第二顶出杆水平顶出，将第三平移小车移至拱架对应位置，将拱架底部顶升至安装位置，人工将底段拱架锁定至地面及上端拱架间，安装网片，焊接连接钢筋， 至此多榀拱架安装完成。

上述技术方案的效果是：

1、本装置可直接安装在开挖台车顶层平台上，并且装置造价低，通过拱架在本装置中 的前后、左右、上下、倾斜等运动，实现了拱架准确就位。

2、本装置可同时实现两榀、三榀甚至多榀拱架在焊好连接筋及钢板网后同时安装。

3、本装置通过机械结构实现拱架的就位和安装，代替了拱架的人工抬升安装，极大的 降低了劳动强度，减少用工人数，提高了拱架安装和定位的效率。

4、不占用开挖台车钻孔施工平台,平移小车行走时避免了石块卡定第一平移小车和第 二平移小车的行走轮。

5、尽量放大拱架平移时第一平移小车两承重杆间间距，减少第一平移小车平移时拱架 变形量，避免拱架触碰开挖台车侧翼。

6、拱架安装人员可由12-13人减为7-8人，安装人员只是在地面预拼和拼装底段拱架 时需人工抬移单段拱架，减少拱架安装人数，大大降低劳动强度。

7、减少拱架安装时间，降低拱架安装风险。

方案二，作为对基础方案的进一步优化，所述第一拱架顶升件与杠杆铰接，第一拱架顶 升件和杠杆分别与底板铰接，杠杆顶端及底板设有定滑轮。通过第一拱架顶升件的升降，杠 杆沿底板上铰接点作圆周运动，当第一拱架顶升件收缩在最短长度时，杠杆向洞口端倾斜距离最长，此时提升拱架，可最大可能地避免拱架吊装过程中碰撞开挖台车；当第一拱架顶升 件顶升到杠杆垂直于开挖台车顶层平台时，拱架处于提升过程的最高位置，便于第一平移小 车接过拱架；当第一拱架顶升件顶升到最长距离时，杠杆顶端处于最低位置，为在第一平移 小车上的拱架平移到掌子面留出足够空间。

方案三，作为对基础方案的进一步优化，所述拱架侧部顶升机构分别设在开挖台车靠掌 子面一端两侧的第一层侧翼或第二层侧翼下。

方案四，作为对基础方案的进一步优化，所述第二卷扬机为分隔式卷筒卷扬机。第一平 移小车前后两端所固定钢丝绳的另一端通过定滑轮转向，分别顺时针及逆时针缠绕在分隔式 卷筒卷扬机卷筒的一侧，使用一台卷扬机即可实现第一平移小车的沿圆管轨道水平往复运动，且钢丝绳间不会相互纠缠，平移匀速。

方案五，作为对基础方案的进一步优化，所述第一拱架顶升件、第二拱架顶升件和第三 拱架顶升件均为两根。第一拱架顶升件在开挖台车靠洞口端两侧各一，为拱架提升提供两个 吊点，可平稳提升拱架同时减少拱架提升过程中的变形；第二拱架顶升件和第三拱架顶升件均为两根，两根拱架顶升件均铰接有一根拱架顶出杆，顶出杆可平行于开挖台车顶出，也可 相对倾斜，以实现拱架顶出时位置可相对调整。

方案六，作为对方案五的进一步优化，所述第一拱架顶升件、第二拱架顶升件和第三拱 架顶升件均由液压油缸或气缸驱动。所有顶升件均由同一液压站或气站提供动力，液压站或 气站提供的动力通过各种液压(或气动)阀的控制实现顶升件的升降等动作。

方案七，作为对基础方案的进一步优化，其特征在于，所述第一平移小车、第二平移小 车和第三平移小车均为三向轮平移小车。小车轮设为三向轮，可保证小车移动时不会发生脱 轨、偏移、卡顿等现象。

方案八，作为对基础方案的进一步优化，其特征在于，所述第二平移小车和第三平移小 车与拱架的接触位置均设有滚动轮。在顶升拱架时，拱架在滚动轮上可自由地作相对运动， 特别是拱架作拱顶对中调整时，通过拱架顶部顶升机构两侧顶出杆相对升降，拱架可在滚动轮上迅速滑动，达到拱顶快速对中的目的。

附图说明

图1为本发明实施例分离式隧道钢拱架安装装置靠隧道洞壁端的结构示意图；

图2为本发明实施例分离式隧道钢拱架安装装置靠隧道洞口端的结构示意图；

图3为本发明实施例分离式隧道钢拱架安装装置靠隧道掌子面端的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：开挖台车1、第一拱架顶升件2、杠杆3、第一卷扬机4、 圆管轨道5、第一平移小车6、第二卷扬机7、第二拱架顶升件8、第一拱架顶出杆9、第二平移小车10、第三拱架顶升件11、第二拱架顶出杆12、第三平移小车13、拱架14、第一定滑轮15、第二定滑轮16。

实施例基本如附图1、附图2和附图3所示：

分离式隧道钢拱架安装装置，包括开挖台车1、设在开挖台车1靠洞口端的锚杆网片提 升机、拱架提升机构、设在开挖台车1顶层两侧侧翼下的拱架平移机构、设在开挖台车1顶 层平台两侧且垂直于顶层平台的拱架顶部顶升机构和设在开挖台车1两侧侧翼下的拱架侧部 顶升机构，拱架提升机构包括设在开挖台车1靠洞口端两侧立柱上两根第一拱架顶升件2、 杠杆3、底板、第一卷扬机4和与第一卷扬机4配合设置的若干第一定滑轮15。

两根第一拱架顶升件2与杠杆3铰接，两根第一拱架顶升件2和杠杆3分别与底板铰接， 第一拱架顶升件2在开挖台车1靠洞口端两侧各一，为拱架提升提供两个吊点，可平稳提升拱架同时减少拱架提升过程中的变形。杠杆3顶端及底板设有定滑轮，通过第一拱架顶升件 2的升降，杠杆3沿底板上铰接点作圆周运动，当第一拱架顶升件2收缩在最短长度时，杠 杆3向洞口端倾斜距离最长，此时提升拱架，可最大可能地避免拱架吊装过程中碰撞开挖台 车1；当第一拱架顶升件2顶升到杠杆3垂直于开挖台车1顶层平台时，拱架处于提升过程 的最高位置，便于第一平移小车6接过拱架；当第一拱架顶升件2顶升到最长距离时，杠杆 3顶端处于最低位置，为在第一平移小车6上的拱架平移到掌子面留出足够空间。

拱架平移机构包括供拱架前后平移的圆管轨道5、行走在圆管轨道5上的第一平移小车 6、驱动第一平移小车6往复运动的第二卷扬机7和与第二卷扬机7配合设置的若干第二定 滑轮16，第二卷扬机7为分隔式卷筒卷扬机，第一平移小车6前后两端所固定钢丝绳的另一 端通过定滑轮转向，分别顺时针及逆时针缠绕在分隔式卷筒卷扬机卷筒的一侧，使用一台卷 扬机即可实现第一平移小车6的沿圆管轨道5水平往复运动，且钢丝绳间不会相互纠缠，平 移匀速。

拱架顶部顶升机构包括分别设在开挖台车1靠掌子面一端两侧的两根第二拱架顶升件8 和铰接在两根第二拱架顶升件8上端的第一拱架顶出杆9，第一拱架顶出杆9上均滑动连接 有若干可沿第一拱架顶出杆9前后平移的第二平移小车10。

拱架侧部顶升机构分别设在开挖台车1靠掌子面一端两侧的第一层侧翼或第二层侧翼 下，拱架侧部顶升机构包括两根第三拱架顶升件11和铰接在两根第三拱架顶升件11上端的第二拱架顶出杆12，第二拱架顶出杆12均滑动连接有若干可沿第二拱架顶出杆12前后平移 的第三平移小车13。第二拱架顶升件8和第三拱架顶升件11均为两根，两根拱架顶升件均 铰接有一根拱架顶出杆，顶出杆可平行于开挖台车1顶出，也可相对倾斜，以实现拱架顶出 时位置可相对调整。

第一拱架顶升件2、第二拱架顶升件8和第三拱架顶升件11均由液压油缸或气缸驱动。 所有顶升件均由同一液压站或气站提供动力，液压站或气站提供的动力通过各种液压(或气 动)阀的控制实现顶升件的升降等动作。第一平移小车6、第二平移小车10和第三平移小车 13均为三向轮平移小车，第二平移小车10和第三平移小车13与拱架的接触位置均设有滚动 轮。在顶升拱架时，拱架在滚动轮上可自由地作相对运动，特别是拱架作拱顶对中调整时， 通过拱架顶部顶升机构两侧顶出杆相对升降，拱架14可在滚动轮上迅速滑动，达到拱顶快 速对中的目的。

在进行隧道内的拱架14安装时，先将开挖台车1移动到紧靠掌子面位置，然后在开挖 台车1靠洞口端，按全段面、二台阶施工方法及进尺长度的不同，在开挖台车1靠洞口端预 拼适量榀数的拱架14(拱架预拼段数＝当次安装总段数-2)。先不启动第一拱架顶升件2，只 启动第一卷扬机4，两侧的第一卷扬机4放出钢丝绳，用钢丝绳上卡具卡在拱架14的适当位 置，然后通过第一卷扬机4将拱架14提升到紧靠杠杆3上定滑轮位置，此时启动第一拱架 顶升件2，将拱架14进一步提升至杠杆3与开挖台车1顶层平台垂直位置。

启动驱动第一平移小车6的第二卷扬机7，驱动第一平移小车6移动至其承重杆位于拱 架14正下方时，利用第一卷扬机4将拱架14降至承重杆上且用插销限位，从拱架14上取 掉第一卷扬机4上的卡具。当第一拱架顶升件2进一步顶升，杠杆3顶部位置降低，让出拱架14平移位置后，第一平移小车6在第二卷扬机7的驱动下将拱架14平移至开挖台车1靠掌子面一端的第一拱架顶升杆上的适当位置的某个第二平移小车10上。

第一平移小车6送过来的拱架14按先前后后的方式分别放置在第一拱架顶升杆上的多 个第二平移小车10上，(第一平移小车6上的拱架14平移至第二平移小车10的正上方时， 第二拱架顶升件8上升，第二平移小车10顶升拱架14并使其上升，留出适当空间使第一平 移小车6平移回到洞口端，第二拱架顶升件8降至最低位置，重复上述动作，将多榀拱架14 分别移至若干第二平移小车10上)。当拱架14移至在第二平移小车10上时，通过第二拱架 顶升件8的升降运动及第一顶出杆上的多个第二平移小车10的前后移动，调整好各拱架14 的拱顶位置(拱架14对中)及其相互间间距，在拱架14间装上网片及连接钢筋(只固定一端， 另一端为活动端)。

第二拱架顶升件8顶升，将拱架14顶升至安装位置，锁紧每段拱架14连接板间的连接 螺栓，再将两侧拱架侧部顶升机构上的第三拱架顶升件11进行顶升，将第二顶出杆水平顶 出，将第三平移小车13移至拱架14对应位置，将拱架14底部顶升至安装位置，人工将底段拱架14锁定至地面及上端拱架14间，安装网片，焊接连接钢筋，至此多榀拱架14安装 完成。

经实验：

拱架安装人员可由12-13人减为7-8人，安装人员只是在地面预拼A、B、C段拱架和移 动D段拱架时需人工抬移单段拱架。

第一步:4-5人在地面同时拼装3榀(每榀包括A、B、C段)拱架，用时约12-15分钟，此时，其余3人用锚杆网片提升机将网片、钢筋、超前锚杆吊装至顶层平层。

第二步:预拼完后留两人在地面用第一卷扬机4钢丝绳上卡具卡住拱架，其余人上开挖 台车1上相应位置，单榀拱架吊装时间2-3分钟，平移拱架用时2-3分钟，两者同步进行， 总用时10-15分钟。

第三步:3榀拱架对中，用时4-5分钟。

第四步:安装、绑扎、焊接拱架间网片及连接钢筋用时20-25分钟

第五步:拱架顶部及两侧顶升，两侧D段拱架安装，用时20-25分钟

第六步:D段及新安拱架及原拱架间网片及连接钢筋绑扎、焊接，用时约25-30分钟。

不考虑欠挖、清理浮石及其它影响拱架安装的时间的情况下用时为91-125分钟，加上 锁脚、超前锚杆钻孔安装用时1.5-2小时，总用时3-4小时。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描 述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若 干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方 式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.分离式隧道钢拱架安装装置，其特征在于：包括开挖台车、设在开挖台车靠洞口端的锚杆网片提升机、拱架提升机构、设在开挖台车顶层两侧侧翼下的拱架平移机构、设在开挖台车顶层平台两侧且垂直于顶层平台的拱架顶部顶升机构和设在开挖台车两侧侧翼下的拱架侧部顶升机构，所述拱架提升机构包括设在开挖台车靠洞口端两侧立柱上的第一拱架顶升件、杠杆、底板、第一卷扬机和与第一卷扬机配合的若干第一定滑轮；所述拱架平移机构包括供拱架前后平移的圆管轨道、行走在圆管轨道上的第一平移小车、驱动第一平移小车往复运动的第二卷扬机和与第二卷扬机配合的若干第二定滑轮，所述第一平移小车前后两端所固定钢丝绳的另一端通过定滑轮转向，分别顺时针及逆时针缠绕在第二卷扬机卷筒的一侧；所述拱架顶部顶升机构包括分别设在开挖台车靠掌子面一端两侧的第二拱架顶升件和铰接在第二拱架顶升件上端的第一拱架顶出杆，所述第一拱架顶出杆上均滑动连接有若干可沿第一拱架顶出杆前后平移的第二平移小车；所述拱架侧部顶升机构分别设在开挖台车靠掌子面一端的两侧，所述拱架侧部顶升机构包括第三拱架顶升件和铰接在第三拱架顶升件上端的第二拱架顶出杆，所述第二拱架顶出杆均滑动连接有若干可沿第二拱架顶出杆前后平移的第三平移小车，所述第二平移小车和第三平移小车与拱架的接触位置均设有滚动轮。

2.根据权利要求1所述的分离式隧道钢拱架安装装置，其特征在于：所述第一拱架顶升件与杠杆铰接，第一拱架顶升件和杠杆分别与底板铰接，杠杆顶端及底板设有定滑轮。

3.根据权利要求2所述的分离式隧道钢拱架安装装置，其特征在于：所述拱架侧部顶升机构分别设在开挖台车靠掌子面一端两侧的第一层侧翼或第二层侧翼下。

4.根据权利要求3所述的分离式隧道钢拱架安装装置，其特征在于：所述第二卷扬机为分隔式卷筒卷扬机。

5.根据权利要求4所述的分离式隧道钢拱架安装装置，其特征在于：所述第一拱架顶升件、第二拱架顶升件和第三拱架顶升件均至少为两根。

6.根据权利要求5所述的分离式隧道钢拱架安装装置，其特征在于：所述第一拱架顶升件、第二拱架顶升件和第三拱架顶升件均由液压油缸或气缸驱动。

7.根据权利要求6所述的分离式隧道钢拱架安装装置，其特征在于：所述第一平移小车、第二平移小车和第三平移小车均为三向轮平移小车。