CN108952763B - 一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的设备及其工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的设备及其工法，提供了一种集成式的施工设备和施工工法，通过拱架机械手实现对钢拱架的抓取和各方向的调整，工作平台臂总成输送施工人员对钢拱架进行固定，凿岩臂总成实现钻取锁脚锚杆孔，施工设备的注浆系统。进行注浆，本设备集钢拱架安装、钻系统瞄杆孔、钻锁脚锚杆孔、注浆于一体。本发明的有益效果是：结构紧凑、降低了施工难度、降低了施工成本、提高了施工效率、钢拱架安装精度高、避免钢拱架在施工过程中倾斜，钻系统瞄杆孔、钻锁脚锚杆孔、安装锁脚锚杆及注浆等辅助功能集成一体快速施工工法；减少了钢拱架安装台车与锚杆台车钻和锚杆台车钻与注浆台车注浆更换设备进出场时间。

Description

一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的设备及其工法

技术领域

本发明涉及公路隧道、铁路隧道支护施工设备领域，特别是一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的设备及其工法。

背景技术

2013年9月我国交通运输部发布的《关于进一步加强隧道工程质量和安全监管工作的若干意见》（交质监发[2013]549号）中明确指出要广泛应用隧道施工新型机械设备；另外随着国家对工程质量、作业安全、职业健康等方面的要求不断提高，不断推广隧道施工新型机械设备；在隧道施工技术上不仅是有效保障施工安全和质量，更是贯彻以人为本理念的根本措施，同时对提高我国隧道施工技术的整体水平背景技术下有着重要意义。

目前我国公路隧道、铁路隧道软岩隧道施工的快速修建设备配套技术水平、施工装备及国产化仍处于隧道施工机械化初期，整体技术仍落后于发达国家。以钻爆法为基础的机械化快速施工技术体系尚未完成，设备配套关键技术难题尚未取得突破，施工进度差别很大 ，施工过程中事故隐患较多。其作业线上的主要施工设备多从国外引进，自主开发的品种比较少、质量较差、故障率较高，主要技术性能参数与隧道现有施工条件不匹配等。而国产化设备多数采用挖掘机等改造，从而专业程度低，影响作业效率，不容易形成全面的机械化施工作业线。特别在开挖、出作、喷锚、支护、二次混凝土衬砌等工序上。对于软围岩和土质隧道，大多数仍采用人工作业，工序循环时间长，围岩扰动大，安全风险高，支护困难，造成软岩隧道不能快速施工，也不能形成机械化作业。

隧道开挖后，为控制围岩应力适量释放和变形量，增加结构安全度和方便施工，软围岩隧道开挖后立即实施刚度较小并作为永久承载结构一部分的初期支护，根据不同的围岩等级确定不同的初期支护方式。对于Ⅳ级和Ⅳ以上的围岩在支护过程中一般要采用钢拱架支撑。钢拱架可以采用工字钢、H型钢、钢格栅或钢筋制成。钢拱架的整体刚度较大，可以在隧道开挖初期提供一定的支护刚度。钢拱架可以很好的与锚杆、钢筋网、喷射混凝土相结合，构成联合支护，增强支护效果。钢拱架的施工过程是：先将两根钢拱架输送进入隧道内，随后举升到隧道撑子面，然后人工在两钢拱架法兰之间采用螺栓连接，从而才能完成两根钢拱架的螺栓连接。由于钢拱架通常采用升降平台运输到隧道撑子面，但是无法调整钢拱架的姿态，即无法调整钢拱架的俯仰姿态和水平姿态，导致钢拱架的安装精度低，而且在安装过程中，钢拱架还要发生倾斜，非常不安全。此外两段钢拱架对接的过程中，钢拱架的空中姿态也在发生变化，采用一般的升降装置无法实现俯仰、水平旋转等姿态调整，无法适应钢拱架的位置变化，即平台很难将两根钢拱架的待连接处支撑，导致费时费力，施工难度大。

国内目前钢拱架安装工艺落后，简单依靠装载机和挖机进行施工，仍以大量人工作业为主。国外拱架安装台车设备已进军中国市场，但价格昂贵，现场配套工艺要求严格，据查隧道工地实际应用很少。国内多家工程设备公司看好钢拱架安装台车市场前景，但样机以履带行走工程设备改造为主，样机在工地施工效果不明显并不被用户接受。

由于隧道施工的工法的复杂，也使得在整个施工过程中会花费很多的时间。

鉴于以上问题，设计了一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的工法及其设备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构紧凑、降低施工难度、降低施工成本、提高施工效率、避免钢拱架在施工过程中倾斜、钢拱架安装精度高、钻系统瞄杆孔、钻锁脚锚杆孔、安装锁脚锚杆及注浆等辅助功能集成一体的用于公路隧道、铁路隧道支护施工的设备及其工法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的设备，包括凿岩臂总成、平台工作臂总成、驾驶室总成、行走系统、动力系统、电控系统、拱架机械手、注浆系统和无线遥控，所述凿岩臂总成、平台工作臂总成和拱架机械手与驾驶室总成连接，所述拱架机械手包括左拱架机械手和右拱架机械手，所述凿岩臂总成和平台工作臂总成位于两个拱架机械手之间且凿岩臂总成在平台工作臂总成后面，所述凿岩臂总成在平台工作臂总成上方，所述驾驶室总成的底部设置有行走系统，所述行走系统与动力系统连接，所述凿岩臂总成、平台工作臂总成、拱架机械手、注浆系统和无线遥控与电控系统电连接，所述电控系统置于设备的尾部，所述注浆系统置于动力系统和电控系统之间；所述平台工作臂总成包含多级伸缩臂，所述拱架机械手包括多级伸缩臂。

优选的，工程底盘置于驾驶室总成底座上，所述工程底盘有两件且位于驾驶室总成的两侧，所述左拱架机械手和右拱架机械手安装在工程底盘上。

优选的，外接电源卷线总成置于设备后端靠近左拱架机械手的一侧，配重总成置于设备后端底部。

优选的，所述的左拱架机械手和右拱架机械手镜像且对称安装。

优选的，液压系统位于动力系统和注浆系统之间，液压系统与电控系统连接。

优选的，所述注浆系统置于设备后端且靠近右拱架机械手的一侧，水气系统位于电控系统和液压系统之间，且水气系统与电控系统电连接。

优选的，所述的行走系统采用的是车轮行走的方式。

一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的工法，包括以下步骤：

S1、钢拱架安装；

S11、工作人员通过无线遥控调节左拱架机械手和右拱架机械手至钢拱架处，并控制拱架机械手抓取钢拱架并将钢拱架举升到隧道撑子面并调节钢拱架的俯仰姿态和水平姿态，使得钢拱架之间能够很好的对接；

S12、在S11的基础上，施工人员站在平台工作臂总成的篮筐内，工作人员通过无线遥控控制工作平台臂总成的施工人员靠近隧道撑子面处，使得施工人员位于两根钢拱架的待连接处；

S13、在S12的基础上，工作人员通过无线遥控对钢拱架位置和篮筐的位置进行微调，使得施工人员精确位于两根钢拱架待连接处，施工人员使用螺栓将两件钢拱架进行连接，连接完成后，工作人员通过无线遥控控制拱架机械手和平台工作臂总成进行回收，回到初始位置；

S2、钻锁脚锚杆孔：工作人员通过无线遥控调节凿岩臂总成至合适位置处，并向电控系统发出凿岩臂总成工作的信号，电控系统控制凿岩臂总成钻锁脚锚杆孔；

S3、安装锁脚锚杆：当锁脚锚杆孔钻取完成后，工作人员通过无线遥控控制凿岩臂总成停止钻孔并返回初始状态，施工人员安装锁脚锚杆；

S4、注浆：施工人员安装好锁脚锚杆之后，工作人员通过无线遥控控制注浆系统进行注浆。

本发明具有以下优点：结构紧凑、降低了施工难度、降低了施工成本、提高了施工效率、钢拱架安装精度高、避免钢拱架在施工过程中倾斜，钻系统瞄杆孔、钻锁脚锚杆孔、安装锁脚锚杆及注浆等辅助功能集成一体快速施工工法；减少了钢拱架安装台车与锚杆台车钻和锚杆台车钻与注浆台车注浆更换设备进出场时间。

附图说明

图1 为本发明结构的立体图；

图2 为本发明结构的主视图；

图3 为本发明结构的俯视图

图中，1-凿岩臂总成，2-工作平台臂总成，3-工程底盘，4-驾驶室总成，5-行走系统，6-动力系统，7-外接电源卷线总成，8-配重总成，9-电控系统，10-右拱架机械手，11-左拱架机械手，12-液压系统，13-水气系统，14-注浆系统。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定的发明的有益目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对根据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例，此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可有任何合适形式组合：

如图1~2所示，一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的设备，包括凿岩臂总成1、工作平台臂总成2、驾驶室总成4、行走系统5、动力系统6、电控系统9、拱架机械手、注浆系统14和无线遥控，所述凿岩臂总成1、工作平台臂总成2和拱架机械手与驾驶室总成4连接，所述拱架机械手包括左拱架机械手11和右拱架机械手10，所述凿岩臂总成1和工作平台臂总成2位于两个拱架机械手之间且凿岩臂总成1在工作平台臂总成2后面，所述凿岩臂总成1在工作平台臂总成2上方，所述驾驶室总成4的底部设置有行走系统5，所述行走系统5与动力系统6连接，所述凿岩臂总成1、工作平台臂总成2、拱架机械手、注浆系统14和无线遥控与电控系统9电连接，所述电控系统9置于设备的尾部，所述注浆系统14置于动力系统6和电控系统9之间；所述工作平台臂总成2包含多级伸缩臂，所述拱架机械手包括多级伸缩臂。

通过上述方式，将括凿岩臂总成1、工作平台臂总成2、拱架机械手和注浆系统14集成为一体，使得该设备能够独立地完成钢拱架的安装、钻锁脚锚杆孔和注浆的工法，而不是独立的设备分别完成钢拱架安装、钻锁脚锚杆孔和注浆，这样的一个多设备多功能的集成通过电控系统进行控制，实现各设备之间的独立工作而不会互相形成干扰，拱架机械手可伸缩、可旋转，能够更好的调整钢拱架的位置，进一步地，两件拱架机械手位于设备的左右两侧，拱架机械手通过抓手抓取钢拱架时，可同时抓取两根钢拱架，通过无线遥控调整两件钢拱架的位置，可实现俯仰和水平方向的调节，这也意味着通过这个方式对钢拱架的安装精度高，且安装过程中，有很多的安全性；其次是通过工作平台臂总成将施工人员输送至钢拱架待连接处，再通过施工人员对待安装位置的评估，可再次进行位置之间的微调，进一步保证了安装的精度；驾驶室总成、行走系统和动力系统能使整个设备能够移动，增加了设备的移动性和多用性。

做为可选的实施方式，工程底盘3置于驾驶室总成4底座上，所述工程底盘3有两件且位于驾驶室总成4的两侧，所述左拱架机械手11和右拱架机械手10安装在工程底盘3上。

做为可选的实施方式，外接电源卷线总成7置于设备后端靠近左拱架机械手11的一侧，配重总成8置于设备后端底部。

通过上述方式，由于整个设备在隧道内施工，施工环境比较艰苦，很多施工隧道的隧道段附近没有电源，需要长距离的外接，外接电源卷线总成上有一定长度的电源线，能够满足施工所需。

做为可选的实施方式，所述的左拱架机械手11和右拱架机械手10镜像且对称安装。

通过上述方式，左拱架机械手和右拱架机械手镜像可减少设计难度和加工难度，其次左拱架机械手和右拱架机械手对称安装，能够方便对拱架机械手的控制和调节，也较美观。

做为可选的实施方式，液压系统12位于动力系统6和注浆系统14之间，液压系统12与电控系统9连接。

通过上述方式，液压系统12为凿岩臂总成1、工作平台臂总成2和拱架机械手提供动力，通过液压系统12与电控系统9连接，当需要哪个机械臂工作以及怎样工作时，无线遥控向电控系统9发出相关指令，电控系统9控制与该机械臂相关的液压系统12工作，为机械臂提供动力。

做为可选的实施方式，所述注浆系统14置于设备后端且靠近右拱架机械手10的一侧，水气系统13位于电控系统9和液压系统12之间，且水气系统13与电控系统9电连接。

通过上述方式，当凿岩臂总成1停止钻锁脚瞄杆孔后，通过无线遥控控制水气系统13工作，清理锁脚瞄杆孔中的杂质，方便锁脚瞄杆的安装。

做为可选的实施方式，所述的行走系统5采用的是车轮行走的方式。

通过上述方式，与履带式的同类设备相比，在工地的施工效果更好，且能够适合更复杂、更艰苦的施工环境，更具有通用性。

一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的工法，包括以下步骤：

S1、钢拱架安装；

S11、工作人员通过无线遥控调节左拱架机械手11和右拱架机械手10至钢拱架处，并控制拱架机械手抓取钢拱架并将钢拱架举升到隧道撑子面，调节钢拱架的俯仰姿态和水平姿态，使得钢拱架之间能够很好的对接；

S12、在S11的基础上，施工人员站在工作平台臂总成2的篮筐内，工作人员通过无线遥控控制工作平台臂总成2的施工人员靠近隧道撑子面处，使得施工人员位于两根钢拱架的待连接处；

S13、在S12的基础上，工作人员通过无线遥控对钢拱架位置和篮筐的位置进行微调，使得施工人员精确位于两根钢拱架待连接处，施工人员使用螺栓将两件钢拱架进行连接，连接完成后，工作人员通过无线遥控控制拱架机械手和工作平台臂总成2进行回收，回到初始位置；

S2、钻锁脚锚杆孔：工作人员通过无线遥控调节凿岩臂总成1至合适位置处，并向电控系统9发出凿岩臂总成1工作的信号，电控系统9控制凿岩臂总成1钻锁脚锚杆孔；

S3、安装锁脚锚杆：当锁脚锚杆孔钻取完成后，工作人员通过无线遥控控制凿岩臂总成1停止钻孔并返回初始状态，施工人员安装锁脚锚杆；

S4、注浆：施工人员安装好锁脚锚杆之后，工作人员通过无线遥控控制注浆系统14进行注浆。

通过上述施工工法，将钢拱架安装、钻锁脚锚杆孔和注浆需要不同设备完成的施工作业通过一个设备能够完成，减少了不同设备更换时进出场的时间，提高了施工效率

具体实施例：将钢拱架运输至施工隧道内，将该设备开进施工隧道内待施工处，将外接电源卷线总成7的电源线与电源连接，使设备通电，将注浆系统14、水气系统13和液压系统12准备工作准备完毕，工作人员通过无线遥控控制拱架机械手抓取钢拱架并将钢拱架举升到隧道撑子面，调节钢拱架的俯仰姿态和水平姿态，使得钢拱架之间能够实现很好的对接；保持对钢拱架的举升，施工人员站在工作平台总臂总成2的篮筐内，施工人员的数量根据实际情况确定，工作人员通过无线遥控控制工作平台臂总成2的施工人员靠近隧道撑子面，使得施工人员位于两根钢拱架的待连接处，施工人员通过对现场的评估以及施工的难度，将需要调整的信息（包括钢拱架的调整信息、工作平台臂总成的调整信息）传达给工作人员，工作人员根据施工人员提供的信息进行调整，调整完毕之后，施工人员使用螺栓将两件钢拱架进行连接固定，固定之后，工作人员通过无线遥控控制拱架机械手和工作平台臂总成2回收，回到初始位置；工作人员再控制凿岩臂总成1移动至指定位置，并开始进行工作，钻锁脚锚杆孔，当锁脚锚杆孔钻取完成之后，工作人员通过无线遥控控制凿岩臂总成1停止钻孔并返回初始状态，无线遥控控制水气系统13工作，清理锁脚瞄杆孔中的杂质，施工人员开始安装锁脚锚杆，安装好锁脚锚杆之后，工作人员通过无线遥控控制注浆系统14进行注浆，注浆完成之后，再进行钢拱架安装，重复上述的施工工法。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的工法，其特征在于，所述工法通过一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的设备进行实施，该设备包括凿岩臂总成（1）、工作平台臂总成（2）、驾驶室总成（4）、行走系统（5）、动力系统（6）、电控系统（9）、拱架机械手、注浆系统（14）和无线遥控，所述凿岩臂总成（1）、工作平台臂总成（2）和拱架机械手与驾驶室总成（4）连接，所述拱架机械手包括左拱架机械手（11）和右拱架机械手（10），左拱架机械手（11）和右拱架机械手（10）分别位于设备的左右两侧，拱架机械手通过抓手抓取钢拱架时，可同时抓取两根钢拱架，通过无线遥控调整两件钢拱架的位置，可实现俯仰和水平方向的调节；所述凿岩臂总成（1）和工作平台臂总成（2）位于两个拱架机械手之间且凿岩臂总成（1）在工作平台臂总成（2）后面，所述凿岩臂总成（1）在工作平台臂总成（2）上方，所述驾驶室总成（4）的底部设置有行走系统（5），所述行走系统（5）与动力系统（6）连接，所述凿岩臂总成（1）、工作平台臂总成（2）、拱架机械手、注浆系统（14）和无线遥控与电控系统（9）电连接，所述电控系统（9）置于设备的尾部，所述注浆系统（14）置于动力系统（6）和电控系统（9）之间；所述工作平台臂总成（2）包含多级伸缩臂，所述拱架机械手包括多级伸缩臂；所述工法包括以下步骤：

S1、钢拱架安装；

S11、工作人员通过无线遥控调节左拱架机械手（11）和右拱架机械手（10）至钢拱架处，并控制拱架机械手抓取钢拱架并将钢拱架举升到隧道撑子面并调节钢拱架的俯仰姿态和水平姿态，使得钢拱架之间能够很好的对接；

S12、在S11的基础上，施工人员站在工作平台臂总成（2）的篮筐内，工作人员通过无线遥控控制工作平台臂总成（2）的施工人员靠近隧道撑子面处，使得施工人员位于两根钢拱架的待连接处；

S13、在S12的基础上，工作人员通过无线遥控对钢拱架位置和篮筐的位置进行微调，使得施工人员精确位于两根钢拱架待连接处，施工人员使用螺栓将两件钢拱架进行连接，连接完成后，工作人员通过无线遥控控制拱架机械手和工作平台臂总成（2）进行回收，回到初始位置；

S2、钻锁脚锚杆孔：工作人员通过无线遥控调节凿岩臂总成（1）至合适位置处，并向电控系统（9）发出凿岩臂总成（1）工作的信号，电控系统（9）控制凿岩臂总成（1）钻锁脚锚杆孔；

S3、安装锁脚锚杆：当锁脚锚杆孔钻取完成后，工作人员通过无线遥控控制凿岩臂总成（1）停止钻孔并返回初始状态，施工人员安装锁脚锚杆；

S4、注浆：施工人员安装好锁脚锚杆之后，工作人员通过无线遥控控制注浆系统（14）进行注浆；

工作人员再控制凿岩臂总成（1）移动至指定位置，并开始进行工作，钻锁脚锚杆孔，当锁脚锚杆孔钻取完成之后，工作人员通过无线遥控控制凿岩臂总成（1）停止钻孔并返回初始状态，无线遥控控制水气系统（13）工作，清理锁脚瞄杆孔中的杂质，施工人员开始安装锁脚锚杆，安装好锁脚锚杆之后，工作人员通过无线遥控控制注浆系统（14）进行注浆，注浆完成之后，再进行钢拱架安装。

2.根据权利要求1所述的一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的工法，其特征在于：工程底盘（3）置于驾驶室总成（4）底座上，所述工程底盘（3）有两件且位于驾驶室总成（4）的两侧，所述左拱架机械手（11）和右拱架机械手（10）安装在工程底盘（3）上。

3.根据权利要求1所述的一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的工法，其特征在于：外接电源卷线总成（7）置于设备后端靠近左拱架机械手（11）的一侧，配重总成（8）置于设备后端底部。

4.根据权利要求1所述的一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的工法，其特征在于：所述的左拱架机械手（11）和右拱架机械手（10）镜像且对称安装。

5.根据权利要求1所述的一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的工法，其特征在于：液压系统（12）位于动力系统（6）和注浆系统（14）之间，液压系统（12）与电控系统（9）连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的工法，其特征在于：所述注浆系统（14）置于设备后端且靠近右拱架机械手（10）的一侧，水气系统（13）位于电控系统（9）和液压系统（12）之间，且水气系统（13）与电控系统（9）电连接。

7.根据权利要求1所述的一种用于公路隧道、铁路隧道支护施工的工法，其特征在于：所述的行走系统（5）采用的是车轮行走的方式。

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