CN109268045A - 一种隧道施工双层伞状多功能支架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道施工双层伞状多功能支架，包括支柱(11)、上伞面(12)、下伞面(13)、压力传感器，所述支柱(11)分为下部固定缸体(111)及上部伸缩杆(112)，所述下伞面(13)和上伞面(12)分别固定在下部固定缸体(111)顶端和上部伸缩杆(112)顶端；所述压力传感器包括设于上部伸缩杆顶端的压力传感元件(141)和设于下部固定缸体中部的传感显示器(142)及声光报警器(143)；所述上伞面(12)和下伞面(13)均由若干根伞面悬臂(15)和1个连接件(16)组成，所述每根伞面悬臂(15)的一端与所述连接件(16)转动连接，可绕着连接件(16)进行90°转动。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工领域，特别涉及一种隧道施工双层伞状多功能支架。
背景技术
现在我国隧道施工90％以上采用炮掘法施工，传统的施工方法中，立架采用人工，且悬空裸露拱顶，人员多，一般5-7人，不安全，掌子面伤亡事故大多发生在这两道工序内。掌子面又叫掘进齐头，就是隧道开挖最前方的工作面，或最前方的工作场所，是隧道施工的专有名称。掌子面由于放炮清渣后，围岩仍有松散岩体，工人在没有支护的空间下工作，经常发生伤亡事故。而且，传统施工方法中，立架挂网和炮孔布置工序是分开的，不能平行作业，占用时间长，占一个施工循环的60％时间，效率低下；而现有立架台车昂贵，每台200万元左右，且功能单一。
发明内容
发明目的：克服现有技术的不足，设计一种隧道施工双层伞状多功能支架，既能轻便安装拱架、进行拱顶支撑保护，又能提供中间工作平台以进行挂网、锁脚锚杆、焊接和炮孔布置等平行作业，缩短作业循环时间，还能随时观测和预警拱顶围岩压力变化。
技术方案：一种隧道施工双层伞状多功能支架，所述多功能支架包括支柱、上伞面、下伞面、压力传感器，所述支柱分为下部固定缸体和上部伸缩杆，所述下伞面和上伞面分别固定在下部固定缸体顶端和上部伸缩杆顶端；所述压力传感器包括设于上部伸缩杆顶端的压力传感元件和设于下部固定缸体中部的传感显示器及声光报警器，所述压力传感元件和传感显示器及声光报警器通过线缆电性连接；所述上伞面和下伞面均由若干根伞面悬臂和1个连接件组成，所述连接件固定在支柱的中心轴线上，所述每根伞面悬臂的一端与所述连接件转动连接，可绕着连接件进行90°转动，在伞面悬臂垂下时，其与支柱的中心轴线平行，当伞面悬臂向上张开时，与支柱的中心轴线垂直。
所述每根伞面悬臂的一端与连接件通过铰链互相转动连接，且均设有匹配的插销孔；当伞面悬臂向上张开与支柱轴线垂直时，将插销插入插销孔中，所述伞面悬臂锁死，伞面悬臂与支柱轴线固定，保证支撑力以及施工安全；当需要将伞面悬臂垂下来时，取下插销即可；
所述伞面悬臂与连接件之间，还可以通过卡接等方式连接，只要能保证两者之间能够锁死和解锁即可；
由于隧道拱顶是圆弧形的，为了保证放炮后的顶上岩体不垮塌，要用一段圆弧形的钢拱架去支护；所述多功能支架的上伞面张开时，与所述支柱一起，提供向上的支撑力，顶住其上的弧形的钢拱架，形成对隧道拱顶的支撑；
所述下伞面作为操作平台，操作人员站在上面可同时进行挂网、安装锁脚锚杆、焊接、布置炮孔作业，便于平行作业，提高作业效率；
所述压力感应元件用于测量拱顶围岩压力，并通过线缆将压力数据传递给所述传感显示器，所述传感显示器将压力值显示出来，当压力值超过预设安全值时，所述声光报警器报警，方便操作人员随时观测知悉拱顶围岩压力，保证施工安全；
所述支柱为多级伸缩支柱或单体悬浮支柱；
所述支柱的材料可选用钢材或者其他高强度轻型材料；
所述上部伸缩杆可根据实际需要伸缩，其驱动方式为液压或气动；
所述下部缸体周边安装有脚支钉，可供操作人员攀援到下伞面上；
所述支柱的适用作业高度范围为1.5-4米，所述上伞面和下伞面之间的距离不超过2米；
当作业高度低于1.5米时，所述支柱的高度也相应低于1.5米，此时所述多功能支架不需要设置所述下伞面，只需要保留上伞面即可。
本发明还公开了一种利用隧道施工双层伞状多功能支架进行施工的方法，包括以下步骤：
1、完成上一个作业循环的炮孔布置、放炮、清渣、初喷砼后，将第一多功能支架安放在最后一榀钢拱架的拱顶点的正下方，升起第一多功能支架的支柱，张开其上伞面，使支柱顶端及上伞面顶住其上方的钢拱架的弧面内侧顶点；
2、在第一多功能支架的下部垂直安装断面定位杆，确定其两侧起辅助作用的第二多功能支架及第三多功能支架的位置，顶住其上方的钢拱架；
3、沿着隧道轴线且与第二多功能支架及第三多功能支架中心轴线垂直的方向，安装纵向定位杆，确定第四多功能支架、第五多功能支架和第六多功能支架的位置；
4、若需多拱架同时安装，以同样方法确定后续的第七多功能支架、第八多功能支架和第九多功能支架的位置，以此类推；
5、将待安装的钢拱架分别抬放在未升起的第四多功能支架、第五多功能支架和第六多功能支架及第七多功能支架、第八多功能支架和第九多功能支架的顶端，以此类推；
6、打开第四多功能支架、第五多功能支架和第六多功能支架及第七多功能支架、第八多功能支架和第九多功能支架的上伞面，分别升起所述支柱的上部伸缩杆，带动对应的钢拱架顶到隧道拱顶，形成对隧道拱顶的支撑和保护；
7.打开所有多功能支架的下伞面，在下伞面上铺垫脚板，形成操作平台；如作业高度低于1.5米时，直接以地面或台阶面作为操作平台；
8.在操作平台上向岩体打锁脚锚杆固定钢拱架、用圆条钢焊接成方格网焊在架拱上挂网、焊接、布置炮孔，作业过程中通过传感显示器和声光报警器随时观测和预警顶板围岩压力；
9.完成布置炮孔作业后，撤架，收起支柱及上伞面和下伞面，将多功能支架在隧道内靠边堆放；
10.初喷砼，放炮清渣，进行下一个作业循环。
本发明的有益效果：本发明的支柱、上伞面和钢拱架组合形成对隧道拱顶的支撑，操作人员在有保护的隧道拱顶下工作，安全有保障；下伞面作为操作平台，操作人员可同时进行挂网、锁脚锚杆、焊接、钻孔作业、围岩压力观测，作业效率提高；支柱的支撑力大，每根支柱的工作支撑力可达20吨，适用于多榀钢拱架一起安装的情形；可随时观测和预警拱顶围岩压力，进一步保护安全施工；操作人员减少，劳动强度降低；适用范围广，对于顶点小于7米的隧道断面，适用于所有地下炮掘工作面，可采用两台阶或三台阶施工；多功能支架撤架后靠边堆放，占用空间小。
附图说明
图1是本发明所述多功能支架正视图(伞面悬臂打开时)；
图2是本发明所述多功能支架俯视图(伞面悬臂打开时)；
图3是本发明所述多功能支架正视图(伞面悬臂垂下时)；
图4是本发明所述多功能支架俯视图(伞面悬臂垂下时)；
图5是本发明所述多功能支架组合安装立体示意图；
图6是本发明所述多功能支架组合安装俯视示意图；
图7是本发明所述施工方法步骤1)的示意图；
图8是本发明所述施工方法步骤2)的示意图；
图9是本发明所述施工方法步骤3)和步骤4)的示意图；
图10是本发明所述施工方法步骤5)的示意图；
图11是本发明所述施工方法步骤6)的示意图；
图12是本发明所述施工方法步骤7)的示意图；
图13是本发明所述施工方法步骤9)的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
一种隧道施工双层伞状多功能支架，所述多功能支架A包括支柱11、上伞面12、下伞面13、压力传感器，所述支柱11分为下部固定缸体111及上部伸缩杆112，所述下伞面13和上伞面12分别固定在下部固定缸体111顶端和上部伸缩杆112顶端；所述压力传感器包括设于上部伸缩杆顶端的压力传感元件141和设于下部固定缸体中部的传感显示器142及声光报警器143，所述压力传感元件141和传感显示器142及声光报警器143通过线缆电性连接；所述上伞面12和下伞面13均由若干根伞面悬臂15和1个连接件16组成，所述连接件16固定在支柱11的中心轴线上，所述每根伞面悬臂15的一端与所述连接件16转动连接，可绕着连接件16进行90°转动，在伞面悬臂15垂下时，其与支柱11的中心轴线平行，当伞面悬臂15向上张开时，与支柱11的中心轴线垂直。
所述每根伞面悬臂15的一端与连接件16通过铰链19互相转动连接，且均设有匹配的插销孔20；当伞面悬臂15向上张开与支柱轴线垂直时，将插销插入插销孔20中，所述伞面悬臂15锁死，伞面悬臂15与支柱11固定，保证支撑力以及施工安全；当需要将伞面悬臂15垂下来时，取下插销即可；
所述伞面悬臂15与连接件16之间，还可以通过卡接等方式连接，只要能保证两者之间能够锁死和解锁即可；
由于隧道拱顶是圆弧形的，为了保证放炮后的顶上岩体不垮塌，要用一段圆弧形的钢拱架17去支护；所述多功能支架A的上伞面12张开时，与所述支柱11一起，提供向上的支撑力，顶住其上的弧形的钢拱架17，形成对隧道拱顶的支撑和保护，如有掉落的岩石可由上伞面12阻挡；
所述下伞面13作为操作平台，操作人员站在上面可同时进行向岩体打锁脚锚杆固定钢拱架、用圆条钢焊接成方格网焊在架拱上挂网、焊接、在掌子面布置炮孔，便于平行作业，提高作业效率；
所述压力感应元件141用于测量拱顶围岩压力，并通过线缆将压力数据传递给所述传感显示器142，所述传感显示器142将压力值显示出来，当压力值超过预设安全值时，所述声光报警器143报警，方便操作人员随时观测知悉拱顶围岩压力，保证施工安全；
所述支柱11为多级伸缩支柱或悬浮单体支柱；
所述支柱11的材料可选用钢材，或者其他高强度轻型材料；
所述上部伸缩杆112可根据实际需要伸缩，其驱动方式为液压或气动；
所述下部固定缸体111周边安装有脚支钉，可供操作人员攀援到下伞面13上；
所述支柱11的适用作业高度范围为1.5-4米，所述上伞面12和下伞面13之间的距离不超过2米；
当作业高度低于1.5米时，所述支柱11的高度也相应低于1.5米，此时所述多功能支架A不需要设置所述下伞面13，只需要保留上伞面12即可。
实施例：如图1所示，所述伞面悬臂分为长臂和短臂，所述长臂末端到支柱轴线中心点距离为700毫米，所述短臂末端到支柱轴线中心点距离为500毫米；支柱的上部伸缩杆11的轴直径为100毫米；所述伞面悬臂上的铰链19与插销孔20之间的距离为100毫米，所述铰链19到支柱轴线中心点的距离为200毫米。悬臂长度可根据支柱间距调整，本实施例中，支柱之间的间距为1000毫米，所以短臂末端到支柱轴线中心点距离为500毫米。
实际施工时，由于隧道拱顶顶点全断面净高一般是7米左右，实际立架一般不采用全断面操作，而在对上一循环隧道现场进行不完全清理，将断面形成两台阶或三台阶，台阶净高1.5米以下时，所述多功能支架可取消下伞面13，只保留上伞面12，操作人员站在台阶面上进行操作；台阶净高1.5-4米时，需要2台阶施工，每个台阶所用的多功能支架都要设有上伞面12和下伞面13，上伞面12形成对隧道拱顶的支撑和保护，同时保护其下方操作人员的安全；下伞面13作为操作平台，便于平行作业，提高作业效率。
本发明还公开了一种利用隧道施工双层伞状多功能支架进行施工的方法，包括以下步骤：
1)完成上一个作业循环的炮孔布置、放炮、清渣、初喷砼后，将第一多功能支架A1安放在最后一榀钢拱架17的拱顶点的正下方，升起第一多功能支架A1的支柱，张开其上伞面12，使支柱11顶端及上伞面12顶住其上方的钢拱架17的弧面内侧顶点；第一多功能支架A1为定位基准支柱。
2)在第一多功能支架A1的下部垂直安装断面定位杆B1，确定其两侧起辅助作用的第二多功能支架A2及第三多功能支架A3的位置，升起第二多功能支架A2及第三多功能支架A3的支柱，顶住其上方的钢拱架17；
3)沿着隧道轴线且与第二多功能支架A2及第三多功能支架A3中心轴线垂直的方向，安装纵向定位杆B2，确定第四多功能支架A4、第五多功能支架A5和第六多功能支架A6的位置；
4)若需多拱架同时安装，以同样方法确定后续的第七多功能支架A7、第八多功能支架A8和第九多功能支架A9的位置，以此类推；
5)将待安装的钢拱架17分别抬起，放置安装在未升起的第四多功能支架A4、第五多功能支架A5和第六多功能支架A6及第七多功能支架A7、第八多功能支架A8和第九多功能支架A9的顶端，以此类推；
6)打开第四多功能支架A4、第五多功能支架A5和第六多功能支架A6及第七多功能支架A7、第八多功能支架A8和第九多功能支架A9的上伞面12，分别升起所述支柱11的上部伸缩杆112，带动对应的钢拱架17顶到隧道拱顶，形成对隧道拱顶的支撑和保护；
7)打开所有多功能支架的下伞面13，在下伞面13上铺垫脚板，形成操作平台；如作业高度低于1.5米时，直接以地面或台阶面作为操作平台；
8)在操作平台上向岩体打锁脚锚杆固定钢拱架、用圆条钢焊接成方格网焊在架拱上挂网、焊接、布置炮孔，作业过程中通过传感显示器142和声光报警器143随时观测和预警顶板围岩压力；
9)完成放炮作业，撤架，收起支柱11及上伞面12和下伞面13，将多功能支架在隧道内靠边堆放；
10)完成初喷砼、清渣，进行下一个作业循环。
以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的系统结构和方法之内。
Claims (10)
1.一种隧道施工双层伞状多功能支架，其特征在于，所述多功能支架(A)包括支柱(11)、上伞面(12)、下伞面(13)、压力传感器，所述支柱(11)分为下部固定缸体(111)及上部伸缩杆(112)，所述下伞面(13)和上伞面(12)分别固定在下部固定缸体(111)顶端和上部伸缩杆(112)顶端；所述压力传感器包括设于上部伸缩杆顶端的压力传感元件(141)和设于下部固定缸体中部的传感显示器(142)及声光报警器(143)，所述压力传感元件(141)和传感显示器(142)及声光报警器(143)通过线缆电性连接；所述上伞面(12)和下伞面(13)均由若干根伞面悬臂(15)和1个连接件(16)组成，所述连接件(16)固定在支柱(11)的中心轴线上，所述每根伞面悬臂(15)的一端与所述连接件(16)转动连接，可绕着连接件(16)进行90°转动。
2.根据权利要求1所述的隧道施工双层伞状多功能支架，其特征在于，所述每根伞面悬臂(15)的一端与连接件(16)通过铰链(19)互相转动连接，且均设有匹配的插销孔(20)；当伞面悬臂(15)向上张开与支柱轴线垂直时，将插销插入插销孔(20)中，所述伞面悬臂(15)锁死，伞面悬臂(15)与支柱(11)固定，保证支撑力以及施工安全；当需要将伞面悬臂(15)垂下来时，取下插销即可。
3.根据权利要求1所述的隧道施工双层伞状多功能支架，其特征在于，所述伞面悬臂(15)与连接件(16)之间通过卡接方式连接。
4.根据权利要求1所述的隧道施工双层伞状多功能支架，其特征在于，所述压力感应元件(141)用于测量拱顶围岩压力，并通过线缆将压力数据传递给所述传感显示器(142)，所述传感显示器(142)将压力值显示出来，当压力值超过预设安全值时，所述声光报警器(143)报警。
5.根据权利要求1所述的隧道施工双层伞状多功能支架，其特征在于，所述支柱(11)为多级伸缩支柱或悬浮单体支柱；所述上部伸缩杆112可根据实际需要伸缩，其驱动方式为液压或气动。
6.根据权利要求1所述的隧道施工双层伞状多功能支架，其特征在于，所述支柱(11)的材料可选用钢材，或者其他高强度轻型材料。
7.根据权利要求1所述的隧道施工双层伞状多功能支架，其特征在于，所述下部固定缸体(111)周边安装有脚支钉，可供操作人员攀援到下伞面(13)上。
8.根据权利要求1所述的隧道施工双层伞状多功能支架，其特征在于，所述支柱(11)的适用作业高度范围为1.5-4米，所述上伞面(12)和下伞面(13)之间的距离不超过2米。
9.根据权利要求1所述的隧道施工双层伞状多功能支架，其特征在于，当作业高度低于1.5米时，所述支柱(11)的高度也相应低于1.5米，此时所述多功能支架(A)不需要设置所述下伞面(13)，只保留上伞面(12)即可。
10.一种利用权利要求1所述的隧道施工双层伞状多功能支架进行施工的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)完成上一个作业循环的炮孔布置、放炮、清渣、初喷砼后，将第一多功能支架(A1)安放在最后一榀钢拱架17的拱顶点的正下方，升起第一多功能支架(A1)的支柱，张开其上伞面(12)，使支柱(11)顶端及上伞面(12)顶住其上方的钢拱架(17)的弧面内侧顶点；
2)在第一多功能支架(A1)的下部垂直安装断面定位杆(B1)，确定其两侧起辅助作用的第二多功能支架(A2)及第三多功能支架(A3)的位置，升起第二多功能支架(A2)及第三多功能支架(A3)的支柱，顶住其上方的钢拱架(17)；
3)沿着隧道轴线且与第二多功能支架(A2)及第三多功能支架(A3)中心轴线垂直的方向，安装纵向定位杆(B2)，确定第四多功能支架(A4)、第五多功能支架(A5)和第六多功能支架(A6)的位置；
4)若需多拱架同时安装，以同样方法确定后续的第七多功能支架(A7)、第八多功能支架(A8)和第九多功能支架(A9)的位置，以此类推；
5)将待安装的钢拱架(17)分别抬起，放置安装在未升起的第四多功能支架(A4)、第五多功能支架(A5)和第六多功能支架(A6)及第七多功能支架(A7)、第八多功能支架(A8)和第九多功能支架(A9)的顶端，以此类推；
6)打开第四多功能支架(A4)、第五多功能支架(A5)和第六多功能支架(A6)及第七多功能支架(A7)、第八多功能支架(A8)和第九多功能支架(A9)的上伞面(12)，分别升起所述支柱(11)的上部伸缩杆(112)，带动对应的钢拱架(17)顶到隧道拱顶，形成对隧道拱顶的支撑和保护；
7)打开所有多功能支架的下伞面(13)，在下伞面(13)上铺垫脚板，形成操作平台；如作业高度低于1.5米时，直接以地面或台阶面作为操作平台；
8)在操作平台上向岩体打锁脚锚杆固定钢拱架、用圆条钢焊接成方格网焊在架拱上挂网、焊接、布置炮孔，作业过程中通过传感显示器(142)和声光报警器(143)随时观测和预警顶板围岩压力；
9)完成布置炮孔作业后，撤架，收起支柱(11)及上伞面(12)和下伞面(13)，将多功能支架在隧道内靠边堆放；
10)完成初喷砼、清渣，进行下一个作业循环。
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2018
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