CN110617088B - 一种基于施工台架的机械化快速立拱装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于施工台架的机械化快速立拱装置及方法，它解决了现有技术中机械化立拱设备通用性差、价格高的问题，具有通用性强，能有效代替人工作业的有益效果，其方案如下：一种基于施工台架的机械化快速立拱装置，包括拱架辅助车，包括辅助车和用于夹持拱架的夹持件，辅助车设有能够转动的转动件，转动件通过若干伸缩件与夹持件实现连接，以带动夹持件的转动和升降动作；轨道，能够安装于施工台架表面，用于拱架辅助车沿着轨道前进，轨道包括纵轨和横轨，纵轨和横轨相互垂直设置，且横轨相对于纵轨的位置能够实现调整。

Description

一种基于施工台架的机械化快速立拱装置及方法

技术领域

本发明涉及地下洞室开挖工程领域，特别是涉及一种基于施工台架的机械化快速立拱装置及方法。

背景技术

在隧道开挖过程中，为了确保隧洞的稳定性，避免产生塌方，需要对隧洞进行安全支护，具体需要沿隧道的长度方向架设多个钢拱架以防止隧道塌方。拱架一般有工字钢拱架和钢筋制成的花拱架，由于隧道的横截面较大，为了满足施工要求，每个拱架的长度也相应较大，而为了便于运输，通常情况下，每一个拱架可以拆分为多个拱架段。架设时往往需要大量的人工辅助才能完成。目前，我国大部分在建施工隧洞的钢拱架架设大多采用挖掘机或装载机吊装拱架至施工台架顶部，然后人力接洽，完成最后的安装。不但费时费力，而且安全风险高，且最终的架设效果一般。

目前我国隧道施工机械化水平整体较低，但随着隧道施工的建设标准和安全性要求的提高，以及对隧道机械化快速施工理念的重视，对机械立拱已经开始提出了强制性要求，机械化立拱作业必将成为趋势。市场对机械化立拱设备的需求比较迫切，然而目前市场上立拱设备很少，国外设备只能从文献资料查得少量的信息；国内有些公司陆续推出了一些机械化立拱设备、立拱架台车等，但由于结构复杂，相应造价过高，通用性比较局限，施工效果不尽人意，导致市场上保有量很少。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于施工台架的机械化快速立拱装置，具有通用性强、成本低、结构精简的特点，能够高质量、高效率、便捷安全地进行机械化作业，实现隧道拱架架设。

一种基于施工台架的机械化快速立拱装置的具体方案如下：

一种基于施工台架的机械化快速立拱装置，包括：

拱架辅助车，包括辅助车和用于夹持拱架的夹持件，辅助车设有能够转动的转动件，转动件通过若干伸缩件与夹持件实现连接，以带动夹持件的转动和升降动作；

轨道，能够安装于施工台架表面，用于拱架辅助车沿着轨道前进。

上述的机械化快速立拱装置，拱架辅助车能够沿着轨道进行运动，夹持件能够实现对拱架的夹持，伸缩件带动拱架实现升降运动，伸缩件选用液压升降柱，根据预计安装的位置进行升降，而且通过转动件的设置，方便拱架通过夹持件进行夹持，整体为拱架在隧道内的架设提供了机械化辅助装置，替代人工来完成立拱架的工序，而且通过多个伸缩件的设置，可调整拱架的倾角和高度，便于对侧部拱架的安装，整体通用性强、设置成本较低。

进一步地，所述轨道包括纵轨和横轨，纵轨和横轨相互垂直设置，且横轨相对于纵轨的位置能够实现调整，横轨与纵轨能够实现可拆卸连接，这样可用于安装多榀钢拱架，根据需要安装的位置，来调整横轨相对于纵轨的位置。

进一步地，所述纵轨包括纵向槽轨和连接槽轨，纵向槽轨设有两条，且两条纵向槽轨间隔设定距离设置，两条纵向槽轨通过连接槽轨实现连接，纵向槽轨包括槽轨本体，槽轨本体开有竖通槽和多条横通槽，竖通槽和多条横通槽连通设置，横通槽、竖通槽内表面设置有增加摩擦力的涂层，保证与驱动球轮之间不发生打滑现象。

进一步地，为了便于横轨和纵轨的可拆卸连接，所述纵轨的侧部开有插接插槽，横轨的端部设有插接插头，插接插槽与插接插头能够实现相互插接；

或者，所述纵轨的侧部设置插接插头，横轨的端部设置插接插槽，插接插头与插接插头能够实现相互插接。

进一步地，所述横轨包括横向槽轨，横向槽轨开有横向槽，横向槽的一侧设有开口，横轨与纵轨连接时，横向槽与所述的横通槽能够连通。

进一步地，所述连接槽轨包括多个，每个连接槽轨开有能够与所述横通槽连通的连接槽，这样当横轨与纵轨连接后，横向槽、横通槽和连接槽轨能够在同一条直线设置，便于拱架辅助车的横向移动。

进一步地，所述辅助车包括底盘，底盘上表面设置所述的转动件，转动件通过转动轴承安装于底盘上表面，转动件表面设置所述的伸缩件，伸缩件顶部设置托举台，所述夹持件安装于托举台。

进一步地，所述夹持件设有多组，每一组夹持件包括两个用于夹持拱架的夹持爪，两个夹持爪相向错位设置。

进一步地，所述夹持爪包括安装于所述辅助车的固定块，固定块通过水平伸缩件与水平扣爪的一端连接，水平扣爪的另一端通过竖直伸缩件与垂直扣爪连接，垂直扣爪朝向水平伸缩件所在位置弯折，垂直扣爪与水平扣爪均为L型，这样夹持爪从一侧通过垂直扣爪和水平扣爪夹持拱架，托举台设置滑槽，固定块嵌于滑槽内对固定块进行限位，托举台设置多个滑槽，滑槽相互平行，对称设置于托举台上表面，水平伸缩件和竖直伸缩件均选用液压杆，即液压横杆和液压竖杆。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种基于施工台架的机械化快速立拱装置的使用方法，包括如下内容：

在隧道内设置施工台架，在施工台架安装轨道；

将拱架辅助车通过轨道进行支撑；

打开夹持件，调整转动件，使得夹持件便于安装拱架；

将拱架通过夹持件进行支撑，并固定夹持件，转动件转动，使得拱架旋转至平行于掌子面方向；

拱架辅助车沿着轨道运动至拱架安装位置处，伸缩件抬升拱架，直至拱架抵靠在掌子面围岩处，安装拱架。

首先，对顶部拱架进行安装，顶部拱架安装完成后，打开夹持环，降低伸缩件，转动件恢复初始角度，拱架辅助车沿原路返回，重复上述步骤进行两侧拱架的安装即可；

重复上述步骤，进行多榀拱架的连续安装。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过整体结构的设置，替代人工来完成立拱架的工序，通过伸缩件的设置，能够调整夹持件的高度和角度，施工时可使拱架无论上移、侧推、顶推都可与围岩紧密相贴，省却大量人力的消耗，保障了施工安全，提高了施工效率，保证了工程质量。

2)本发明通过纵轨和横轨的设置，能够形成T型轨，便于拱架辅助车沿着T型轨的横向移动和纵向移动，且能够根据要安装拱架的位置，来调整横轨相对于纵轨的位置，拓宽了装置的适用范围。

3)本发明通过连接槽轨、纵向槽轨的设置，能够有效与不同位置的横轨实现插接连接，而且为拱架辅助车的纵向移动和转向提供空间。

4)本发明通过托举台的设置，便于伸缩件的设置，且托举台通过滑槽的设置，便于夹持爪相对于托举台实现移动，可以保证夹持爪顺畅滑行。

5)本发明通过方法的给出，借助于常见的施工台架，对施工装置起到很好的综合利用，有效降低了施工成本，同时机械化程度高，克服了目前使用的固定式施工台架不能行走，安装不规范，自动化程度低，整体使用便捷，可操作性强，便于进行大规模普及，能够适用于各种地下工程的拱架架设作业。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1(a)为本发明实施例中拱架辅助车的主视图；

图1(b)为本发明实施例中拱架辅助车的侧视图；

图1(c)为本发明实施例中拱架辅助车的侧视图；

图2为本发明实施例中一种基于施工台架的机械化快速立拱装置安装示意图；

图3为本发明实施例中一种基于施工台架的机械化快速立拱装置使用示意图一；

图4为本发明实施例中一种基于施工台架的机械化快速立拱装置使用示意图二；

图5(a)为本发明实施例中辅助车的主视图；

图5(b)为本发明实施例中辅助车的俯视图；

图6(a)为本发明实施例中夹持手爪的侧视图；

图6(b)为本发明实施例中夹持手爪的主视图；

图6(c)为本发明实施例中夹持手爪的俯视图；

图7为本发明实施例中T型轨的示意图；

图8为本发明实施例中横轨与纵轨脱离示意图；

图9为本发明实施例中纵轨示意图；

图10(a)为本发明实施例中横轨的主视图；

图10(b)为本发明实施例中横轨的俯视图；

图10(c)为本发明实施例中横轨的侧视图；

图11(a)为本发明实施例中连接槽轨的俯视图；

图11(b)为本发明实施例中连接槽轨的侧部示意图；

图12(a)为本发明实施例中纵向槽轨的俯视图；

图12(b)为本发明实施例中纵向槽轨的侧视图；

图中：1纵向槽轨，2上横挡，3下横挡，4横通槽，5竖通槽，6拆接插槽，7连接槽轨，8纵轨，9横向槽，10拆接插头，11横向槽轨，12横轨，13T型轨，14横向运行轨迹，15纵向运行轨迹，16转向交叉点，17辅助车，18驱动球轮，19支撑脚，20底盘，21扭转轮盘，22液压升降柱，23托举台，24滑槽，25夹持爪，26固定块，27液压横杆，28水平扣爪，29液压竖杆，30缓震垫，31垂直扣爪，32拱架辅助车，33夹持件，34拱架，35施工台架，36隧道，37连接槽，38侧挡。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

本申请的一种典型的实施方式中，如图2所示，一种基于施工台架的机械化快速立拱装置，包括拱架辅助车32和用于拱架辅助车移动的轨道，轨道设于施工台架35的上表面，这样拱架辅助车32在施工台架35上表面移动，从而方便拱架34的安装。

如图1(a)-图1(c)所示，拱架辅助车32包括辅助车17和夹持件33，辅助车17包括底盘20，底盘20为方形，底盘20下表面设有4个支撑脚19，每个支撑脚19底部设有驱动球轮18，这样便于辅助车沿着轨道进行移动，底盘20上表面安装有扭转轮盘21，如图5(a)和图5(b)所示，扭转轮盘21相对于底盘20能够实现旋转，具体扭转轮盘21通过转动轴承固定于底盘20，扭转轮盘可以无极转向，带动拱架旋转到合适角度，扭转轮盘的上方设有托举台23，在托举台23与扭转轮盘21之前安装有液压升降柱22，液压升降柱22与扭转轮盘21、托举台23分别铰接连接，液压升降柱22设有多个，多个液压升降柱22能够进行独立升降，且本实施例中，液压升降柱22设置4根，这样便于调控托举台23的高度和倾角。

其中，托举台23上表面设有滑槽24用于固定夹持件33，其中，滑槽24设置四处，夹持件33在托举台23表面设有两组，两组间隔设定距离设置，每一组夹持件33包括两个夹持爪25，两个夹持爪相向但错位设置，即前后紧邻的位置，如图6(a)-图6(c)所示，夹持爪25包括水平扣爪28、固定块26和垂直扣爪31，满足对拱架的水平和垂直固定，固定块26能够固定于滑槽24内，水平扣爪28和固定块26之间设置液压横杆27，垂直扣爪31与水平扣爪28之间设置液压竖杆29，液压横杆27和液压竖杆29均能实现伸缩运动，根据拱架34的尺寸大小，来调整液压横杆27和液压竖杆29的伸缩长短，水平扣爪28和垂直扣爪31可以在液压横杆和液压竖杆的控制下实现水平运动和垂直运动，两对夹持件相互配合用于夹持拱架34，便于拱架34的夹持稳定。

托举台23常态下水平设置，当需要对侧部的拱架进行安装时，液压升降柱22调整托举台23的角度和高度，且滑槽24平行、对称设置于托举台23，便于夹持爪沿着滑槽方向实现张开或闭合。

其中，垂直扣爪31与水平扣爪28之间设置的液压竖杆29设有多根，水平扣爪28和固定块26之间的液压横杆27同样设有多根。垂直扣爪31为L型，水平扣爪28同样为L型，且垂直扣爪31内侧面安装有缓震垫30，缓震垫30选用橡胶垫，可以减小拱架震动对拱架辅助车的影响，并且增加摩擦力，有利于拱架的固定，且缓震垫30内表面可为弧形。

轨道为T型轨13，如图7和图8所示，T型轨13包括纵轨8和横轨12，纵轨8包括纵向槽轨1和连接槽轨7，纵向槽轨1设有两条，两条纵向槽轨1间隔设定距离设置，且两条纵向槽轨1通过连接槽轨7进行连接，纵向槽轨1包括槽轨本体，槽轨本体开有竖通槽5和多条横通槽4，竖通槽5和多条横通槽4连通设置，如图9所示，槽轨本体包括上横挡2和下横挡3，这两个横挡的上半段横向方向均为U型，下横挡的长度大于上横挡2的长度，上横挡2和下横挡3之间设有多个侧挡38，如图12(a)和图12(b)所示，相邻的两个侧挡38、侧挡与上横挡2、侧挡38与下横挡3之间均间隔设定距离设置，以形成多条横通槽4，相邻的横通槽4相互平行，侧挡纵向截面为U型，连接槽轨7连接上横挡和与上横挡相邻的侧挡、相邻的两个侧挡或下横挡和与下横挡相邻的侧挡，上横挡、下横挡的外侧面各设有插接插槽，每一侧挡的外侧面设有两个插接插槽6用于安装横轨12，横轨12设置完成后，拱架辅助车32沿着T型轨运行后，这样T型轨13中形成横向运行轨迹14、纵向运行轨迹15，横向运行轨迹14和纵向运行轨迹15交叉处形成转向交叉点16，这样拱架辅助车可以在横轨、纵轨交叉点进行横轨到纵轨或者纵轨到横轨的换向动作。

另外，多个驱动球轮可以联动运行，并且可以无极变向，为拱架辅助车的运行提供动力，驱动球轮18选用球形轮或电动球形轮。

其中，需要说明的是，连接槽轨7包括多段，连接槽轨7的纵向截面为U型，这样连接槽轨7形成连接槽37，如图11(a)和图11(b)所示，连接槽37与横通槽4相通，这样便于拱架辅助车的移动。

横轨12包括4个，能够通过插接插槽6与纵轨8实现插接，如图10(a)-图10(b)所示，横轨12包括横向槽轨11，横向槽轨11中部开有横向槽9，横向槽9的一侧设有开口，横向槽轨11的两侧设有插接插头10，这样横轨12通过插接插头10能够插入插接插槽6中，插入后，横向槽9、横通槽4和连接槽37能够在同一直线设置，横向槽9、横通槽4和连接槽37与竖通槽5的口径一致，并与驱动球轮18大小相匹配，且四个槽的形状与驱动球轮18的形状相匹配，保证驱动球轮可以保持在各个槽内运行，不会出轨；横向槽9、横通槽4和连接槽37三者形成的横向通槽与竖通槽5设置的间隔同拱架辅助车底盘的驱动球轮间隔相匹配，保证拱架辅助车在槽内顺畅运行。

进一步地，在上横挡2、下横挡3和横向槽轨11内侧均设有缓冲层，满足制动拱架辅助车的同时，避免对拱架辅助车产生强烈碰撞。

需要注意的是，本实施例中，横轨12对称设于纵轨8的两侧，即在纵轨8的一侧平行插接设置两组横轨12。

优选的，纵向槽轨1、连接槽轨7、横向槽轨11均采取轻质、高强度、防锈蚀金属材质制作，其中纵向槽轨1与施工台架35焊接连接，连接槽轨7与纵向槽轨1焊接连接，保证整体强度，同时确保横通槽4与连接槽37之间平滑过渡；拱架辅助车32采用坚固材质如钢铁制成，可以承受拱架的重量，并顺畅运行于T型轨13。

一种基于施工台架的机械化快速立拱装置的使用方法，包括如下内容：

A、在隧道36内设置施工台架35，在施工台架35上焊接纵轨8，根据所需立拱架34的位置，插接横轨12，完成T型轨13的布设；

B、将拱架辅助车32放置于T型轨13纵轨8下横挡3处并制动，制动通过外部固定件进行限位或者通过电动轮的控制器进行，打开夹持件33，调整扭转轮盘21，使两个夹持件33的连线方向平行于隧洞轴线方向；

C、通过挖掘机或者装载机将拱架34沿长度方向抬升至夹持件33处，保证拱架34中部位于两个夹持件33之间，调整液压横杆和液压竖杆，如图3所示，固定拱架34，控制扭转轮盘21将拱架34旋转至平行于掌子面方向；

D、启动拱架辅助车32，沿T型轨13运行至目标位置，控制液压升降柱22抬升拱架34，直至抵靠在掌子面顶部围岩处，随后进行顶部拱架34的焊接固定即可；

E、焊接完成后，打开夹持件33，降低液压升降柱22，扭转轮盘21恢复初始角度，拱架辅助车32沿原路返回，如图4所示，重复B-E步骤进行两侧拱架34的安装即可，夹持件通过适度的夹紧与松弛操作，保证两侧拱架缓慢下落至合适高度；

F、重复A-E步骤即可进行多榀拱架34的连续安装。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡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保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于施工台架的机械化快速立拱装置，其特征在于，包括：

拱架辅助车，包括辅助车和用于夹持拱架的夹持件，辅助车设有能够转动的转动件，转动件通过若干伸缩件与夹持件实现连接，以带动夹持件的转动和升降动作；

通过伸缩件的设置，调整夹持件的高度和角度，施工时使拱架无论上移、侧推、顶推都可与围岩紧密相贴；

轨道，能够安装于施工台架表面，用于拱架辅助车沿着轨道前进；设置纵轨和横轨形成T 型轨，使拱架辅助车沿着T 型轨的横向移动和纵向移动，根据要安装拱架的位置，调整横轨相对于纵轨的位置，拓宽装置的适用范围；设置连接槽轨、纵向槽轨，有效与不同位置的横轨实现插接连接，为拱架辅助车的纵向移动和转向提供空间；

拱架辅助车位于轨道上，夹持件对拱架夹持，伸缩件带动拱架根据预计安装的位置进行升降，而且通过转动件的设置，使拱架通过夹持件进行夹持，整体为拱架在隧道内的架设提供机械辅助，通过若干伸缩件的设置，调整拱架的倾角和高度，对侧部拱架安装；

所述轨道包括纵轨和横轨，纵轨和横轨相互垂直设置，且横轨相对于纵轨的位置能够实现调整；

所述纵轨包括纵向槽轨和连接槽轨，纵向槽轨设有两条，且两条纵向槽轨间隔设定距离设置，两条纵向槽轨通过连接槽轨实现连接，纵向槽轨包括槽轨本体，槽轨本体开有竖通槽和多条横通槽，竖通槽和多条横通槽连通设置。

2.根据权利要求1 所述的一种基于施工台架的机械化快速立拱装置，其特征在于，所述纵轨的侧部开有插接插槽，横轨的端部设有插接插头，插接插槽与插接插头能够实现相互插接；

或者，所述纵轨的侧部设置插接插头，横轨的端部设置插接插槽，插接插槽与插接插头能够实现相互插接。

3.根据权利要求1 所述的一种基于施工台架的机械化快速立拱装置，其特征在于，所述横轨包括横向槽轨，横向槽轨开有横向槽，横向槽的一侧设有开口，横轨与纵轨连接时，横向槽与所述的横通槽能够连通。

4.根据权利要求1 所述的一种基于施工台架的机械化快速立拱装置，其特征在于，所述连接槽轨包括多个，每个连接槽轨开有能够与所述横通槽连通的连接槽。

5.根据权利要求1 所述的一种基于施工台架的机械化快速立拱装置，其特征在于，所述辅助车包括底盘，底盘上表面设置所述的转动件，转动件表面设置所述的伸缩件，伸缩件顶部设置托举台，所述夹持件安装于托举台。

6.根据权利要求1 所述的一种基于施工台架的机械化快速立拱装置，其特征在于，所述夹持件设有多组，每一组夹持件包括两个用于夹持拱架的夹持爪，两个夹持爪相向错位设置。

7.根据权利要求6 所述的一种基于施工台架的机械化快速立拱装置，其特征在于，所述夹持爪包括安装于所述辅助车的固定块，固定块通过水平伸缩件与水平扣爪的一端连接，水平扣爪的另一端通过竖直伸缩件与垂直扣爪连接，垂直扣爪朝向水平伸缩件所在位置弯折。

8.根据权利要求1-7 中任一项所述的一种基于施工台架的机械化快速立拱装置的使用方法，其特征在于，包括如下内容：

在隧道内设置施工台架，在施工台架安装轨道；

将拱架辅助车通过轨道进行支撑；

打开夹持件，调整转动件，使得夹持件便于安装拱架；

将拱架通过夹持件进行支撑，并固定夹持件，转动件转动，使得拱架旋转至平行于掌子面方向；

拱架辅助车沿着轨道运动至拱架安装位置处，伸缩件抬升拱架，直至拱架抵靠在掌子面围岩处，安装拱架。

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