CN111173445A - 一种基于tbm法隧洞施工的钻孔用移动台车 - Google Patents
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Abstract
一种基于TBM法隧洞施工的钻孔用移动台车，该台车沿隧洞轨道运行，台车顶面上固装有多个横向设置的工字钢门架，且相邻的工字钢门架上均调节连接有纵向设置的托轴；托轴上均支撑角度可调连接有钻孔执行单元；钻孔执行单元包括导槽、支腿气缸及风钻，其中导槽横向设置，该导槽底部与托轴调节连接，导槽顶部开口，且导槽内轴向固装支腿气缸；支腿气缸的活塞杆端部与导槽内壁固定连接，支腿气缸的缸筒中部穿透导槽侧壁，且支腿气缸的缸筒端部轴向固接风钻。该移动台车有效解决了隧洞施工中的诸多难题，有效减少脚手架搭设、搬迁工序，钻孔过程节省人工、钻孔速度块，并且降低施工成本、提高施工安全度。
Description
技术领域
本发明涉及隧洞施工设备技术领域，尤其是一种基于TBM法隧洞施工的钻孔用移动台车。
背景技术
TBM隧洞施工中，对不良地质洞段、隧洞衬砌后仍漏水洞段需按照设计要求进行围岩加固及堵水，其中固结灌浆、帷幕灌浆施工中，洞壁打孔是占比较大的工作，钻孔工作效率直接影响工程成本和工程进度。
TBM施工隧洞中，洞内空间顶拱占有风筒，侧拱占有电缆及管道，在皮带机出渣的隧洞还有皮带机身，底拱设有物料运输用的机车轨道。
隧洞断面较大时一般分段设固定平台安装空压机，并按施工进度定期搬迁；段内设置门形移动脚手架，脚手架4个柱腿安装胶轮，换孔时人工推移脚手架；钻孔时连接风、水管和电源，施工人员在脚手架上扶钻和更换钻杆，机车通过时从脚手架下钻过。如此需耗费大量人力物力，且机车从门架下通过时易发生挂蹭事故，施工安全保障低，钻孔慢，效率低。
对于隧洞较小的断面，根本没有空间设置门形移动脚手架。只能采用现场搭设爬架，施工要求爬架具有一定钢度支撑支腿气缸，故需较大自重，移动困难。施工人员在顶拱打孔时风钻与风筒干涉、高空站立空间狭窄，人少无法控制手风钻，人多施力作用差，更是造孔困难。
通过公开专利检索，发现如下对比文件：
一种隧道开挖掘进用多头凿岩风钻(CN109611112A)公开了一种隧道开挖掘进用多头凿岩风钻，包括具有多层作业平台的隧道开挖台车，隧道开挖台车通过作业平台设有多台能够自动进给的凿岩机。优选，通过作业平台设置的凿岩机由桁架机械手或悬吊装置悬吊在对应的所述作业平台下方，凿岩机呈可升降调节地连接在所述吊臂上；隧道开挖台车上设有仿洞壁的弧形轨道；隧道开挖台车还通过弧形轨道设有数台凿岩机；弧形轨道由固定轨道和活动轨道组成仿隧道洞壁弧形结构；固定轨道通过顶层作业平台设置，活动轨道通过顶层作业平台下方的下层作业平台设置。本发明的有益效果是，通过多层台车设置众多能够自动进给的凿岩机，从而简化结构，降低制造成本和隧道施工成本。
经分析，上述专利中的桁架及吊臂等连接结构无法应用在隧洞较小的断面内壁的开孔作业中，且上述专利的结构及功能与本申请存在较大区别，故不影响本申请的新颖性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于TBM法隧洞施工的钻孔用移动台车，该移动台车有效解决了隧洞施工中的诸多难题，有效减少脚手架搭设、搬迁工序，钻孔过程节省人工、钻孔速度块，并且降低施工成本、提高施工安全度。
一种基于TBM法隧洞施工的钻孔用移动台车，该台车沿隧洞轨道运行，台车的运行方向定义为纵向，水平且垂直于台车运行方向定义为横向，台车顶面上固装有多个横向设置的工字钢门架，且相邻的工字钢门架上均调节连接有纵向设置的托轴；托轴上均支撑角度可调连接有钻孔执行单元；钻孔执行单元包括导槽、支腿气缸及风钻，其中导槽横向设置，该导槽底部与托轴调节连接，导槽顶部开口，且导槽内轴向固装支腿气缸；支腿气缸的活塞杆端部与导槽内壁固定连接，支腿气缸的缸筒中部穿透导槽侧壁，且支腿气缸的缸筒端部轴向固接风钻。
而且，工字钢门架上制有多个纵向贯通的轴孔，该轴孔的侧壁上活动安装有夹紧块；托轴两端的截面均为多边形棱柱，该多边形棱柱穿透轴孔并由夹紧块及轴孔内壁配合夹装。
而且，导槽的底部固接有环箍，该环箍抱紧固定在托轴上。
而且，支腿气缸的缸筒端轴向固装有滚轮托架，且支腿气缸缸筒端的周向外壁上固定套装有锁紧套；滚轮托架的自由端转动安装有配合支撑在风钻底部的滚轮；锁紧套内还穿透并固接风钻，该锁紧套包括定位板、U形钢筋、螺杆及半圆抱箍，其中U形钢筋的中部固定套装在风机外壁上，该U形钢筋两个直边分别滑动穿透定位板并焊接螺杆；螺杆上螺纹连接有固定套装在支腿气缸的缸筒端外壁上的半圆抱箍；定位板的顶面及底面上均一体制出有圆弧定位槽，该圆弧定位槽的弧度分别与风机及支腿气缸缸筒端的弧度相适配。
而且，夹紧块的顶部固装有紧固螺栓，该紧固螺栓向上滑动穿透轴孔内壁，且工字钢门架顶部及轴孔内部的紧固螺栓上均螺纹连接有紧固螺母。
本发明的优点和技术效果是：
本发明的一种基于TBM法隧洞施工的钻孔用移动台车，通过轨道上运行的台车，有效解决了现有技术中风钻的脚手架搬运问题，通过多根工字钢门架及托轴为钻孔执行单元提供可调角度的定位支撑；由导槽提供支腿气缸的支撑定位，由支腿气缸提供风钻的轴向支撑力，实现风钻的轴向伸缩钻孔功能；另外，托轴两端的多边形棱柱由夹紧块及轴孔内壁配合夹装，既方便了托轴的拆装及安装位置调节，也限制了托轴的周向旋转及轴向位移，提高了托轴对导槽的支撑稳定性；另外，通过环箍将导槽固接到托轴上，通过人工松紧环箍实现对导槽的支撑角度调节；最后通过滚轮、滚轮托架及锁紧套实现支腿气缸与风钻同轴向的固定连接，由U形钢筋、螺杆及半圆抱箍实现支腿气缸与风钻连接的松紧调节，由定位板及定位板上的圆弧定位槽固定支撑支腿气缸与风钻，使支腿气缸与风钻的轴线延伸方向保持一致。
本发明的一种基于TBM法隧洞施工的钻孔用移动台车，在无需设置脚手架的基础上最大限度减少了隧道截面的空间占用，不会与隧道内设施发生干涉，且台车轨道运输方便快捷，钻孔精度及效率均明显高于现有技术中的脚手架施工，且安全性高，是一种具有较高创造性的TBM隧洞钻孔施工用移动台车。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的俯视图(低位钻孔连接视图)；
图3为本发明的俯视图(高位钻孔连接视图)；
图4为本发明的隧洞截面图(低位钻孔连接视图)；
图5为本发明的隧洞截面图(高位钻孔连接视图)；
图6为本发明钻孔执行单元的俯视图；
图7为本发明钻孔执行单元的侧视图；
图8为本发明导槽与托轴的连接结构示意图；
图9为本发明支腿气缸与风机的连接结构示意图；
图10为本发明托轴与工字钢门架的连接结构示意图；
图中：1-钻孔执行单元；2-托轴；3-工字钢门架；4-台车；5-风钻；6-支腿气缸；7-导槽；8-隧洞；9-锁紧套；10-滚轮；11-滚轮托架；12-环箍；13-U形钢筋；14-圆弧定位槽；15-定位板；16-螺杆；17-半圆抱箍；18-紧固螺母；19-紧固螺栓；20-轴孔；21-夹紧块；22-多边形棱柱。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
一种基于TBM法隧洞施工的钻孔用移动台车，该台车4沿隧洞8轨道运行，台车的运行方向定义为纵向，水平且垂直于台车运行方向定义为横向，台车顶面上固装有多个横向设置的工字钢门架3，且相邻的工字钢门架上均调节连接有纵向设置的托轴2；托轴上均支撑角度可调连接有钻孔执行单元1；钻孔执行单元包括导槽7、支腿气缸6及风钻5，其中导槽横向设置，该导槽底部与托轴调节连接，导槽顶部开口，且导槽内轴向固装支腿气缸；支腿气缸的活塞杆端部与导槽内壁固定连接，支腿气缸的缸筒中部穿透导槽侧壁，且支腿气缸的缸筒端部轴向固接风钻。
而且，工字钢门架上制有多个纵向贯通的轴孔20，该轴孔的侧壁上活动安装有夹紧块21；托轴两端的截面均为多边形棱柱22，该多边形棱柱穿透轴孔并由夹紧块及轴孔内壁配合夹装。
而且，导槽的底部固接有环箍12，该环箍抱紧固定在托轴上。
而且，支腿气缸的缸筒端轴向固装有滚轮托架11，且支腿气缸缸筒端的周向外壁上固定套装有锁紧套9；滚轮托架的自由端转动安装有配合支撑在风钻底部的滚轮10；锁紧套内还穿透并固接风钻，该锁紧套包括定位板15、U形钢筋13、螺杆16及半圆抱箍17，其中U形钢筋的中部固定套装在风机外壁上，该U形钢筋两个直边分别滑动穿透定位板并焊接螺杆；螺杆上螺纹连接有固定套装在支腿气缸的缸筒端外壁上的半圆抱箍；定位板的顶面及底面上均一体制出有圆弧定位槽14，该圆弧定位槽的弧度分别与风机及支腿气缸缸筒端的弧度相适配。
而且，夹紧块的顶部固装有紧固螺栓19，该紧固螺栓向上滑动穿透轴孔内壁，且工字钢门架顶部及轴孔内部的紧固螺栓上均螺纹连接有紧固螺母18。
为更清楚的说明本发明的具体实施方式，下面提供一种实例：
本发明的一种基于TBM法隧洞施工的钻孔用移动台车的台车制作及定位钻孔施工方法如下：
(1)锁定风钻与支腿气缸运行方向平行。
在风钻上安装2～3m长钻杆，调整钻杆与支腿气缸活塞杆伸出轨迹平行，做到支腿气缸伸缩过程中，钻杆钻进角度与支腿气缸活塞伸缩角度相同。用可调节松紧的环扣(锁紧套)，将风钻尾部机身和支腿气缸外筒套在环扣内，旋紧环扣螺丝，使风钻与支腿气缸外筒成固定角度。
(2)制作钢制支腿气缸导槽并安装风钻(如图6及图7所示)
导槽是用5mm厚钢板裁剪，焊成无盖的长方形盒子形状，长1.3m，宽0.16m，高0.12m。按照支腿气缸内筒行程1.1m，用木制或塑胶制作上、下两块外方内圆的衬套，该衬套用螺栓与导槽底部连接，使支腿气缸可在外方内圆导槽内滑动，并不刮伤支腿气缸表面。衬套外方尺寸与导槽相同，内圆比支腿气缸外筒稍大，厚40～60mm。安装下半块衬套在导槽内，将支腿气缸外套置于衬套下半圆内，盖好上半块衬套并紧固，将支腿气缸活塞内杆尾部脚抓切掉，焊接螺杆后用螺母与导槽下端钢板堵头固定。使支腿气缸活塞杆伸缩时支腿气缸外筒在导槽衬套内滑动，且不划伤支腿气缸外壁。
(3)移动风钻车制作
取一节台车，根据台车高度、钻孔孔位、风钻钻进方向及更换钻杆要求的空间等画断面图，在断面图上找出钻杆按最合适角度(风钻活动范围不与皮带机身、风筒等干涉)深入钻孔时，导槽应有的最优固定点，作为移动风钻车托轴在断面图上的空间位置。按照托轴位置设计三个工字钢门架焊在台车上，工字钢门架柱脚处与台车面板加肋焊牢，将托轴按设计位置安装在工字钢门架的上平梁上，需注意的是托轴可采用图10中的连接方式与工字钢门架可拆卸连接，也可之间焊接在工字钢门架上。
由于隧洞钻孔位置不同，顶拱和侧拱的导槽最优固定点不一致，故需设计两节台车，一节专门用做顶拱钻孔，一节专门用做侧拱钻孔。如图2、图3所示；
纵向孔距确定后，参照每节台车长度，按可同时安装两台风钻，设置工字钢门架，支腿气缸导槽背后顶端钢板处焊环箍式松紧扣半环，松紧扣另半环用螺栓连接成箍，可绞连在托轴上，并可在托轴上移动调整，当台车停位与钻孔位有少量误差时，松开环箍螺栓精确调整到位后，旋紧环环箍，支腿气缸导槽则按设计角度和托轴固定点就位。
(4)最佳托轴位置选择
在隧洞横断面图上，如图4、图5所示，将钻孔位置及台车等相对位置标出。找出钻杆钻进过程风钻机身运行的轨迹对所钻钻孔周围不可移动的设施不产生影响，或对稍可移动的设施(如风筒在钻孔时可稍微推移)影响最小的钻进角度。按照平行线原则将钻杆先深入孔内，再沿钻进方向移出到换钻杆位置，确保支腿气缸运行直线轨迹不变，再在支腿气缸运行直线上找出一个使导槽固定时，支腿气缸外套在导槽内由于支腿气缸伸缩沿导槽滑行，产生风钻位置可伸缩范围最大的点，做为固定导槽绞接点，按照连接绞尺寸，确定托轴位置即为最佳托轴位置，隧洞顶拱左右孔因风钻运行轨迹与孔周围设施不同。
(5)移动风钻车钻孔操作及机车调度
为减少脚手架搭设、空压机迁移、提高施工效率，移动台车可配置成组：1节机车、1节顶拱风钻车、1节侧拱风钻车、1节空压机台车、1节变配电台车、1节人车组成，如需注浆同时可配置注浆泵、制浆机台车、按注浆塞的脚手架台车及水泥罐车等，形成一组移动施工平台。
工作时首先由机车牵引移动风钻台车组成的施工平台到隧洞计划施工段工作面，将组装好YT28风钻和支腿气缸用锁紧套，导槽与托轴用环箍绞接，机车牵引机车组移动风钻台车基本对准钻孔孔位，四台风钻各自调整环箍铰接角度，导槽在托轴上滑动，使钻头定位在预钻孔孔口后紧固环箍的螺栓。开启空压机，接通高压风管及冷却水管至风钻，风钻钻孔过程只需1人在台车上扶风钻机身不随意旋转即可，一人在工作面下方配合进行钻杆更换和风、水供应等。由短钻杆至长钻杆逐级更换，钻孔至设计孔深，因可同时开展四台钻钻孔，工作效率提高。
完成一个位置的钻孔后，移动风钻车进入下一位置钻孔，使风钻车通过后的洞段全部完成该段钻孔任务，随着风钻车移动，后置的灌浆平板将进入钻好孔的洞段，开始灌浆工作，形成一条流水线作业。
由于隧洞施工物料运输主要是靠有轨机车组承担，移动台车占用了钻孔工作段的轨道后，洞内外机车组运输将被阻隔，可利用洞内分段设置的错车平台，在运输机车组将要通过时将移动风钻台车组驶到错车平台上，等侯运输机车组通过后再回到工作面继续施工，隧洞内用信号灯和通讯器由调度联络，提高施工安全保障。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于TBM法隧洞施工的钻孔用移动台车，该台车沿隧洞轨道运行，台车的运行方向定义为纵向，水平且垂直于台车运行方向定义为横向，其特征在于：所述台车顶面上固装有多个横向设置的工字钢门架，且相邻的工字钢门架上均调节连接有纵向设置的托轴；所述托轴上均支撑角度可调连接有钻孔执行单元；所述钻孔执行单元包括导槽、支腿气缸及风钻，其中导槽横向设置，该导槽底部与托轴调节连接，导槽顶部开口，且导槽内轴向固装支腿气缸；所述支腿气缸的活塞杆端部与导槽内壁固定连接，支腿气缸的缸筒中部穿透导槽侧壁，且支腿气缸的缸筒端部轴向固接风钻。
2.根据权利要求1所述的一种基于TBM法隧洞施工的钻孔用移动台车，其特征在于：所述工字钢门架上制有多个纵向贯通的轴孔，该轴孔的侧壁上活动安装有夹紧块；所述托轴两端的截面均为多边形棱柱，该多边形棱柱穿透轴孔并由夹紧块及轴孔内壁配合夹装。
3.根据权利要求1所述的一种基于TBM法隧洞施工的钻孔用移动台车，其特征在于：所述导槽的底部固接有环箍，该环箍抱紧固定在托轴上。
4.根据权利要求1所述的一种基于TBM法隧洞施工的钻孔用移动台车，其特征在于：所述支腿气缸的缸筒端轴向固装有滚轮托架，且支腿气缸缸筒端的周向外壁上固定套装有锁紧套；所述滚轮托架的自由端转动安装有配合支撑在风钻底部的滚轮；所述锁紧套内还穿透并固接风钻，该锁紧套包括定位板、U形钢筋、螺杆及半圆抱箍，其中U形钢筋的中部固定套装在风机外壁上，该U形钢筋两个直边分别滑动穿透定位板并焊接螺杆；所述螺杆上螺纹连接有固定套装在支腿气缸的缸筒端外壁上的半圆抱箍；所述定位板的顶面及底面上均一体制出有圆弧定位槽，该圆弧定位槽的弧度分别与风机及支腿气缸缸筒端的弧度相适配。
5.根据权利要求2所述的一种基于TBM法隧洞施工的钻孔用移动台车，其特征在于：所述夹紧块的顶部固装有紧固螺栓，该紧固螺栓向上滑动穿透轴孔内壁，且工字钢门架顶部及轴孔内部的紧固螺栓上均螺纹连接有紧固螺母。
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