CN113530574B - 一种tbm钢筋网快速支护作业装置及作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种TBM钢筋网快速支护作业装置，包括主梁机架、移动装置、拱架撑紧臂、外环、放置架、牵引件、卷扬机和钢筋网撑紧机构，移动装置可移动的设置在主梁机架上，外环设置在移动装置上，放置架设置在外环下方，成卷的钢筋网可转动的设置于放置架内部，卷扬机设有两个，分别设置在外环的两侧端部，牵引件的一端固定在卷扬机的绳索上，另一端连接于钢筋网上，钢筋网撑紧机构设有多个，沿周向分别设置于外环的内部，本发明提供的一种TBM钢筋网快速支护作业装置及作业方法，利用双卷扬机的形式实现钢筋网的自动旋转展开，从而达到快速支护的效果，大大提高了钢筋网的安装效率和支护效果，减轻了施工人员的劳动强度，提高了施工的安全性。

Description

一种TBM钢筋网快速支护作业装置及作业方法

技术领域

本发明涉及隧道塌方快速支护技术领域，具体涉及一种TBM钢筋网快速支护作业装置，同时也提供一种TBM钢筋网快速支护作业方法。

背景技术

TBM(Tunnel Boring Machine)掘进完成后需要对隧道进行及时有效的支护，以防止隧道塌方，目前主要的隧道支护手段是钢拱架支护。但是在一些紧急情况下，光靠钢拱架支护并不足以实现支护效果，必须辅以钢筋网。

目前，钢筋网安装主要通过人工配合钢筋网安装器进行作业的，首先在钢筋网安装器上布置加工好的钢筋网片，并用细钢丝绑扎连接固定；钢筋网安装器将钢筋网片顶起移动到岩面安装位置，通过锚杆尾部的垫板和设置钢筋进行固定，再把相邻钢筋网片间进行焊接固定。钢筋网的安装环境十分恶劣，强振动、多粉尘、阴暗潮湿，甚至可能出现有害气体、隧道坍塌等情况，人工作业劳动强度大，工作效率低，而且风险非常大。钢筋网安装作业效率低，容易因支护不及时而导致塌方、涌水等自然灾害。

钢筋网安装主要依靠大量的人工作业，施工的质量、效率和安全性无法得到保障。在遇到紧急塌方情况时，无法起到快速支护的效果。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明所提供的一种TBM钢筋网快速支护作业装置及作业方法，以解决背景技术中存在的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种TBM钢筋网快速支护作业装置，包括主梁机架，可移动固定在主梁机架上的移动装置，以及固定在移动装置上的拱架撑紧臂、外环、放置架、牵引件、卷扬机和钢筋网撑紧机构，所述主梁机架两侧设置有挂载移动装置的平行轨道，所述移动装置包括固定框架，所述固定框架外侧固定有外环，所述外环为下端未合拢的环状框架，所述环状框架的外侧面设置有容纳绳索的环形槽，所述外环的两个下端部分别固定有连接所述绳索两端的卷扬机，所述外环的一端还设置有放置成卷的钢筋网的放置架，所述绳索通过牵引件可拉动成卷的钢筋网的端部。

所述拱架撑紧臂设有四个，对称设置在所述主梁机架两侧，所述牵引件的一端固定在所述卷扬机的绳索上，另一端连接于所述钢筋网上，所述钢筋网撑紧机构设有四个，沿所述外环的周向固定于所述外环上。

进一步，所述主梁机架包括主梁、连接板和滑轨，所述连接板设置于所述主梁的两侧，所述滑轨设有四个，分别设置于所述连接板的顶部和底部，所述滑轨为斜向布置的矩形管。

进一步，所述移动装置设置有两个，包括移动框架，以及固定在移动框架上的侧行走轮和正行走轮，两个移动框架组合形成固定框架，所述侧行走轮每组设有两个，所述正行走轮每组设有两个，侧行走轮和正行走轮与滑轨的不同侧配合。

进一步，所述拱架撑紧臂包括撑紧轮、外臂、撑紧油缸和底座，所述底座设置在所述移动框架上，所述撑紧油缸设置于所述外臂内部，另一端固定于所述底座上，所述撑紧轮设置于所述外臂顶部。

进一步，所述钢筋网撑紧机构包括滚轮、摆杆和摆动油缸，所述摆杆通过摆杆接头铰接固定于所述外环上，所述滚轮设置于所述摆杆的顶部，所述摆动油缸的两端分别铰接于所述外环上的外环摆动接头上和所述摆杆上的摆动接头上。

进一步，所述外环包括开口环、上连接架、侧连接架、绳索滚轮、平台、牵引滚轮和挂钩，所述开口环上设置有底槽、长通槽和环形槽，所述绳索滚轮设置于所述底槽处，所述平台设置于所述开口环的下方，所述牵引滚轮设置于所述平台的底部，所述挂钩设置于所述平台的侧边，所述上连接架和所述侧连接架分别设置于所述开口环的内部，所述外环通过所述上连接架和所述侧连接架与所述移动框架连接。

更进一步，所述放置架设置于所述挂钩下方，成卷的所述钢筋网设置于所述放置架内部，所述卷扬机设置于所述平台上，所述绳索绕过所述绳索滚轮，沿所述环形槽与另一边的所述卷扬机相连接；

所述牵引件包括牵引挂钩、牵引绳、牵引环和连接件，所述牵引挂钩连接于所述钢筋网上，所述牵引绳分别连接所述牵引挂钩和所述牵引环，所述连接件固定在绳索上，所述牵引环与所述连接件铰接。

应用上述一种TBM钢筋网快速支护作业装置的作业方法，包括以下步骤：

步骤A，利用吊机将制作好的成卷钢筋网运输固定至放置架上；

步骤B，由人工将钢筋网的一端挂在牵引挂钩上；

步骤C，同时启动两个卷扬机，一个放绳，一个收绳，通过牵引挂钩带动钢筋网滑动展开；当钢筋网铺满外环上方一定范围空间时，卷扬机停止运行；

步骤D，同时驱动撑紧油缸(33)和摆动油缸，控制撑紧轮与滚轮向外伸出，将钢筋网平稳地撑紧至岩壁处；

步骤E，人工进行土钉作业，固定钢筋网，然后卷扬机、拱架撑紧臂和钢筋网撑紧机构回复原位，等待下一循环作业。

与现有技术相比，本发明提供的一种TBM钢筋网快速支护作业装置及作业方法，免去了操控钢筋网安装器的繁琐工序，利用双卷扬机的形式实现钢筋网的自动旋转展开，从而达到快速支护的效果，大大提高了钢筋网的安装效率和支护效果，减轻了施工人员的劳动强度，提高了施工的安全性；本发明中的主梁机架、移动装置和拱架撑紧臂均为TBM上原有的结构，在其满足原有功能的前提下，辅助安装钢筋网，大大减少了作业装置的占用空间，结构简单紧凑，操作方便，支护效果好。

附图说明

图1是本发明的主体结构的主视图；

图2是本发明的主体结构的左视图；

图3是本发明的主体结构的立体视图；

图4是本发明中的主梁机架部分的结构示意图；

图5是本发明中的移动装置部分的结构示意图；

图6是本发明中的拱架撑紧臂部分的结构示意图；

图7是本发明中的外环部分的结构示意图；

图8是本发明中的外环和钢筋网撑紧机构部分的结构示意图；

图9是本发明中的钢筋网支护驱动装置部分的结构示意图；

图10是本发明的钢筋网撑紧作业的效果示意图。

图1-10中：1、主梁机架，2、移动装置，3、拱架撑紧臂，4、外环，5、放置架，6、牵引件，7、卷扬机，8、钢筋网撑紧机构，9、钢筋网，11、主梁，12、连接板，13、滑轨，21、移动框架，22、侧行走轮，23、正行走轮，31、撑紧轮，32、外臂，33、撑紧油缸，34、底座，41、开口环，42、上连接架，43、侧连接架，44、绳索滚轮，45、平台，46、牵引滚轮，47、挂钩，61、牵引挂钩，62、牵引绳，63、牵引环，64、连接件，71、绳索，81、滚轮，82、摆杆，83、摆动油缸，411、底槽，412、长通槽，413、环形槽，821、摆杆接头，831、外环摆动接头，832、摆杆摆动接头。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1-3所示，一种TBM钢筋网快速支护作业装置，包括主梁机架1，可移动固定在主梁机架1上的移动装置2，以及固定在移动装置2上的拱架撑紧臂3、外环4、放置架5、牵引件6、卷扬机7和钢筋网撑紧机构8，所述主梁机架1两侧设置有挂载移动装置2的平行轨道，所述移动装置2包括固定框架，所述固定框架外侧固定有外环4，所述外环4为下端未合拢的环状框架，所述环状框架的外侧面设置有容纳绳索71的环形槽413，所述外环4的两个下端部分别固定有连接所述绳索71两端的卷扬机7，所述外环4的一端还设置有放置成卷的钢筋网的放置架5，所述绳索71通过牵引件6可拉动成卷的钢筋网的端部。

在本具体实施方案中，移动装置2设置有两个，可移动的设置在主梁机架1两侧，拱架撑紧臂3设有四个，对称设置在两个移动装置2上，外环4设置在移动装置2上，放置架5设置在外环4下方，成卷的钢筋网9可转动的设置于放置架5内部，卷扬机7设有两个，分别设置在外环4的两侧端部，牵引件6的一端固定在卷扬机7的绳索71上，另一端连接于钢筋网9上，钢筋网撑紧机构8设有四个，沿周向分别固定设置于外环4的内侧。

如图4所示，在本实施例中，主梁机架1包括主梁11、连接板12和滑轨13，连接板12设置于主梁11的两侧，滑轨13设有四个，分别设置于连接板12的顶部和底部，滑轨13为斜向布置的矩形管。

如图5所示，在本实施例中，移动装置2包括移动框架21、侧行走轮22和正行走轮23，两个移动框架21组合形成一体的或者可拆分的固定框架，侧行走轮22每组设有两个，沿竖直方向分别设置在移动框架21的侧边，与滑轨13的侧面配合，正行走轮23每组设有两个，分别设置在移动框架21内侧的底部和顶部，分别与滑轨13的顶面或底面配合，侧行走轮22和正行走轮23同时与滑轨13配合，实现移动框架21的直线运动。

如图6所示，作为可选的实施方式，拱架撑紧臂3包括撑紧轮31、外臂32、撑紧油缸33和底座34，底座34设置在移动框架21上，撑紧油缸33设置于外臂32内部，撑紧油缸33分别连接底座34和外臂32，撑紧轮31设置于外臂32顶部，用于在撑紧油缸33伸缩下推动撑紧轮31与钢拱架接触并完成撑紧作业，在本发明中，拱架撑紧臂3也被用于辅助撑紧钢筋网。

如图7所示，在本实施例中，钢筋网撑紧机构8包括滚轮81、摆杆82和摆动油缸83，摆杆82通过摆杆接头821设置于外环4上，可绕摆杆接头821自由转动，滚轮81设置于摆杆82的顶部，摆动油缸83分别铰接于外环摆动接头831和摆杆摆动接头832，驱动摆动油缸83可以控制摆杆82的转动，从而调整滚轮81的位置，实现撑紧或放开。

如图8所示，在本实施例中，外环4包括开口环41、上连接架42、侧连接架43、绳索滚轮44、平台45、牵引滚轮46和挂钩47，开口环41上设置有底槽411、长通槽412和环形槽413，底槽411用于卷扬机7的绳索71通过，长通槽412用于滚轮81的进出，环形槽413用于约束绳索71在外环4上的位置，绳索滚轮44设置于底槽411处，用于减小绳索71通过时的摩擦，平台45设置于开口环41的下方，牵引滚轮46设置于平台45的底部，挂钩47设置于平台45的侧边，上连接架42和侧连接架43分别设置于开口环41的内部，外环4通过上连接架42和侧连接架43与移动框架21连接。

如图9所示，在本实施例中，放置架5设置于挂钩47下方，成卷的钢筋网9可自由转动的设置于放置架5内部，卷扬机7设置于平台45上，其绳索71绕过绳索滚轮44，沿环形槽413与另一边的卷扬机7相连接，两个卷扬机7同步驱动，一边放绳，一边收绳，带动牵引件6沿开口环41进行周向运动，带动钢筋网周向铺设。

牵引件6包括牵引挂钩61、牵引绳62、牵引环63和连接件64，牵引挂钩61连接于钢筋网9上，牵引绳62分别连接牵引挂钩61和牵引环63，连接件64固定在绳索71上，牵引环63与连接件64铰接。

本发明还提供一种TBM钢筋网快速支护作业方法，包括以下步骤：

步骤A，利用吊机将工厂制作好的成卷钢筋网9运输至放置架5上；

步骤B，由人工将钢筋网9的一端挂在牵引挂钩61上；

步骤C，同时启动两个卷扬机7，一个放绳，一个收绳，通过牵引挂钩61带动钢筋网9滑动展开；当钢筋网9铺满上方240°的空间时，卷扬机7停止运行；

步骤D，参考图10，同时驱动撑紧油缸33和摆动油缸83，控制撑紧轮31与滚轮81向外伸出，将钢筋网9平稳地撑紧至岩壁处；

步骤E，人工进行土钉作业，固定钢筋网9，然后卷扬机7、拱架撑紧臂3和钢筋网撑紧机构8回复原位，等待下一循环作业。该作业方法摒弃了过往人工拉网效率低、耗时长的弊端，能够在几分钟时间内固定一段钢筋网，自动化程度提高了，工作效率更高，实用性强，可以尽快推广普及。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种TBM钢筋网快速支护作业装置，包括主梁机架(1)，可移动固定在主梁机架(1)上的移动装置(2)，以及固定在移动装置(2)上的拱架撑紧臂(3)、外环(4)、放置架(5)、牵引件(6)、卷扬机(7)和钢筋网撑紧机构(8)，所述主梁机架(1)两侧设置有挂载移动装置(2)的平行轨道，所述移动装置(2)包括固定框架，所述固定框架外侧固定有外环(4)，所述外环(4)为下端未合拢的环状框架，所述环状框架的外侧面设置有容纳绳索(71)的环形槽(413)，所述外环(4)的两个下端部分别固定有连接所述绳索(71)两端的卷扬机(7)，所述外环(4)的一端还设置有放置成卷的钢筋网的放置架(5)，所述绳索(71)通过牵引件(6)可拉动成卷的钢筋网的端部；所述拱架撑紧臂(3)包括撑紧轮(31)、外臂(32)、撑紧油缸(33)和底座(34)，所述底座(34)设置在移动框架(21)上，所述撑紧油缸(33)设置于所述外臂(32)内部，另一端固定于所述底座(34)上，所述撑紧轮(31)设置于所述外臂(32)顶部；所述钢筋网撑紧机构(8)包括滚轮(81)、摆杆(82)和摆动油缸(83)，所述摆杆(82)通过摆杆接头(821)铰接固定于所述外环(4)上，所述滚轮(81)设置于所述摆杆(82)的顶部，所述摆动油缸(83)的两端分别铰接于所述外环(4)上的外环摆动接头(831)上和所述摆杆(82)上的摆动接头(832)上；

所述主梁机架(1)包括主梁(11)、连接板(12)和滑轨(13)，所述连接板(12)设置于所述主梁(11)的两侧，所述滑轨(13)设有四个，分别设置于所述连接板(12)的顶部和底部，所述滑轨(13)为斜向布置的矩形管；所述移动装置(2)包括移动框架(21)，以及固定在移动框架(21)上的侧行走轮(22)和正行走轮(23)，所述侧行走轮(22)每组设有两个，所述正行走轮(23)每组设有两个，侧行走轮(22)和正行走轮(23)与滑轨(13)的不同侧配合。

2.根据权利要求1所述的一种TBM钢筋网快速支护作业装置，其特征在于，所述外环(4)包括开口环(41)、上连接架(42)、侧连接架(43)、绳索滚轮(44)、平台(45)、牵引滚轮(46)和挂钩(47)，所述开口环(41)上设置有底槽(411)、长通槽(412)和环形槽(413)，所述绳索滚轮(44)设置于所述底槽(411)处，所述平台(45)设置于所述开口环(41)的下方，所述牵引滚轮(46)设置于所述平台(45)的底部，所述挂钩(47)设置于所述平台(45)的侧边，所述上连接架(42)和所述侧连接架(43)分别设置于所述开口环(41)的内部，所述外环(4)通过所述上连接架(42)和所述侧连接架(43)与所述移动框架(21)连接。

3.根据权利要求2所述的一种TBM钢筋网快速支护作业装置，其特征在于，所述放置架(5)设置于所述挂钩(47)下方，成卷的所述钢筋网(9)设置于所述放置架(5)内部，所述卷扬机(7)设置于所述平台(45)上，所述绳索(71)绕过所述绳索滚轮(44)，沿所述环形槽(413)与另一边的所述卷扬机(7)相连接；

所述牵引件(6)包括牵引挂钩(61)、牵引绳(62)、牵引环(63)和连接件(64)，所述牵引挂钩(61)连接于所述钢筋网(9)上，所述牵引绳(62)分别连接所述牵引挂钩(61)和所述牵引环(63)，所述连接件(64)固定在绳索(71)上，所述牵引环(63)与所述连接件(64)铰接。

4.应用权利要求1-3任一项所述的一种TBM钢筋网快速支护作业装置的作业方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A，利用吊机将制作好的成卷钢筋网(9)运输固定至放置架(5)上；

步骤B，由人工将钢筋网(9)的一端挂在牵引挂钩(61)上；

步骤C，同时启动两个卷扬机(7)，一个放绳，一个收绳，通过牵引挂钩(61)带动钢筋网(9)滑动展开；当钢筋网(9)铺满外环(4)上方一定范围空间时，卷扬机(7)停止运行；

步骤D，同时驱动撑紧油缸(33)和摆动油缸(83)，控制撑紧轮(31)与滚轮(81)向外伸出，将钢筋网(9)平稳地撑紧至岩壁处；

步骤E，人工进行土钉作业，固定钢筋网(9)，然后卷扬机(7)、拱架撑紧臂(3)和钢筋网撑紧机构(8)回复原位，等待下一循环作业。

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