CN114704280A - 一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法 - Google Patents

一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法 Download PDF

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CN114704280A CN202210253592.2A CN202210253592A CN114704280A CN 114704280 A CN114704280 A CN 114704280A CN 202210253592 A CN202210253592 A CN 202210253592A CN 114704280 A CN114704280 A CN 114704280A
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王洪超
唐级归
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郑玉明
周雄
李宗文
刘伟
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Abstract

本申请公开了一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法，其将隧道掌子面分为上台阶、中台阶、下台阶并依次进行爆破开挖，且将上台阶的开挖深度控制在1～2倍洞径，从而能够及时在已开挖的隧道内部设立支撑体系并湿喷混凝土，及早封闭成环，从而减小隧道坍塌的可能性。同时，在上台阶的开挖过程中，通过成桩机构在反撑杆水平打入下台阶土层内，并通过橡胶气垫上顶顶杆以使得顶杆与隧道的顶部抵接，从而形成双重反撑机构，使得伸缩悬臂在运转过程中，台车不会失稳，有效提高施工安全。

Description

一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法
技术领域
本申请涉及隧道开挖的技术领域，尤其是涉及一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法。
背景技术
铁路在建设过程中往往需穿越山体，因此在施工过程中需开挖隧道。目前的铁路隧道在开挖时一般采用爆破法+台阶法进行施工，对于富水地带，在施工之前，还需先对隧道周边土层进行超前注浆以加固隧道周边土层。
进行隧道开挖时，先在隧道掌子面上划分台阶，一般划分为上、中、下三级台阶并遵循从上至下的顺序进行爆破开挖。在进行爆破开挖时，工作人员需借助台车以便在掌子面上钻设炮眼并装药。待上台阶爆破后，及时将爆破产生的土渣运出，再依次爆破中台阶和下台阶，最后在隧道内部搭建隧道支撑体系并湿喷混凝土以便及早形成闭环。
然而，在上台阶的实际爆破开挖过程中，用于上台阶的纵深较深，导致台车的悬臂端过长容易失稳，因此，需对此进行改进。
发明内容
为了解决台车在使用过程中容易失稳的问题，本申请提供一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法。
本申请提供的一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法采用如下的技术方案：
一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法，包括以下步骤：
S1、在隧道掌子面周边进行超前注浆以加固掌子面周边土层；
S2、利用挖掘机在掌子面挖出上台阶、中台阶以及下台阶；隧道仰拱区域为上台阶，隧道仰拱下部位置从上至下分为中台阶和下台阶，其中上台阶的开挖深度控制在1～2倍洞径，中台阶的开挖深度为上台阶开挖深度的一半；
S3、布置台车，利用反撑装置将台车固定在隧道内部，反撑装置包括设置在台车的台架上的反撑杆和成桩机构，当台车布置在下台阶前方后，利用成桩机构将反撑杆水平打入下台阶的土层内；
S4、爆破：
S41、控制台车上的伸缩悬臂伸长，并通过伸缩悬臂在上台阶的施工面上钻设炮眼，在钻设的炮眼内装填弹药，之后将伸缩悬臂收回，利用成桩机构将反撑杆从下台阶土层中拔出，台车退车，开始爆破，爆破完成后及时清理土渣；
S42、将台架的高度调低，然后控制台车上的伸缩悬臂伸长，通过伸缩悬臂在中台阶的施工面上钻设炮眼，然后在钻设的炮眼内装填弹药，之后将伸缩悬臂收回，利用成桩机构将反撑杆从下台阶土层中拔出，台车退车，爆破完成后及时清理土渣；
S43、在下台阶的施工面上钻设炮眼，然后在钻设的炮眼内装填弹药，爆破完成后及时清理土渣；
S5、在已开挖的隧道内部设立支撑体系并在隧道的洞壁上湿喷混凝土以及时形成闭环；
S6、重复S3～S5步骤，直至完成隧道的开挖。
通过采用上述技术方案，本申请将上台阶的开挖深度控制在1～2倍洞径，一方面使得伸缩悬臂的长度不会过长，从而降低台车失稳的可能性，另一方面能够及时在已开挖的隧道内部设立支撑体系并湿喷混凝土，及早封闭成环，从而减小隧道坍塌的可能性。同时在台车上设置反撑装置，当需要控制伸缩悬臂伸长时，通过成桩机构将反撑杆水平打入下台阶的土层内，从而形成反撑结构，使得台车不易失稳。且反撑杆打入的土层为下台阶土层，从而不会破坏已成型的隧道内部结构，保持了隧道结构的稳定性，有利于降低隧道坍塌的可能性。
优选的，所述成桩机构包括活动板和驱使活动板沿隧道的轴线方向移动的第一驱动件，所述反撑杆设置在活动板上，活动板上设置有驱动反撑杆转动的第二驱动件。
通过采用上述技术方案，当需将反撑杆打入下台阶土层时，第二驱使件驱使反撑杆转动，同时通过第一驱动件顶进活动板，即可将反撑杆打入下台阶土层，并形成稳定的反撑结构。
优选的，所述伸缩悬臂包括设置在台车的台架侧部的剪叉机构，所述剪叉机构远离台架的一端设置有施工台，所述剪叉机构的上表面平铺有橡胶气垫，所述橡胶气垫的一端与剪叉机构远离台架的一端连接，所述台架的顶部设置有用于收卷橡胶气垫的收卷装置。
通过采用上述技术方案，当剪叉机构伸长时，橡胶气垫展开并铺设在剪叉机构的上表面，然后往橡胶气垫内充气，橡胶气垫充气膨胀，从而方便工作人员在剪叉机构上行走或搬运物件。当弹药装填完毕后，先将橡胶气垫内的气体放掉，然后再收回剪叉机构，期间，收卷装置同步收卷橡胶气垫，从而使得橡胶气垫不会卡住剪叉机构，使得剪叉结构能够顺利运转。
优选的，所述收卷装置包括安装在台架顶部的收卷筒，所述收卷筒中空设置，所述收卷筒内同轴设置有中轴，所述中轴上绕卷有卷簧，所述橡胶气垫的一端与卷簧的自由端固定连接并绕卷在卷簧外周并伸出收卷筒。
通过采用上述技术方案，橡胶气垫展开时，卷簧受压，当橡胶气垫放松时，卷簧回弹从而自动收卷橡胶气垫。
优选的，所述台架的顶部还设置有用于夹持橡胶气垫的夹持装置，所述夹持装置设置在收卷装置和剪叉机构之间，所述夹持装置包括设置在橡胶气垫上方的第一夹板、设置在橡胶气垫下方的第二夹板、以及驱使第一夹板和第二夹板朝相向或相反的方向移动的驱动组件。
通过采用上述技术方案，当往橡胶气垫内充气时，先利用驱动组件驱使第一夹板和第二夹板朝相向的方向移动从而夹住橡胶气垫，使得后续冲入橡胶气垫的气体的流动路径被截断，从而使得位于收纳筒内的橡胶气垫不会膨胀，进而使得容纳筒不会变形。当橡胶气垫放气后且需收卷橡胶气垫时，利用驱动组件驱使第一夹板和第二夹板朝相反的方向移动，从而松开橡胶气垫，以便收卷装置收卷橡胶气垫。
优选的，所述台架上还设置有辅助支撑装置，所述辅助支撑装置包括设置在台架顶部的两块立板，两块立板相对设置，两块立板之间滑动连接有移动板，所述移动板的顶部固定连接有顶杆，所述橡胶气垫从活动板下方穿过，所述移动板搭接在橡胶气垫上。
通过采用上述技术方案，当在上台阶的施工面上钻设炮眼并装填弹药时，伸缩悬臂的长度最长，此时台车也最容易失稳。为此，通过增设辅助支撑装置，当橡胶气垫充气时，橡胶气垫会上顶移动板，通过控制顶杆的长度，使得橡胶气垫在上顶移动板的过程中，顶杆会与隧道的顶部抵接，从而形成反撑结构，进一步降低台车失稳的可能性。
优选的，两块所述立板之间还固定连接有固定筒，所述固定筒位于移动板的下方，所述橡胶气垫绕卷在固定筒上。
通过采用上述技术方案，一方面能够减小顶杆的长度，使得橡胶气垫推动顶杆上移更加轻松，另一方面能够增强橡胶气垫的支撑力，从而对顶杆起稳定的支撑作用。
优选的，所述台架包括上台架与下台架，所述下台架的顶部与上台架的底部之间设置有多个调节液压缸。
通过采用上述技术方案，方便调整台架的高度，从而方便在上台阶施工面和中台阶施工面上钻设炮眼并装填弹药。
附图说明
图1是本申请中进行上台阶爆破开挖时的结构示意图；
图2是本申请中台车的整体结构示意图；
图3是本申请中收卷装置的结构示意图；
图4是本申请中图2中A的放大示意图。
附图标记说明：
1、上台阶；2、中台阶；3、下台阶；4、上台架；5、下台架；6、调节液压缸；7、反撑装置；71、反撑杆；72、成桩机构；721、活动板；722、第一驱动件；723、第二驱动件；8、剪叉机构；9、施工台；10、橡胶气垫；11、收卷装置；111、收卷筒；112、中轴；113、卷簧；12、夹持装置；121、第一夹板；122、第二夹板；123、驱动组件；1231、双向螺纹杆；1232、导向杆；1233、第三驱动件；1234、安装座；13、辅助支撑装置；131、立板；132、移动板；133、顶杆；134、固定筒。
具体实施方式
以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法，包括以下步骤：
S1、在隧道掌子面周边进行超前注浆以加固掌子面周边土层。
S2、利用挖掘机在掌子面挖出上台阶1、中台阶2以及下台阶3；参照图1，隧道仰拱区域为上台阶1，隧道仰拱下部位置从上至下分为中台阶2和下台阶3，其中上台阶1的开挖深度控制在1～2倍洞径，中台阶2的开挖深度为上台阶1开挖深度的一半。
S3、布置台车：利用反撑装置7将台车固定在隧道内部。参照图1，具体的，台车包括台架，台架包括上台架4和下台架5，下台架5的顶部和上台架4的底部之间设置有多个调节液压缸6，本申请实施例中调节液压缸6设置有四个，四个调节液压缸6分别分布在下台架4的四个角点处，调节液压缸6的缸体固定在下台架4的顶部，调节液压缸6的活塞杆与上台架5的底部固定连接。通过设置调节液压缸6，使得台架的高度可调节，从而方便后续对中台阶2开展爆破工作。
参照图1和图2，反撑装置7包括设置在下台架4上的反撑杆71和成桩机构72，当台车停在下台阶3前方后，利用成桩机构72将反撑装置7水平打入下台阶3的土层内。
参照图2，具体的，成桩机构72包括设置在下台架4上的活动板721和驱使活动板721沿隧道的轴线方向移动的第一驱动件722，第一驱动件722为液压缸，液压缸的活塞缸与活动板721垂直固定连接。反撑杆71设置有两根，两根反撑杆71沿活动板721的长度方向间隔分布，活动板721上设置有驱使反撑杆71转动的第二驱动件723。第二驱动件723设置有两个，一个第二驱动件723对应一根反撑杆71，第二驱动件723为电机，电机安装在活动板721远离第一驱动件722的一侧，电机的输出轴与反撑杆71传动连接。
当台车停在下台阶3前方后，第二驱动件723驱使反撑杆71转动，同时，第一驱动件722推动活动板721前移，反撑杆71沿水平方向钻入下台阶3土层内，从而将台车固定。
S4、爆破。
S41、参照图1，控制台车上的伸缩悬臂伸长，工作人员通过伸缩悬臂靠近上台阶1的施工面，然后在上台阶1的施工面上钻设炮眼，在钻设的炮眼内装填弹药，之后将伸缩悬臂收回，利用成桩机构72将反撑杆71从下台阶3土层中拔出，台车退车，开始爆破，爆破完成后及时清理土渣。
参照图2，具体的，伸缩悬臂包括安装在上台架4顶部侧边的剪叉机构8，剪叉机构8水平设置，剪叉机构8远离上台架4的一端设置有施工台9，以便工作人员施工。剪叉机构8的上表面还铺设有橡胶气垫10，橡胶气垫10的一端与剪叉机构8远离上台架4的一端固定连接，上台架4的顶部设置有用于收卷橡胶气垫10的收卷装置11和用于夹持橡胶气垫10的夹持装置12，夹持装置12设置在收卷装置11和剪叉机构8之间。
当剪叉机构8伸长后，橡胶气垫10展开，利用夹持装置12夹住橡胶气垫10，然后往橡胶气垫10内充气，从而方便工作人员在剪叉机构8上行走，以便搬运器材和货物。而夹持装置12的存在，使得冲入橡胶气垫10的气体的流动路径被截断，从而使得位于收纳筒内的橡胶气垫10不会膨胀，进而使得容纳筒不会因橡胶气垫10膨胀而变形。当需收回剪叉机构8时，先将橡胶气垫10放气，然后使夹持装置12松开橡胶气垫10。剪叉机构8收回的同时，收卷装置11收卷橡胶气垫10，从而使得剪叉机构8能够顺利收回。
参照图2和图3，具体的，收卷装置11包括安装在台架顶部的收卷筒111，收卷筒111中空设置，收卷筒111的内同轴固定连接有中轴112，中轴112上缠绕有卷簧113，卷簧113的一端与中轴112固定连接，橡胶气垫10远离剪叉机构8的一端伸入收卷筒111内并绕卷在卷簧113外周并与卷簧113的自由端固定连接。当剪叉机构8伸长时，剪叉机构8拖拽橡胶气垫10，期间，卷簧113受压。当剪叉机构8收回时，卷簧113回弹从而自动收卷橡胶气垫10，从而使得剪叉机构8能够顺利收回。
参照图2和图4，夹持装置12包括设置在橡胶气垫10上方的第一夹板121、设置在橡胶气垫10下方的第二夹板122、以及驱使第一夹板121和第二夹板122朝相向或相反的方向移动的驱动组件123，第一夹板121和第二夹板122平行相对设置，第一夹板121和第二夹板122的长度均大于橡胶气垫10的宽度。
参照图4，驱动组件123包括双向螺纹杆1231、导向杆1232以及驱使双向螺纹杆1231转动的第三驱动件1233。双向螺纹杆1231的一端与上台架4转动连接，双向螺纹杆1231的另一端依次穿透第二夹板122、第一夹板121，双向螺纹杆1231螺纹旋向相反的两端分别与第一夹板121、第二夹板122螺纹连接。导向杆1232的一端与上台架4的顶部固定连接，导向杆1232与双向螺纹杆1231平行，导向杆1232远离上台架4的一端依次穿过第二夹板122、第一夹板121。第三驱动件1233为电机，电机的输出轴与双向螺纹杆1231传动连接，上台架4的顶部固定连接有供第三驱动件1233安装的安装座1234。当第三驱动件1233驱使双向螺纹杆1231正转时，第一夹板121和第二夹板122朝相向的方向移动；当第三驱动件1233驱使双向螺纹杆1231反转时，第一夹板121和第二夹板122朝相反的方向移动，从而实现对橡胶气垫10的夹持。
参照图2，为使台车更加稳定的停在隧道内，在上台架4的顶部还设置有辅助支撑装置13。辅助支撑装置13设置在夹持装置12和剪叉机构8之间。辅助支撑装置13包括固定在上台架4顶部的两块立板131，两块立板131相对设置并分别位于橡胶气垫10两侧。两块立板131之间固定连接有固定筒134，两块立板131之间滑动连接有移动板132，移动板132的上表面固定连接有顶杆133，移动板132位于固定筒134的上方。橡胶气垫10从移动板132下方穿过并螺旋绕卷在固定筒134上，移动板132搭接在橡胶气垫10上。
当橡胶气垫10充气时，橡胶气垫10膨胀从而上顶移动板132，通过控制顶杆133的长度，即可使得橡胶气垫10充气后，顶杆133与隧道的顶部抵接，从而形成反撑结构，使得台车更加不易失稳。而固定筒134的存在，一方面能够减小顶杆133的长度，使得橡胶气垫10推动顶杆133上移更加轻松，另一方面能够增强橡胶气垫10的支撑力，从而对顶杆133起稳定的支撑作用。
S42、将台架的高度调低，通过调节液压缸6控制上台阶1下移直至伸缩悬臂移动至中台阶2的施工高度，然后控制剪叉机构8伸长直至施工台9移动至中台阶2的施工面，利用夹持装置12夹住橡胶气垫10，然后往橡胶气垫10内充气。工作人员通过橡胶气垫10将工具和货物搬运至施工台9上。当在中台阶2的施工面上钻设炮眼并装填弹药后，将橡胶气垫10放气，然后使夹持装置12松开橡胶气垫10，再收回剪叉机构8。接着，利用成桩机构72将反撑杆71从下台阶3土层内拔出，台车退车，再开始爆破，爆破结束后及时清理土渣。
S43、在下台阶3的施工面上钻设炮眼，然后在钻设的炮眼内装填弹药，爆破完成后及时清理土渣。
S5、在已开挖的隧道内部设立支撑体系并在隧道的洞壁上湿喷混凝土以及时形成闭环。具体的，支撑体系包括铺设在隧道内壁上的钢筋网和架设在隧道内部的支撑拱架。
S6、重复S3～S5步骤，直至完成隧道的开挖。
一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法的实施原理为：
本申请将隧道掌子面分为上台阶1、中台阶2、下台阶3依次进行爆破开挖，并将上台阶1的开挖深度控制在1～2倍洞径，从而使得开挖深度不会过大，一方面使得伸缩悬臂的长度不会过长，从而降低台车失稳的可能性，另一方面能够及时在已开挖的隧道内部设立支撑体系并湿喷混凝土，及早封闭成环，从而减小隧道坍塌的可能性。且在爆破开挖的过程中，通过反撑装置7和辅助支撑装置13将台车限制在隧道内部，有效降低台车失稳的可能性，提高了施工安全。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、在隧道掌子面周边进行超前注浆以加固掌子面周边土层；
S2、利用挖掘机在掌子面挖出上台阶(1)、中台阶(2)以及下台阶(3)；隧道仰拱区域为上台阶(1)，隧道仰拱下部位置从上至下分为中台阶(2)和下台阶(3)，其中上台阶(1)的开挖深度控制在1～2倍洞径，中台阶(2)的开挖深度为上台阶(1)开挖深度的一半；
S3、布置台车，利用反撑装置(7)将台车固定在隧道内部，反撑装置(7)包括设置在台车的台架上的反撑杆(71)和成桩机构(72)，当台车布置在下台阶(3)前方后，利用成桩机构(72)将反撑杆(71)水平打入下台阶(3)的土层内；
S4、爆破：
S41、控制台车上的伸缩悬臂伸长，并通过伸缩悬臂在上台阶(1)的施工面上钻设炮眼，在钻设的炮眼内装填弹药，之后将伸缩悬臂收回，利用成桩机构(72)将反撑杆(71)从下台阶(3)土层中拔出，台车退车，开始爆破，爆破完成后及时清理土渣；
S42、将台架的高度调低，然后控制台车上的伸缩悬臂伸长，通过伸缩悬臂在中台阶(2)的施工面上钻设炮眼，然后在钻设的炮眼内装填弹药，之后将伸缩悬臂收回，利用成桩机构(72)将反撑杆(71)从下台阶(3)土层中拔出，台车退车，爆破完成后及时清理土渣；
S43、在下台阶(3)的施工面上钻设炮眼，然后在钻设的炮眼内装填弹药，爆破完成后及时清理土渣；
S5、在已开挖的隧道内部设立支撑体系并在隧道的洞壁上湿喷混凝土以及时形成闭环；
S6、重复S3～S5步骤，直至完成隧道的开挖。
2.根据权利要求1所述的一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法，其特征在于：所述成桩机构(72)包括活动板(721)和驱使活动板(721)沿隧道的轴线方向移动的第一驱动件(722)，所述反撑杆(71)设置在活动板(721)上，活动板(721)上设置有驱动反撑杆(71)转动的第二驱动件(723)。
3.根据权利要求1所述的一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法，其特征在于：所述伸缩悬臂包括设置在台架侧部的剪叉机构(8)，所述剪叉机构(8)远离台架的一端设置有施工台(9)，所述剪叉机构(8)的上表面平铺有橡胶气垫(10)，所述橡胶气垫(10)的一端与剪叉机构(8)远离台架的一端连接，所述台架的顶部设置有用于收卷橡胶气垫(10)的收卷装置(11)。
4.根据权利要求3所述的一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法，其特征在于：所述收卷装置(11)包括安装在台架顶部的收卷筒(111)，所述收卷筒(111)中空设置，所述收卷筒(111)内同轴设置有中轴(112)，所述中轴(112)上绕卷有卷簧(113)，所述橡胶气垫(10)的一端与卷簧(113)的自由端固定连接并绕卷在卷簧(113)外周并伸出收卷筒(111)。
5.根据权利要求3所述的一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法，其特征在于：所述台架的顶部还设置有用于夹持橡胶气垫(10)的夹持装置(12)，所述夹持装置(12)设置在收卷装置(11)和剪叉机构(8)之间，所述夹持装置(12)包括设置在橡胶气垫(10)上方的第一夹板(121)、设置在橡胶气垫(10)下方的第二夹板(122)、以及驱使第一夹板(121)和第二夹板(122)朝相向或相反的方向移动的驱动组件(123)。
6.根据权利要求3所述的一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法，其特征在于：所述台架的顶部还设置有辅助支撑装置(13)，所述辅助支撑装置(13)包括设置在台架顶部的两块立板(131)，两块立板(131)相对设置，两块立板(131)之间滑动连接有移动板(132)，所述移动板(132)的顶部固定连接有顶杆(133)，所述橡胶气垫(10)从活动板(721)下方穿过，所述移动板(132)搭接在橡胶气垫(10)上。
7.根据权利要求6所述的一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法，其特征在于：两块所述立板(131)之间还固定连接有固定筒(134)，所述固定筒(134)位于移动板(132)的下方，所述橡胶气垫(10)绕卷在固定筒(134)上。
8.根据权利要求1所述的一种铁路富水隧道断层破碎带小型台车微台阶施工方法，其特征在于：所述台架包括上台架(4)与下台架(5)，所述下台架(5)的顶部与上台架(4)的底部之间设置有多个调节液压缸(6)。
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