CN116181344A - 一种隧道多功能综合开挖台车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种隧道多功能综合开挖台车，至少包括与隧道的轮廓相适应的台架以及安装于台架上的走行机构、横移起升机构、拱架安装机构、锚杆钻孔机构和附属机构；台架为双层式结构，包括位于下层的门架和位于上层的移动式支架，门架的内部净空确保常规车辆的通行要求，移动式支架相对门架移动，其底部设置有能够伸缩和翻转的前支腿；拱架安装机构包括提升机构、举升机构、搬运小车及安装小车。本发明能够将辅助隧道凿岩、拱架安装及打锚杆等多种功能集成于一体，方便工人装药且方便其它工序设备从门架下方通过，大大提高钻爆法隧道掘进的效率，降低隧道施工的设备采购成本和维护保养成本，节省时间和人工。

Description

一种隧道多功能综合开挖台车

技术领域

本发明涉及隧道掌子面施工技术领域，具体涉及一种集成开挖、拱架安装、打锚杆等功能为一体的多功能开挖台车。

背景技术

传统钻爆法隧道施工时，在隧道前端的施工面需要使用隧道凿岩台车、支护拱架安装台车、人员作业平台等多种设备，以上设备适用于隧道施工的不同施工工序。这种传统的钻爆法隧道施工存在如下缺陷：(1)当一道工序施工结束后，对应的设备需要退出隧道前端的开挖面，同时下一道工序的施工设备需要进入隧道前端的施工面，导致设备转运的辅助时间较长，影响作业效率；(2)当围岩完整性较差同时隧道截面宽度受限时，隧道采用上下两台阶开挖，通用设备不能满足使用。

为了解决上述问题，本发明提出集成开挖、拱架安装、打锚杆等功能为一体的多功能综合开挖台车。

发明内容

本发明提出一种将辅助隧道凿岩、拱架安装及打锚杆等多种功能集成于一体，方便工人装药且方便其它工序设备从门架下方通过的用于钻爆法隧道施工的多功能综合开挖台车，能够大大提高钻爆法隧道掘进的效率，降低隧道施工的设备采购成本和维护保养成本，节省时间和人工。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种隧道多功能综合开挖台车，至少包括与隧道的轮廓相适应的台架以及安装于台架上的走行机构、横移起升机构、拱架安装机构、锚杆钻孔机构和附属机构；

台架为双层式结构，包括位于下层的门架和位于上层的移动式支架，门架为门型支架结构，门架的内部净空确保常规车辆的通行要求；移动式支架的底部通过承载轨道与门架的顶部相连接，门架的顶部安装有第一驱动机构，第一驱动机构通过第一链条链轮机构驱动移动式支架相对门架移动，移动式支架前端的底部设置有能够伸缩和翻转的前支腿；

横移起升机构分布在台架的四角处，且安装于门架的外侧，横移起升机构包括位于下方的横移机构与位于上方的伸缩立柱，两者上下固定连接，其中横移机构的底部支撑在地面上，伸缩立柱的顶部与门架的端部连接固定；横移机构中设置有横移油缸，通过横移油缸的横向调节使台车整体处于隧道中线上；伸缩立柱的内部设置有顶升油缸，通过顶升油缸的上下伸缩调节台车整体的升降；

拱架安装机构包括提升机构、举升机构、搬运小车及安装小车，其中提升机构位于移动式支架后端，沿隧道中线对称布设有两组，提升机构用于将拱架从地面水平状态提升至竖直状态，并进一步提升至举升机构上；举升机构共两组，对称安装于门架后端上，用于将拱架从低位举升至高位，并进一步转运至搬运小车上；搬运小车共有两组，对称分布在移动式支架两侧所设置的搬运小车轨道上，搬运小车沿着搬运小车轨道移动，将拱架从举升机构转运至安装小车上；所述安装小车位于移动式支架上部所设置的安装小车轨道上，安装小车包括安装小车车架以及固定连接在安装小车车架上的第三驱动机构、调整架以及伸缩架，第三驱动机构驱动安装小车沿安装小车轨道来回运动；调整架位于安装小车车架的上部，用于调整拱架在隧道环向的位置，保证拱架对中；伸缩架共有两组，沿隧道中线对称设置于安装小车车架的两侧，通过调节伸缩架实现不同的拱架安装间距；

锚杆钻孔机构位于台车的最前端，安装在移动式支架上并随移动式支架同步运动，锚杆钻孔机构包括弧形轨道、走行小车、凿岩枪、凿岩枪支架以及推进油缸，其中弧形轨道与隧道断面相适应，走行小车安装于弧形轨道上并沿弧形轨道运动，凿岩枪支架通过转轴与走行小车活动连接并绕转轴旋转，凿岩枪安装于凿岩枪支架上，推进油缸位于凿岩枪支架的尾部，通过推进油缸实现凿岩枪前进；

附属机构包括安装于台架上的工作平台和爬梯。

所述门架包括底梁、立柱和上横梁，底梁设置有左右两根且均沿纵向设置，立柱竖直固定于底梁上，上横梁横向连接固定在左右相邻的两根立柱的顶部之间且共同形成门型结构，前后相邻的上横梁之间设置有增加门架稳定性的横撑，前后相邻的立柱之间设置有增加门架稳定性的剪刀撑。

所述移动式支架包括前支腿、四组拱形支架以及纵梁，四组拱形支架间隔设置且相互之间通过纵梁连接固定为一个整体，拱形支架的底部沿纵向设置有走行梁，走行梁位于承载轨道上并沿承载轨道移动；所述前支腿设置有左右两根，两者前支腿之间通过横撑连接固定，前支腿为伸缩套结构，其内部设置有伸缩油缸，前支腿的顶部铰接安装在移动式支架上，且前支腿与移动式支架之间设置有能够使前支腿前后翻转的翻转油缸。

所述承载轨道设置有左右两组，固定于门架中的上横梁上，承载轨道为箱式结构，其内部设置有五组拖轮，承载轨道上边沿的左右两侧均设置有翼缘板，承载轨道的上表面与拖轮相对应的位置处均设置有供拖轮的外边缘伸出的开口，移动式支架整体通过走行梁承载在拖轮上；拱形支架的底部均设置有两组反挂轮，每组反挂轮均位于承载轨道的左右两侧，且反挂轮的轮缘贴近承载轨道中翼缘板的下表面，防止移动式支架在承载轨道上移动过程中走偏。

所述第一驱动机构以及第一链条链轮机构安装于门架中的上横梁上，第一链条链轮机构设置有两组，所述第一链条链轮机构沿着纵向设置，移动式支架的底部通过连接件与链条固定连接，第一驱动机构通过减速机的两个输出轴分别与两组第一链条链轮机构中的主动链轮连接并驱动，从而带动链条的运动并进一步驱动移动式支架移动。

所述走行机构共有四组，分布在门架的四角处，并安装在底梁的下方；走行机构采用压配式轮胎走行，每组走行机构均包括两个轮胎和第二驱动机构以及第二链条链轮机构，第二驱动机构位于两个轮胎中间位置，通过第二链条链轮机构驱动轮胎旋转，带动台车整体前移或后退。

所述横移起升机构共有四组，分布于门架中两根底梁的前后两端处；横移机构包括底座、反挂板、横移油缸座以及横移油缸，底座工作时支撑在地面上，横移油缸座放置于底座的顶面上，横移油缸水平安装且其两端分别连接底座和横移油缸座，每个底座设置有两个反挂板，反挂板下部与底座通过螺栓连接，上部将横移油缸座压在底座的顶面上，确保横移油缸推动横移油缸座在底座上运动时不会跑偏；

伸缩立柱包括伸缩内套、伸缩外套、顶升油缸，伸缩内套下部与横移油缸座的顶面通过螺栓连接，保证横移油缸推动横移油缸座运动时，伸缩立柱可以随之一起运动；伸缩立柱的伸缩外套和伸缩内套的主体都为方管结构，顶升油缸安装在伸缩内套的方管内，伸缩内套安装在伸缩外套内；顶升油缸两端分别与伸缩内套和伸缩外套连接，通过顶升油缸实现伸缩外套和伸缩内套之间的相对滑动；伸缩外套外侧设置有与底梁的端头连接的法兰，实现门架跟随伸缩外套移动。

所述提升机构包括卷扬机、伸缩套、滑轮组及吊钩，滑轮组安装在伸缩套的两端上，伸缩套结构可以调节滑轮组的间距，以适应不同的工作需求。

所述举升机构包括导向架、举升小车、第四驱动机构和第四链条链轮机构，所述导向架结构为双槽钢反扣，双槽钢的中间空隙保证第四链条链轮机构的链条可以自由穿过；举升小车上下两端分别与链条连接，通过第四驱动机构带动第四链条链轮机构实现举升小车沿着导向架上下运动，将钢拱架从低位举升至高位；举升小车的运行轨道为导向架的双槽钢结构，单个举升小车有四个走行轮对称安装在双槽钢外侧，同时还有四个导向轮安装在双槽钢结构中间空隙中防止举升小车跑偏。

所述搬运小车包括搬运小车车架、纵送装置、纵送轨道、顶升机构、第五驱动机构以及第五链条链轮机构，所述纵送装置分为两部分，上部为拱架固定装置，通过调整螺杆旋出长度以固定拱架，下部为布设在纵送轨道上的轮组，可实现纵送装置沿着纵送轨道运动；所述顶升机构位于纵送轨道的下方，顶升机构为内外套结构，包括内套、外套以及连接内套和外套的油缸，内套上部与纵送轨道下部连接，外套下部与搬运小车车架连接，顶升机构可实现内外套相对运动以调节纵送轨道的高度；搬运小车车架位于搬运小车轨道上，第五驱动机构通过第五链条链轮机构带动搬运小车车架运动，实现整个搬运小车沿着布设在移动式支架上的搬运小车轨道运动。

所述安装小车中的调整架布设在台车中线处，调整架包括调整纵梁、摆动顶升装置、摆动油缸以及拱架固定装置；纵梁为方管结构，其侧边分布有多个法兰，其下部通过铰耳与安装小车车架连接，摆动顶升装置设有四组，安装在纵梁侧边的法兰上，通过调节摆动顶升装置在纵梁法兰上的安装位置实现不同的拱架安装间距；摆动顶升装置为内外套结构，包括内套、外套以及连接内套和外套的油缸，可实现内外套相对运动；拱架固定装置位于摆动顶升装置的顶部，与摆动顶升装置的内套连接规定，拱架固定装置包括两块间距与拱架外形尺寸相适应的耳板，以及可以调节旋出长度以固定拱架的螺杆；摆动油缸的两端分别连接在安装小车车架和纵梁上，摆动油缸设置有两组，分布在纵梁的前后端部，摆动油缸油缸伸缩能够带动调整架整体绕纵梁下部的铰耳转动。

所述安装小车中的伸缩架包括伸缩纵梁以及伸缩顶升装置和拱架固定装置，伸缩纵梁的顶边上均匀分布有多个法兰，拱架固定装置通过法兰安装于伸缩纵梁上，通过改变拱架固定装置在伸缩纵梁不同法兰上的安装位置实现不同的拱架安装间距；伸缩顶升装置设有两组，其为内外套结构，包括内套、外套以及连接内套和外套的油缸，可实现内外套相对运动，外套与安装小车车架连接，内套与伸缩纵梁的底边连接。

锚杆钻孔机构中走行小车、凿岩枪、凿岩枪支架以及推进油缸均设置有三组，分布在弧形轨道的顶部及两侧，所述凿岩枪支架主体形状为双槽钢反扣，凿岩枪安装在双槽钢中间的空隙中；所述走行小车包括减速机、小车架、走行轮、第六链条链轮机构，减速机通过第六链条链轮机构驱动走行轮，实现走行小车沿弧形轨道运动。

台架侧边位置所设置的工作平台的下方设置有伸缩平台，伸缩平台与工作平台支撑连接，并通过平台油缸推动能够从工作平台的下方伸出。

与现有技术相比，本发明提供的隧道多功能综合开挖台车具有以下优点：1、本发明所提供的隧道多功能综合开挖台车将隧道开挖和支护进行集成，能够实现辅助人工风枪钻爆孔、锚杆孔、锚杆安装注浆、拱架网片安装等工作，提高了施工效率，降低工人劳动强度，同时降低隧道施工配套机械成本及维护费用。2、本发明提供的多功能综合开挖台车通过移动式支架前移，能够满足全断面法和台阶法两种隧道施工工艺。3、本发明中所提供的多功能综合开挖台车在出渣时可以不退出隧道开挖面，在出渣的同时可进行锚杆安装注浆、拱架网片安装等工作，工作效率高。4、本发明中多功能综合开挖台车沿着弧形轨道在隧道环向设置有三组凿岩枪，各组凿岩枪可单独运动，工作时互不干扰，凿岩枪可沿环向或随移动式支架纵向移动，实现拱架安装区域锚杆钻孔全覆盖。5、本发明所提供的多功能综合开挖台车通过调节法兰安装位置可以实现不同间距、多榀拱架同时安装，工作效率高。6、本发明中多功能综合开挖台车侧墙处设置有隐藏式伸缩平台，平台隐藏时节省空间，方便设备通行，平台伸出时一方面增加操作面积，方便工人操作，一方面在拱架安装时伸缩平台可以将侧墙处的拱架向外推动以贴合设计断面，可满足多种工作需求。

附图说明

图1为本发明所述多功能综合开挖台车的侧视图；

图2为本发明所述多功能综合开挖台车的主视图一；

图3为本发明所述多功能综合开挖台车的主视图二；

图4为本发明所述多功能综合开挖台车的走行机构剖视图；

图5为本发明所述多功能综合开挖台车的走行机构侧视图；

图6为本发明所述多功能综合开挖台车的横移起升机构主视图；

图7为本发明所述多功能综合开挖台车的横移起升机构侧视图；

图8为本发明所述多功能综合开挖台车的门架结构图；

图9为本发明所述多功能综合开挖台车的移动式支架侧视图；

图10为本发明所述多功能综合开挖台车的移动式支架主视图；

图11为本发明所述多功能综合开挖台车的拱架提升机构结构图；

图12为本发明所述多功能综合开挖台车的拱架举升机构主视图；

图13为本发明所述多功能综合开挖台车的拱架举升机构侧视图；

图14为本发明所述多功能综合开挖台车的拱架搬运小车结构图；

图15为本发明所述多功能综合开挖台车的拱架安装小车主视图；

图16为本发明所述多功能综合开挖台车的拱架安装小车俯视图；

图17为本发明所述多功能综合开挖台车的拱架安装小车侧视图；

图18为本发明所述多功能综合开挖台车的拱架固定装置示意图；

图19为本发明所述多功能综合开挖台车的锚杆钻孔机构结构图；

图20为本发明所述多功能综合开挖台车的工作平台示意图；

图21为本发明所述多功能综合开挖台车的伸缩平台示意图；

图22为本发明所述多功能综合开挖台车的台阶法施工示意图一；

图23为本发明所述多功能综合开挖台车的台阶法施工示意图二；

图24为本发明所述多功能综合开挖台车的台阶法施工示意图三；

图25为本发明所述多功能综合开挖台车的台阶法施工示意图四；

图26为本发明所述多功能综合开挖台车的台阶法施工示意图五；

图27为本发明所述多功能综合开挖台车的台阶法施工示意图六；

图28为本发明所述多功能综合开挖台车的台阶法施工示意图七；

图29为本发明所述多功能综合开挖台车的台阶法施工示意图八；

图30为本发明所述多功能综合开挖台车的全断面法施工示意图一；

图31为本发明所述多功能综合开挖台车的全断面法施工示意图二；

图32为本发明所述多功能综合开挖台车的台阶法施工掌子面钻孔示意图；

图33为本发明所述多功能综合开挖台车的全断面法施工掌子面钻孔示意图；

图中：1-走行机构，11-压配式轮胎，12-第二驱动机构，13-第二链条链轮机构；2-横移起升机构，211-底座，212-反挂板，213-横移油缸座，214-横移油缸，221-伸缩内套，222-伸缩外套，223-顶升油缸；3-门架，31-底梁，32-立柱，33-上横梁；4-移动式支架，41-拱形支架，42-纵梁，43-承载轨道，44-拖轮，45-反挂轮，46-前支腿，47-第一驱动机构；5-安装小车，51-第三驱动机构，52-安装小车车架，53-调整架，531-摆动顶升装置，532-调整纵梁，533-摆动油缸，534-拱架固定装置，5341-耳板，5342-螺杆，54-伸缩架；6-搬运小车，61-纵送装置，62-纵送轨道，63-顶升机构，64-第五驱动机构，65-搬运小车轨道；7-提升机构，71-卷扬机，72-伸缩套，73-滑轮组；8-举升机构，81-导向架，82-举升小车，83-第四驱动机构，821-走行轮，822-导向轮；9-锚杆钻孔机构，91-弧形轨道，92-走行小车，93-凿岩枪支架，94-推进油缸；10-附属机构，101-平台油缸，102-工作平台，103-伸缩平台，1031-油缸连接耳板，1032-机架，1033-导向柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。

本发明提供的一种隧道多功能综合开挖台车，其整体结构参照图1、图2及图3所示，包括与隧道的轮廓相适应的台架以及安装于台架上的走行机构1、横移起升机构2、拱架安装机构、锚杆钻孔机构9和附属机构10，以及位于车体上的为台车上各组件提供运行动力的电气液压系统(图中未画出)。

台架为双层式结构，包括位于下层的门架3和位于上层的移动式支架4。门架为门型支架结构，如图8所示，门架的内部净空确保常规车辆的通行要求；所述门架包括底梁31、立柱32和上横梁33，底梁设置有左右两根且均沿纵向设置，立柱竖直固定于底梁上，上横梁横向连接固定在左右相邻的两根立柱的顶部之间且共同形成门型结构，前后相邻的上横梁之间设置有增加门架稳定性的横撑，前后相邻的立柱之间设置有增加门架稳定性的剪刀撑。由于门架的内部净空较高，因此本发明中所提供的多功能综合开挖台车在出渣时可以不退出隧道开挖面，在出渣的同时可进行锚杆安装注浆、拱架网片安装等工作，工作效率高。

移动式支架的结构如图9和图10所示，其底部通过承载轨道与门架的顶部相连接，门架的顶部安装有第一驱动机构47，第一驱动机构通过第一链条链轮机构驱动移动式支架相对门架移动，移动式支架前端的底部设置有能够伸缩和翻转的前支腿。具体的，所述移动式支架包括前支腿46、四组拱形支架41以及纵梁42，四组拱形支架间隔设置且相互之间通过纵梁连接固定为一个整体，拱形支架的底部沿纵向设置有走行梁，走行梁位于承载轨道43上并沿承载轨道移动。

所述前支腿46设置有左右两根，两者前支腿之间通过横撑连接固定，前支腿为伸缩套结构，其内部设置有伸缩油缸，前支腿的顶部铰接安装在移动式支架上，且前支腿与移动式支架之间设置有能够使前支腿前后翻转的翻转油缸。台阶法施工时前支腿46伸出，支撑在上台阶地面上，保证上台阶施工时设备整体的稳定性；全断面施工时前支腿46可收起，不影响台车的下部净空。

所述承载轨道43设置有左右两组，固定于门架中的上横梁上，承载轨道为箱式结构，其内部设置有五组拖轮44，承载轨道上边沿的左右两侧均设置有翼缘板，承载轨道的上表面与拖轮相对应的位置处均设置有供拖轮的外边缘伸出的开口，移动式支架整体通过走行梁承载在拖轮上；拱形支架的底部均设置有两组反挂轮45，每组反挂轮均位于承载轨道的左右两侧，且反挂轮的轮缘贴近承载轨道中翼缘板的下表面，防止移动式支架在承载轨道上移动过程中走偏。

所述第一驱动机构47以及第一链条链轮机构安装于门架中的上横梁上，第一链条链轮机构设置有两组，所述第一链条链轮机构沿着纵向设置，移动式支架的底部通过连接件与链条固定连接，第一驱动机构通过减速机的两个输出轴分别与两组第一链条链轮机构中的主动链轮连接并驱动，从而带动链条的运动并进一步驱动移动式支架移动。

所述走行机构共有四组，如图4和图5所示，其分布在门架的四角处，并安装在底梁的下方；走行机构采用压配式轮胎11走行，每组走行机构均包括两个轮胎和第二驱动机构12以及第二链条链轮机构13，第二驱动机构位于两个轮胎中间位置，通过第二链条链轮机构驱动轮胎旋转，带动台车整体前移或后退。

横移起升机构的结构如图6和图7所示，其分布在台架的四角处，共有四组，且安装于门架的外侧，具体位于门架中两根底梁的前后两端处；横移起升机构包括位于下方的横移机构与位于上方的伸缩立柱，两者上下固定连接，其中横移机构的底部支撑在地面上，伸缩立柱的顶部与门架的端部连接固定；横移机构中设置有横移油缸，通过横移油缸的横向调节使台车整体处于隧道中线上；横移机构包括底座211、反挂板212、横移油缸座213以及横移油缸214，底座工作时支撑在地面上，横移油缸座放置于底座的顶面上，横移油缸水平安装且其两端分别连接底座和横移油缸座，每个底座设置有两个反挂板，反挂板下部与底座通过螺栓连接，上部将横移油缸座压在底座的顶面上，确保横移油缸推动横移油缸座在底座上运动时不会跑偏。

伸缩立柱的内部设置有顶升油缸，通过顶升油缸的上下伸缩调节台车整体的升降；伸缩立柱包括伸缩内套221、伸缩外套222、顶升油缸223，伸缩内套下部与横移油缸座的顶面通过螺栓连接，保证横移油缸推动横移油缸座运动时，伸缩立柱可以随之一起运动；伸缩立柱的伸缩外套和伸缩内套的主体都为方管结构，顶升油缸安装在伸缩内套的方管内，伸缩内套安装在伸缩外套内；顶升油缸两端分别与伸缩内套和伸缩外套连接，通过顶升油缸实现伸缩外套和伸缩内套之间的相对滑动；伸缩外套外侧设置有与底梁的端头连接的法兰，实现门架跟随伸缩外套移动。

拱架安装机构包括提升机构7、举升机构8、搬运小车6及安装小车5，其中提升机构如图11所示，位于移动式支架后端，沿隧道中线对称布设有两组，提升机构用于将拱架从地面水平状态提升至竖直状态，并进一步提升至举升机构上；所述提升机构包括卷扬机71、伸缩套72、滑轮组73及吊钩，滑轮组安装在伸缩套的两端上，伸缩套结构可以调节滑轮组的间距，以适应不同的工作需求。

举升机构如图12和图13所示，其共有两组且对称安装于门架后端上，用于将拱架从低位举升至高位，并进一步转运至搬运小车上。所述举升机构包括导向架81、举升小车82、第四驱动机构83和第四链条链轮机构，所述导向架结构为双槽钢反扣，双槽钢的中间空隙保证第四链条链轮机构的链条可以自由穿过；举升小车上下两端分别与链条连接，通过第四驱动机构带动第四链条链轮机构实现举升小车沿着导向架上下运动，将钢拱架从低位举升至高位；举升小车的运行轨道为导向架的双槽钢结构，单个举升小车有四个走行轮821对称安装在双槽钢外侧，同时还有四个导向轮822安装在双槽钢结构中间空隙中防止举升小车跑偏。

搬运小车如图14所示，共有两组且对称分布在移动式支架两侧所设置的搬运小车轨道65上，搬运小车沿着搬运小车轨道移动，将拱架从举升机构转运至安装小车上；所述搬运小车包括搬运小车车架、纵送装置61、纵送轨道62、顶升机构63、第五驱动机构64以及第五链条链轮机构，所述纵送装置分为两部分，上部为拱架固定装置，通过调整螺杆旋出长度以固定拱架，下部为布设在纵送轨道上的轮组，可实现纵送装置沿着纵送轨道运动；所述顶升机构位于纵送轨道的下方，顶升机构为内外套结构，包括内套、外套以及连接内套和外套的油缸，内套上部与纵送轨道下部连接，外套下部与搬运小车车架连接，顶升机构可实现内外套相对运动以调节纵送轨道的高度；搬运小车车架位于搬运小车轨道上，第五驱动机构通过第五链条链轮机构带动搬运小车车架运动，实现整个搬运小车沿着布设在移动式支架上的搬运小车轨道运动。

安装小车5位于移动式支架上部所设置的安装小车轨道上，安装小车的结构如图15、图16和图17所示，包括安装小车车架52以及固定连接在安装小车车架上的第三驱动机构51、调整架53以及伸缩架54，第三驱动机构驱动安装小车沿安装小车轨道来回运动；调整架位于安装小车车架的上部，用于调整拱架在隧道环向的位置，保证拱架对中；调整架布设在台车中线处，调整架包括调整纵梁532、摆动顶升装置531、摆动油缸533以及拱架固定装置534；纵梁为方管结构，其侧边分布有多个法兰，其下部通过铰耳与安装小车车架连接，摆动顶升装置设有四组，安装在纵梁侧边的法兰上，通过调节摆动顶升装置在纵梁法兰上的安装位置实现不同的拱架安装间距；摆动顶升装置为内外套结构，包括内套、外套以及连接内套和外套的油缸，可实现内外套相对运动；拱架固定装置位于摆动顶升装置的顶部，与摆动顶升装置的内套连接规定，拱架固定装置如图18所示，包括两块间距与拱架外形尺寸相适应的耳板5341，以及可以调节旋出长度以固定拱架的螺杆5342；摆动油缸的两端分别连接在安装小车车架和纵梁上，摆动油缸设置有两组，分布在纵梁的前后端部，摆动油缸油缸伸缩能够带动调整架整体绕纵梁下部的铰耳转动。

伸缩架共有两组，沿隧道中线对称设置于安装小车车架的两侧，通过调节伸缩架实现不同的拱架安装间距。伸缩架包括伸缩纵梁以及伸缩顶升装置和拱架固定装置，伸缩纵梁的顶边上均匀分布有多个法兰，拱架固定装置通过法兰安装于伸缩纵梁上，通过改变拱架固定装置在伸缩纵梁不同法兰上的安装位置实现不同的拱架安装间距；伸缩顶升装置设有两组，其为内外套结构，包括内套、外套以及连接内套和外套的油缸，可实现内外套相对运动，外套与安装小车车架连接，内套与伸缩纵梁的底边连接。

施工前根据设计要求中不同拱架的安装间距调节安装小车中间的调整架和两侧的伸缩架，使安装小车驮运多榀拱架时，拱架之间的间距与设计要求一致，安装时不需要再次对拱架间距进行调整。工作时，需要调节拱架在隧道环向位置时，松开拱架固定装置的螺杆，此时拱架可沿环形自由运动，调整完毕之后旋紧拱架固定装置的螺杆，固定拱架，使拱架在驮运过程中不发生晃动。调节过程中可通过摆动油缸改变调整架的角度以完成拱架环向位置调节。待安装拱架驮运至预定位置后，中间的调整架和两侧的伸缩架通过伸缩套顶升，将待安装拱架顶升至安装位置进行拱架安装作业。

锚杆钻孔机构9如图19所示，其位于台车的最前端，安装在移动式支架上并随移动式支架同步运动，锚杆钻孔机构包括弧形轨道91、走行小车92、凿岩枪、凿岩枪支架93以及推进油缸94，其中弧形轨道与隧道断面相适应，走行小车安装于弧形轨道上并沿弧形轨道运动，凿岩枪支架通过转轴与走行小车活动连接并绕转轴旋转，凿岩枪安装于凿岩枪支架上，推进油缸位于凿岩枪支架的尾部，通过推进油缸实现凿岩枪前进；锚杆钻孔机构中走行小车、凿岩枪、凿岩枪支架以及推进油缸均设置有三组，分布在弧形轨道的顶部及两侧，所述凿岩枪支架主体形状为双槽钢反扣，凿岩枪安装在双槽钢中间的空隙中；所述走行小车包括减速机、小车架、走行轮、第六链条链轮机构，减速机通过第六链条链轮机构驱动走行轮，实现走行小车沿弧形轨道运动。本发明中所设置的三组凿岩枪，各组凿岩枪可单独运动，工作时互不干扰，凿岩枪可沿环向或随移动式支架纵向移动，实现拱架安装区域锚杆钻孔全覆盖。

附属机构10包括安装于台架上的工作平台102和爬梯。台架侧边位置所设置的工作平台的下方设置有伸缩平台101，如图20和图21所示，伸缩平台与工作平台支撑连接，并通过平台油缸103推动能够从工作平台的下方伸出。伸缩平台的主体为机架1032，机架的两侧均设置有导向柱1033，机架的后端设置有油缸连接耳板1031。所设置的隐藏式伸缩平台，平台隐藏时节省空间，方便设备通行，平台伸出时一方面增加操作面积，方便工人操作，一方面在拱架安装时伸缩平台可以将侧墙处的拱架向外推动以贴合设计断面，可满足多种工作需求。

本发明所述的全断面施工拱架分为5段，相邻分段之间用螺栓连接。施工时拱顶处三个拱架分段之间连接紧固，隧道侧墙处的两个分段与拱顶处的分段之间在安装开始时活动连接，可以相互转动，使得侧墙处的两个分段可以自然下垂，不占用隧道边墙处的施工位置。待隧道拱顶处的拱架安装完成之后再安装侧墙处的拱架，此时油缸推动伸缩平台伸出，伸缩平台的外边缘抵住侧墙处自然下垂的拱架，油缸继续伸出直至伸缩平台的外边缘将侧墙处拱架推动至预定安装位置，将侧墙处的拱架和拱顶处的拱架紧固，这一榀拱架即安装完成。

本发明所述的台阶法施工拱顶处的拱架分为3段，相邻分段之间用螺栓紧固连接，直接安装即可，拱顶处安装完成后人工辅助安装侧墙处的拱架。

本发明提出的多功能综合开挖台车包含适配的台阶法施工工艺：

(1)不影响掌子面施工车辆通行情况下，在多功能综合开挖台车尾部进行拱架预拼装，将拱架在地面进行预拼装(预留侧墙下部拱架不拼装)，如图22所示；

(2)通过台车后端的提升机构7将拼好的拱架从地面提升至竖直状态，如图23所示；

(3)拱架通过提升机构7提升一定高度后，通过人工辅助将拱架置于举升机构8上，通过举升机构8将拱架举升至最高位置，如图24所示；

(4)拱架举升至最高位置后，通过搬运小车6将拱架从举升机构8上移动到搬运小车6上，如图25所示；

(5)搬运小车6将拱架继续顶升移动高度后，搬运至安装小车5进行临时存放，如图26所示；

(6)按照上述相同步骤完成4榀拱架的预拼装，如图27所示；

(7)掌子面满足拱架安装条件后，台车整体移动至掌子面附近下台阶处，移动式支架4伸出到上台阶上，支撑好前支腿46后，通过安装小车5将拱架移动至安装位置后，进行拱架顶升、摆动等位置调整，台阶底部拱架通过人工配合进行安装，如图28、29所示；

(8)拱架完成后，通过台架前端的锚杆钻孔机构9完成锚杆孔的钻孔作业，凿岩枪支架93可通过移动式支架4前后移动，也可通过走行小车92绕弧形轨道91实现环向移动，以完成不同里程位置的隧道环向锚杆钻孔作业；

(9)掌子面钻孔工作主要依靠人工钻孔完成，如图32所示，工人站在上台阶地面和移动式支架的工作平台上完成隧道前方掌子面的钻孔工作；

本发明提出的多功能综合开挖台车包含适配的全断面法施工工艺，与台阶法施工工艺相似，不同之处在于：(1)拱架安装时移动式支架4无需前移，台车整体前行至掌子面处进行拼装作业，如图30、图31所示；(2)掌子面钻孔时移动式支架4无需前移，工人站在门架及移动式支架的工作平台上完成隧道前方掌子面的钻孔工作，如图33所示；(3)如前文所述，采用的拱架分节及安装顺序不同。

Claims (10)

1.一种隧道多功能综合开挖台车，至少包括与隧道的轮廓相适应的台架以及安装于台架上的走行机构、横移起升机构、拱架安装机构、锚杆钻孔机构和附属机构，其特征在于：

台架为双层式结构，包括位于下层的门架和位于上层的移动式支架，门架为门型支架结构，门架的内部净空确保常规车辆的通行要求；移动式支架的底部通过承载轨道与门架的顶部相连接，门架的顶部安装有第一驱动机构，第一驱动机构通过第一链条链轮机构驱动移动式支架相对门架移动，移动式支架前端的底部设置有能够伸缩和翻转的前支腿；

横移起升机构分布在台架的四角处，且安装于门架的外侧，横移起升机构包括位于下方的横移机构与位于上方的伸缩立柱，两者上下固定连接，其中横移机构的底部支撑在地面上，伸缩立柱的顶部与门架的端部连接固定；横移机构中设置有横移油缸，通过横移油缸的横向调节使台车整体处于隧道中线上；伸缩立柱的内部设置有顶升油缸，通过顶升油缸的上下伸缩调节台车整体的升降；

拱架安装机构包括提升机构、举升机构、搬运小车及安装小车，其中提升机构位于移动式支架后端，沿隧道中线对称布设有两组，提升机构用于将拱架从地面水平状态提升至竖直状态，并进一步提升至举升机构上；举升机构共两组，对称安装于门架后端上，用于将拱架从低位举升至高位，并进一步转运至搬运小车上；搬运小车共有两组，对称分布在移动式支架两侧所设置的搬运小车轨道上，搬运小车沿着搬运小车轨道移动，将拱架从举升机构转运至安装小车上；所述安装小车位于移动式支架上部所设置的安装小车轨道上，安装小车包括安装小车车架以及固定连接在安装小车车架上的第三驱动机构、调整架以及伸缩架，第三驱动机构驱动安装小车沿安装小车轨道来回运动；调整架位于安装小车车架的上部，用于调整拱架在隧道环向的位置，保证拱架对中；伸缩架共有两组，沿隧道中线对称设置于安装小车车架的两侧，通过调节伸缩架实现不同的拱架安装间距；

锚杆钻孔机构位于台车的最前端，安装在移动式支架上并随移动式支架同步运动，锚杆钻孔机构包括弧形轨道、走行小车、凿岩枪、凿岩枪支架以及推进油缸，其中弧形轨道与隧道断面相适应，走行小车安装于弧形轨道上并沿弧形轨道运动，凿岩枪支架通过转轴与走行小车活动连接并绕转轴旋转，凿岩枪安装于凿岩枪支架上，推进油缸位于凿岩枪支架的尾部，通过推进油缸实现凿岩枪前进；

附属机构包括安装于台架上的工作平台和爬梯。

2.根据权利要求1所述的隧道多功能综合开挖台车，其特征在于：所述门架包括底梁、立柱和上横梁，底梁设置有左右两根且均沿纵向设置，立柱竖直固定于底梁上，上横梁横向连接固定在左右相邻的两根立柱的顶部之间且共同形成门型结构，前后相邻的上横梁之间设置有增加门架稳定性的横撑，前后相邻的立柱之间设置有增加门架稳定性的剪刀撑；

所述移动式支架包括前支腿、四组拱形支架以及纵梁，四组拱形支架间隔设置且相互之间通过纵梁连接固定为一个整体，拱形支架的底部沿纵向设置有走行梁，走行梁位于承载轨道上并沿承载轨道移动；所述前支腿设置有左右两根，两者前支腿之间通过横撑连接固定，前支腿为伸缩套结构，其内部设置有伸缩油缸，前支腿的顶部铰接安装在移动式支架上，且前支腿与移动式支架之间设置有能够使前支腿前后翻转的翻转油缸。

3.根据权利要求2所述的隧道多功能综合开挖台车，其特征在于：所述承载轨道设置有左右两组，固定于门架中的上横梁上，承载轨道为箱式结构，其内部设置有五组拖轮，承载轨道上边沿的左右两侧均设置有翼缘板，承载轨道的上表面与拖轮相对应的位置处均设置有供拖轮的外边缘伸出的开口，移动式支架整体通过走行梁承载在拖轮上；拱形支架的底部均设置有两组反挂轮，每组反挂轮均位于承载轨道的左右两侧，且反挂轮的轮缘贴近承载轨道中翼缘板的下表面，防止移动式支架在承载轨道上移动过程中走偏；

所述第一驱动机构以及第一链条链轮机构安装于门架中的上横梁上，第一链条链轮机构设置有两组，所述第一链条链轮机构沿着纵向设置，移动式支架的底部通过连接件与链条固定连接，第一驱动机构通过减速机的两个输出轴分别与两组第一链条链轮机构中的主动链轮连接并驱动，从而带动链条的运动并进一步驱动移动式支架移动。

4.根据权利要求2所述的隧道多功能综合开挖台车，其特征在于：所述走行机构共有四组，分布在门架的四角处，并安装在底梁的下方；走行机构采用压配式轮胎走行，每组走行机构均包括两个轮胎和第二驱动机构以及第二链条链轮机构，第二驱动机构位于两个轮胎中间位置，通过第二链条链轮机构驱动轮胎旋转，带动台车整体前移或后退。

5.根据权利要求2所述的隧道多功能综合开挖台车，其特征在于：所述横移起升机构共有四组，分布于门架中两根底梁的前后两端处；横移机构包括底座、反挂板、横移油缸座以及横移油缸，底座工作时支撑在地面上，横移油缸座放置于底座的顶面上，横移油缸水平安装且其两端分别连接底座和横移油缸座，每个底座设置有两个反挂板，反挂板下部与底座通过螺栓连接，上部将横移油缸座压在底座的顶面上，确保横移油缸推动横移油缸座在底座上运动时不会跑偏；

伸缩立柱包括伸缩内套、伸缩外套、顶升油缸，伸缩内套下部与横移油缸座的顶面通过螺栓连接，保证横移油缸推动横移油缸座运动时，伸缩立柱可以随之一起运动；伸缩立柱的伸缩外套和伸缩内套的主体都为方管结构，顶升油缸安装在伸缩内套的方管内，伸缩内套安装在伸缩外套内；顶升油缸两端分别与伸缩内套和伸缩外套连接，通过顶升油缸实现伸缩外套和伸缩内套之间的相对滑动；伸缩外套外侧设置有与底梁的端头连接的法兰，实现门架跟随伸缩外套移动。

6.根据权利要求1所述的隧道多功能综合开挖台车，其特征在于：所述提升机构包括卷扬机、伸缩套、滑轮组及吊钩，滑轮组安装在伸缩套的两端上，伸缩套结构可以调节滑轮组的间距，以适应不同的工作需求；

所述举升机构包括导向架、举升小车、第四驱动机构和第四链条链轮机构，所述导向架结构为双槽钢反扣，双槽钢的中间空隙保证第四链条链轮机构的链条可以自由穿过；举升小车上下两端分别与链条连接，通过第四驱动机构带动第四链条链轮机构实现举升小车沿着导向架上下运动，将钢拱架从低位举升至高位；举升小车的运行轨道为导向架的双槽钢结构，单个举升小车有四个走行轮对称安装在双槽钢外侧，同时还有四个导向轮安装在双槽钢结构中间空隙中防止举升小车跑偏。

7.根据权利要求1所述的隧道多功能综合开挖台车，其特征在于：所述搬运小车包括搬运小车车架、纵送装置、纵送轨道、顶升机构、第五驱动机构以及第五链条链轮机构，所述纵送装置分为两部分，上部为拱架固定装置，通过调整螺杆旋出长度以固定拱架，下部为布设在纵送轨道上的轮组，可实现纵送装置沿着纵送轨道运动；所述顶升机构位于纵送轨道的下方，顶升机构为内外套结构，包括内套、外套以及连接内套和外套的油缸，内套上部与纵送轨道下部连接，外套下部与搬运小车车架连接，顶升机构可实现内外套相对运动以调节纵送轨道的高度；搬运小车车架位于搬运小车轨道上，第五驱动机构通过第五链条链轮机构带动搬运小车车架运动，实现整个搬运小车沿着布设在移动式支架上的搬运小车轨道运动。

8.根据权利要求1所述的隧道多功能综合开挖台车，其特征在于：所述安装小车中的调整架布设在台车中线处，调整架包括调整纵梁、摆动顶升装置、摆动油缸以及拱架固定装置；纵梁为方管结构，其侧边分布有多个法兰，其下部通过铰耳与安装小车车架连接，摆动顶升装置设有四组，安装在纵梁侧边的法兰上，通过调节摆动顶升装置在纵梁法兰上的安装位置实现不同的拱架安装间距；摆动顶升装置为内外套结构，包括内套、外套以及连接内套和外套的油缸，可实现内外套相对运动；拱架固定装置位于摆动顶升装置的顶部，与摆动顶升装置的内套连接规定，拱架固定装置包括两块间距与拱架外形尺寸相适应的耳板，以及可以调节旋出长度以固定拱架的螺杆；摆动油缸的两端分别连接在安装小车车架和纵梁上，摆动油缸设置有两组，分布在纵梁的前后端部，摆动油缸油缸伸缩能够带动调整架整体绕纵梁下部的铰耳转动；

所述安装小车中的伸缩架包括伸缩纵梁以及伸缩顶升装置和拱架固定装置，伸缩纵梁的顶边上均匀分布有多个法兰，拱架固定装置通过法兰安装于伸缩纵梁上，通过改变拱架固定装置在伸缩纵梁不同法兰上的安装位置实现不同的拱架安装间距；伸缩顶升装置设有两组，其为内外套结构，包括内套、外套以及连接内套和外套的油缸，可实现内外套相对运动，外套与安装小车车架连接，内套与伸缩纵梁的底边连接。

9.根据权利要求1所述的隧道多功能综合开挖台车，其特征在于：锚杆钻孔机构中走行小车、凿岩枪、凿岩枪支架以及推进油缸均设置有三组，分布在弧形轨道的顶部及两侧，所述凿岩枪支架主体形状为双槽钢反扣，凿岩枪安装在双槽钢中间的空隙中；所述走行小车包括减速机、小车架、走行轮、第六链条链轮机构，减速机通过第六链条链轮机构驱动走行轮，实现走行小车沿弧形轨道运动。

10.根据权利要求1所述的隧道多功能综合开挖台车，其特征在于：台架侧边位置所设置的工作平台的下方设置有伸缩平台，伸缩平台与工作平台支撑连接，并通过平台油缸推动能够从工作平台的下方伸出。

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