一种隧道可变断面开挖台车的制作方法

本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道可变断面开挖台车。

背景技术：

随着我国铁路及高速公路建设事业的飞速发展，国家高速公路网的进一步完善，越来越多的高速公路工程将在西南山岭地区兴建，而要穿越大山，隧道工程将越来越普及，西南地区地质围岩完整性普遍较差，且变化较大，往往一条隧道会涉及到ⅱ、ⅲ和ⅴ等好几种类型的围岩。每种围岩均需要采取不同的开挖方式，如ⅴ级围岩一般采取预留核心土环形开挖法、ⅱ级围岩一般采取两步台阶法、ⅲ级围岩一般采取全断面开挖法，每种开挖方法均需一种相匹配的台车支，对于围岩等级变化大的隧道洞口，往往一个洞口需同时配备3台以上开挖台车。在台车制造上需花费高昂的成本，对整体工程成本造成增加浪费。

在软弱围岩道施工过程中，开挖后需要及时支护，钢拱架安装则是支护中的个重要的步骤，目前国内施工中主要采用人工或者借助辅助设备安装钢拱架，劳动强度大，工作效率低，并且因为钢拱架重量大，全靠人工易发生事故。目前，全机械化的钢拱架安装台车已存在，但是全国各地的隧道特别是地质情况较差的软弱隧道围岩状况、岩层含水量等具体情况各不相同，部分隧道不适宜钢拱架安装台车施工，全机械化的钢拱架安装台车成本极高且不具备施工时各道工序的通用性，因此隧道施工时既具备通用性又能降低作业人员劳动强度、提高工作效率、降低安全风险，是技术人员研究的重点。

技术实现要素：

本发明提供一种隧道可变断面开挖台车，旨在解决上述存在的问题。

本发明是这样实现的，一种隧道可变断面开挖台车，包括台车主体，所述台车主体底部设置有行走轮，台车主体顶部设置有活动架体，所述活动架体与台车主体滑动连接；所述台车主体两侧分别对称设置有多个第一开挖平台，多个所述第一开挖平台上下正对设置；所述活动架体包括滑动架和固定在滑动架上的顶架，所述滑动架两侧设置有可伸缩的第二开挖平台，所述顶架上设置有拱架起吊装置和拱架顶升平台，所述拱架起吊装置固定在所述顶架上，拱架顶升平台与所述顶架滑动连接。

进一步的，所述第一开挖平台数量为三个，所述第一开挖平台包括平台支架和伸缩台面，所述伸缩台面与平台支架滑动连接，第一开挖平台通过平台支架固定在台车主体上。

进一步的，所述平台支架包括倾斜部和水平部，所述水平部与伸缩台面滑动连接；所述水平部的一端固定在台车主体上，倾斜部的下端固定在台车主体上，倾斜部的上端固定在水平部的底部。

进一步的，所述台车主体两侧分别设置有主架轨道，所述主架轨道位于第一开挖平台上侧，所述活动架体底部两侧分别设置有卡轮组件，所述卡轮组件卡装在主架轨道内并与主架轨道滑动配合。

进一步的，所述主架轨道为“工”字型轨道，所述台车主体两侧安装有轨道支架，所述主架轨道固定在轨道支架上。

进一步的，所述卡轮组件包括卡轮支架和固定在卡轮支架底部的两个滚轮，两个滚轮相对设置，两个滚轮卡装在主架轨道的两侧；所述卡轮支架顶部设置有连接杆，卡轮组件通过连接杆固定在活动架体底部。

进一步的，所述活动架体底部设置有驱动电机，所述驱动电机的电机轴上安装有齿轮，所述台车主体顶部安装有齿条，所述活动架体与台车主体通过齿轮齿条传动配合。

进一步的，所述拱架顶升平台包括底座和拱架放置台，所述底座和拱架放置台之间设置有折叠架，所述折叠架一端固定在底座上，折叠架另一端固定在拱架放置台底部；所述底座上安装有伸缩气缸，所述伸缩气缸的端部与折叠架固定连接。

进一步的，所述底座底部设置有滑动轮，所述顶架上安装有顶架轨道，所述拱架顶升平台和顶架通过滑动轮和顶架轨道滑动配合；所述顶架上还安装有驱动油缸，所述驱动油缸一端固定在顶架上，驱动油缸另一端与底座固定连接。

进一步的，所述拱架起吊装置为悬臂起吊机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明公开的隧道可变断面开挖台车，通过采用台车主体和活动架体的上下层滑动结构，上层的活动架体可以纵向伸缩，实用性强，能够实现全断面和两台阶开挖施工工法的迅速变换；下层的台车主体上设置有齿条，上层的活动架体上设置驱动电机，驱动电机上安装有齿轮，活动架体通过齿轮齿条驱动，进行纵向伸缩移动，相比较其他驱动方式更平稳、耐用；活动架体顶部安装有拱架起吊装置和拱架顶升平台，能够将钢拱架吊装至拱架顶升平台上，可实现钢拱架快速对位对中，完成钢拱架的安装，操作简便，人工投入少，节约生产成本，安全可靠，可拆卸重复使用，降低施工成本，现场施工操作简单，采用悬臂起吊机和拱架顶升平台，自动化程度高，降低作业人员劳动强度、提高工作效率，降低安全风险。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明正视图；

图3为活动架体结构示意图；

图4为台车主体结构示意图；

图5为图1中b处放大图；

图6为图2中a处放大图；

图7为拱架顶升平台结构示意图；

图8为拱架顶升平台侧视图；

图中：1-台车主体、2-活动架体；

11-行走轮、12-第一开挖平台、121-平台支架、122-伸缩台面、13-水平承接杆、14-竖向承接杆、15-第一斜撑杆、16-第二斜撑杆、17-弹性杆体、18-主架轨道、19-轨道支架；

21-滑动架、211-第二开挖平台、22-顶架、221-顶架轨道、222-驱动油缸、23-拱架起吊装置、24-拱架顶升平台、241-底座、242-拱架放置台、243-折叠架、244-伸缩气缸、245-滑动轮、25-卡轮组件、251-卡轮支架、252-滚轮、26-连接杆、27-驱动电机、271-齿轮、272-齿条。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种隧道可变断面开挖台车，包括台车主体1，台车主体1底部设置有行走轮11，台车主体1顶部设置有活动架体2，活动架体2与台车主体1滑动连接；台车主体1两侧分别对称设置有多个第一开挖平台12，多个第一开挖平台12上下正对设置；活动架体2包括滑动架21和固定在滑动架21上的顶架22，滑动架21两侧设置有可伸缩的第二开挖平台211，顶架22上设置有拱架起吊装置23和拱架顶升平台24，拱架起吊装置23固定在顶架22上，拱架顶升平台24与顶架22滑动连接。

台车主体1通过水平承接杆13，及用于支撑的竖向承接杆14拼接而成，这里，位于台车主体1顶部的水平承接杆13拼接形成矩形，水平承接杆13及竖向承接杆14可以选用双拼工字钢，且沿台车主体1侧壁长度方向上，水平承接杆13与竖向承接杆14之间设有若干第一斜撑杆15，而相邻竖向承接杆14之间设有第二斜撑杆16；这样，通过第一斜撑杆15及第二斜撑杆16的设置，使得台车主体1整体的结构得到了有效地加强，使得台车主体1整体载荷得到了有效地提升，有效地避免了施工过程中，负载不足，导致坍塌的现象出现。

作为优选的实施方式，台车主体1底部，用于连接两侧竖向承接杆14的水平承接杆13，可以选用弹性杆体17，作为防挤压变形的连接件，弹性杆体17的两端通过铰链分别于两侧的竖向承接杆14连接，避免在施工过程中，台车主体1受到压力后，直接损坏，通过弹性杆体17的缓冲，降低台车的维护成本。

其中，台车主体1底部的行走轮11采用实心橡胶轮胎，耐磨性比较好，且不容易损坏。

通过设置台车主体1上的第一开挖平台12，以及在活动架体2上的第二开挖平台211，当第二开挖平台211处于第一开挖平台12正上方时，可在隧道施工过程中，实现全断面施工开挖；当活动架体2移动到台车主体1外沿，即第二开挖平台211与第一开挖平台12形成台阶状，可在隧道施工过程中，实现两步台阶施工开挖。活动架体2可以在台车主体1上纵向伸缩，实用性强，能够实现全断面和两台阶开挖施工工法的迅速变换；

隧道施工在开挖完成后需要及时支护，而支护中的重要步骤就是钢拱架的安装，设置在台车顶部的拱架起吊装置23将钢拱架提升至台车上方，并将钢拱架放置于拱架顶升平台24上，拱架顶升平台24将钢拱架水平移动至合适位置，同时拱架顶升平台24向上升起，将钢拱架支撑到合适的高度，完成钢拱架的安装。

本实施方式中，第一开挖平台12数量为三个，第一开挖平台12包括平台支架121和伸缩台面122，伸缩台面122与平台支架121滑动连接，第一开挖平台12通过平台支架121固定在台车主体1上；平台支架121包括倾斜部和水平部，水平部与伸缩台面122滑动连接；水平部的一端固定在台车主体1上，倾斜部的下端固定在台车主体1上，倾斜部的上端固定在水平部的底部。

本发明公开的第一开挖平台12和第二开挖平台211，均采用可伸缩的结构，通过滑动设置的工作台面，使得当隧道宽度较宽，通过可伸缩的工作台面，使得开挖平台的宽度变宽，从而能够适用于不同的隧道宽度，避免了在进行施工过程中，由于宽度不够，需要临时架设开挖平台的情况出现，有效地提高了劳动效率；同时开挖平台可以收缩，能够使开挖台车在前后移动时与隧道保持较大的距离，方便开挖台车的移动。

本实施方式中，台车主体1两侧分别设置有主架轨道18，主架轨道18位于第一开挖平台12上侧，活动架体2底部两侧分别设置有卡轮组件25，卡轮组件25卡装在主架轨道18内并与主架轨道18滑动配合；主架轨道18为“工”字型轨道，台车主体1两侧安装有轨道支架19，主架轨道18固定在轨道支架19上；卡轮组件25包括卡轮支架251和固定在卡轮支架251底部的两个滚轮252，两个滚轮252相对设置，两个滚轮252卡装在主架轨道18的两侧；卡轮支架251顶部设置有连接杆26，卡轮组件25通过连接杆26固定在活动架体2底部。

具体地，本发明公开的开挖台车，为能够实现全断面和两台阶开挖施工工法的迅速变换，活动架体2与台车主体1为滑动配合，即活动架体2能够在台车主体1上进行水平移动，台车主体1的两侧设置有主架轨道18，而活动架体2的两侧设置有卡轮组件25，为避免活动架体2在水平移动过程中发生倾覆，卡轮组件25中的滚轮252卡装在主架轨道18内，限制滚轮252在上下方向，以及左右方向的位移，使得卡轮组件25中滚轮252仅能在前后方向上移动；

其中，为进一步避免活动架体2在水平移动过程中发生倾覆，卡轮组件25并不直接安装在活动架体2顶部，且台车主体1上的主架轨道18也并未设置在台车主体1顶部，将主架轨道18设置在第一开挖平台12的略微上侧，卡轮组件25通过连接杆26固定在活动架体2底部，使得连接有卡轮组价的活动架体2包覆在台车主体1顶部，避免活动架体2在移动过程中侧翻，减小安全隐患。

活动架体2底部设置有驱动电机27，驱动电机27的电机轴上安装有齿轮271，台车主体1顶部安装有齿条272，活动架体2与台车主体1通过齿轮271齿条272传动配合，通过电机驱动齿轮271齿条272传动，使得活动架体2能够在台车主体1上前后移动，自动化程度高，降低作业人员劳动强度、提高工作效率，降低安全风险；同时，可通过设置安装在台车主体1顶部的齿条272长度，来对活动架体2的位移行程进行限制，避免出现安全隐患；且活动架体2通过齿轮271齿条272驱动伸缩移动，相比较其他驱动方式更平稳、耐用。

拱架顶升平台24包括底座241和拱架放置台242，底座241和拱架放置台242之间设置有折叠架243，折叠架243一端固定在底座241上，折叠架243另一端固定在拱架放置台242底部；底座241上安装有伸缩气缸244，伸缩气缸244的端部与折叠架243固定连接；底座241底部设置有滑动轮245，顶架22上安装有顶架轨道221，拱架顶升平台24和顶架22通过滑动轮245和顶架轨道221滑动配合；顶架22上还安装有驱动油缸222，驱动油缸222一端固定在顶架22上，驱动油缸222另一端与底座241固定连接；拱架起吊装置23为悬臂起吊机。

在台车顶部配置有旋臂单梁起重机，用于起吊型钢，即采用悬臂起吊机起吊型钢拱架；在台车顶部配置有型钢顶升平台，顶架22上设置有顶架轨道221，悬臂单梁起重机将型钢提升至型钢顶升平台，型钢顶升平台通过轮子在轨道上电机驱动纵向移动至合适位置，型钢顶升平台支撑到合适的高度，在型钢顶升平台下部，设置有平移油缸，可以水平调节型钢拱架的位置，完成型钢拱架的安装，采用可纵向移动型钢顶升平台，可以快速完成型钢拱架安装；型钢顶升平台设置平移机构，可以实现钢拱架快速对位、对中。

本发明公开的隧道可变断面开挖台车，通过采用台车主体1和活动架体2的上下层滑动结构，上层的活动架体2可以纵向伸缩，实用性强，能够实现全断面和两台阶开挖施工工法的迅速变换；下层的台车主体1上设置有齿条272，上层的活动架体2上设置驱动电机27，驱动电机27上安装有齿轮271，活动架体2通过齿轮271齿条272驱动，进行纵向伸缩移动，相比较其他驱动方式更平稳、耐用；活动架体2顶部安装有拱架起吊装置23和拱架顶升平台24，能够将钢拱架吊装至拱架顶升平台24上，可实现钢拱架快速对位对中，完成钢拱架的安装，操作简便，人工投入少，节约生产成本，安全可靠，可拆卸重复使用，降低施工成本，现场施工操作简单，采用悬臂起吊机和拱架顶升平台24，自动化程度高，降低作业人员劳动强度、提高工作效率，降低安全风险。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。