一种智能防护开挖台车的制作方法

本实用新型涉及隧道施工机械设备领域，特别是一种智能防护开挖台车。

背景技术：

隧道施工，新奥法是现阶段隧道工程建设所应用的主要施工方法，它是奥地利学者在长期从事隧道施工实践中，从岩石力学的观点出发而提出的一种合理的施工方法，是采用喷锚技术、监控量测等并与岩石力学理论构成的一个体系而形成的一种新的工程施工方法。

掌子面开挖则是影响新奥法施工安全、质量和进度成败的咽喉。特别是对于特长螺旋隧道这样施工难度大、质量要求高、工期极其紧张的奥运工程，施工进度安全稳步推进的重要性更是不言而喻。

通常情况下，特长螺旋隧道采用的是台阶法施工，是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技术，进行开挖施工，并以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身，即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式，称为初次柔性支护，系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作，而初期支护钢拱架架立则采用人工手抬肩扛的形式，损耗大量人工而效率极低。掌子面开挖后、初期支护完成前，开挖面掉块现象时有发生，特别是对于围岩破碎的Ⅳ级、Ⅴ级围岩有可能发生的小范围坍塌严重威胁着施工中人员的安全。因此，如何对不稳定体事先采取防范措施就成为隧道安全施工、进尺稳步推进的重点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种智能防护开挖台车。本实用新型的智能防护开挖台车是结合隧道施工掌子面施工条件，利用围岩智能临时支护技术，满足隧道工程建设利于施工、安全开挖、智能报警、自行转弯等效果。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种智能防护开挖台车，包括开挖台车本体和临时支护主体，所述临时支护主体包括钢模板和液压千斤顶A；所述钢模板包括弧形方钢和钢筋网片；弧形方钢设置有若干根且紧贴隧道初支线围岩面，每根所述弧形方钢左右两侧各设置一个液压千斤顶A；弧形方钢之间挂接钢筋网片，钢筋网片弯曲的弧形角度与弧形方钢一致；所述钢筋网片设置有若干张，相邻两张钢筋网片之间以搭接方式连接；液压千斤顶A的顶部与弧形方钢通过辊筒旋转连接，液压千斤顶A的底部与开挖台车本体通过辊筒旋转连接。

进一步，所述的开挖台车本体包括四根竖向承重门架、两个人行梯、两根第一承重横梁、承重支撑块、四个侧翼工作平台、一个顶面工作平台和直行轮胎和，四根门架分别设置于开挖台车本体的四个端面；第一承重横梁连接各个门架；所述承重支撑块设置在第一承重横梁底部；门架靠近围岩面一侧的立柱上各横向设置两个侧翼工作平台；侧翼工作平台与人行梯连接；直行轮胎设置在门架底部；门架的顶部设置有第二承重横梁，第二承重横梁之间设置支撑杆并形成顶面工作平台；靠近临时支护体的第二承重横梁通过液压千斤顶A与临时支护主体连接。

更进一步，所述的侧翼工作平台四周安装防护栏。

更进一步，所述的承重支撑块为两个，每个承重支撑块内配置两个液压千斤顶B。

更进一步，所述的液压千斤顶A与弧形方钢之间设置压力传感器。

更进一步，所述的压力传感器设置在液压千斤顶A与弧形方钢的连接处。

更进一步，所述的开挖台车本体上设置液晶显示屏、监控摄像头、气体检测仪和GPS定位器；所述液晶显示屏固定安装在门架的立柱上；监控摄像头设置在承重横梁的底部；气体检测仪设置在承重横梁的底部且位于监控摄像头右方；GPS定位器设置在开挖台车本体上。

更进一步，所述的临时支护主体（4）的临时支护面的围岩支护范围为断面圆心竖直方向向两边各伸展约60°。

本实用新型具有以下优点：

（1）本实用新型的临时支护主体通过液压千斤顶A与开挖台车本体连接，通过台车把力传递到地面，通过液压驱动的第一承重横梁（每个方钢内配置两个液压千斤顶B）有序伸展至地面，承重支撑块接地面积足够大并且可单独操作以适应不同平整度的地面，各个承重支撑块均安装重力平衡系统以保证受力均匀。

（2）智能开挖台车的转向功能通过可横移的承重支撑块实现，以满足螺旋隧道的施工需求。

（3）通过在隧道内的智能监控系统，将压力传感器获得的临时支护所承载的实时重力传输给智能监控系统，当临时支护所承载的重力超过该限定值（比如不稳定围岩发生小范围坍塌）便立刻启动报警系统，开挖工作人员便可根据警报及时撤离。

（4）临时支护四周设置工作平台（包含临边护栏），供维护人员及时清理掉块和临时支护主体部件检修。

（5）当施工作业完成之后，操作人员通过操作液压千斤顶A来收缩临时支护主体并将智能开挖台车移动至安全位置，方便快捷，灵活性强，省时省力。

附图说明

图1 为本实用新型的结构示意图；

图2 为本实用新型的侧面图；

图3为本实用新型智能控制系统原理图；

图中，1-开挖地面线，21-顶面工作平台，22-侧翼工作平台，3-开挖台车本体，4-临时支护主体，5-液压千斤顶A，6-弧形方钢，7-第二承重横梁，8-人行梯，9-门架，10-直行轮胎，11-第一承重横梁，12-钢筋网片，13-液晶显示屏，14-支撑杆，15-监控摄像头，16-气体检测仪，17-GPS定位器，18-智能监控系统，19-承重支撑块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，本实用新型的保护范围不局限于以下所述：

如图1~3所示，一种智能防护开挖台车，包括开挖台车本体3和临时支护主体4，所述临时支护主体4包括钢模板和液压千斤顶A5；所述钢模板包括弧形方钢6和钢筋网片12；弧形方钢6设置有若干根，且紧贴隧道初支线围岩面，每根所述弧形方钢6左右两侧各设置一个液压千斤顶A5；弧形方钢6之间挂接钢筋网片12，钢筋网片12弯曲的弧形角度与弧形方钢6一致；所述钢筋网片12设置有若干张，相邻两张钢筋网片12之间以搭接方式连接；液压千斤顶A5的顶部与弧形方钢6通过辊筒旋转连接，液压千斤顶A5的底部与开挖台车本体3通过辊筒旋转连接。

此外，临时支护主体4中的钢模板还能做进一步改进，将弧形方钢6组合成横向纵向同位相交的井字结构，增加临时支护主体的稳定性，由于液压千斤顶与弧形方钢6旋转连接，在弧形方钢6上，等距设置多个连接机构，便于根据不同围岩面结构合理调节间距，实现机械取代人工架立隧道初期支护钢拱架的需求。

优选的，所述的开挖台车本体3包括四根竖向承重门架9、两个人行梯8、两根第一承重横梁11、承重支撑块19、四个侧翼工作平台22、一个顶面工作平台和直行轮胎10和，四根门架9分别设置于开挖台车本体3的四个端面；第一承重横梁11连接各个门架9；所述承重支撑块19设置在第一承重横梁11底部；门架9靠近围岩面一侧的立柱上各横向设置两个侧翼工作平台22；侧翼工作平台22与人行梯8连接；直行轮胎10设置在门架9底部；门架9的顶部设置有第二承重横梁7，第二承重横梁7之间设置支撑杆14并形成顶面工作平台21；靠近临时支护体4的第二承重横梁7通过液压千斤顶A5与临时支护主体4连接。

作为优选，所述的侧翼工作平台22四周安装防护栏。

临时支护主体4四周设置工作平台（包含临边护栏），供维护人员及时清理掉块和临时支护主体部件检修。同时，侧翼工作平台22还能够用来为施工人员在进行钢拱架架设时作为支撑平台提供支撑，省时省力。

作为优选，所述的承重支撑块19为两个，每个承重支撑块19内配置两个液压千斤顶B，以保证智能防护开挖台车有足够大的受力面积，同时在不同坡度的地面上都能受力均匀，也实现了台车自动转向的功能。

作为优选，所述的液压千斤顶A5与弧形方钢6之间设置压力传感器。

作为优选的方案，所述的压力传感器设置在液压千斤顶A5与弧形方钢6的连接处，能够使得压力传感器更为及时、灵敏检测到临时支护主体的形变，在遇到危险时，尽早启动报警装置，为工作人员尽快撤离逃生赢得关键的逃生时间。

作为优选的方案，所述的开挖台车本体3上设置液晶显示屏13、监控摄像头15、气体检测仪16和GPS定位器17；所述液晶显示屏13固定安装在门架9的立柱上；监控摄像头15设置在承重横梁7的底部；气体检测仪16设置在承重横梁7的底部且位于监控摄像头15右方；GPS定位器17设置在开挖台车本体3上。

另外，还可将液晶显示屏13固定安装在纵向两门架9之间，液晶显示屏13外配置有防护箱，防护箱内安装GPS定位器17，箱体的安装能够在施工过程中有效保护液晶显示屏13和GPS定位器17，使其免受隧道内灰尘和因围岩面爆破跌落的碎石的撞击而造成设备的损毁；气体检测仪16还可以设置在第二承重横梁7与门架9连接处，将监控摄像头15设置在两根第二承重横梁7的外侧，可以更好的防止现场施工过程中，因大型材料搬运对上述设备的碰撞而造成损坏。

本实用新型在弧形方钢6与液压千斤顶A5之间安装有压力传感器，在智能开挖台车配备气体检测仪16、监控摄像头15和GPS定位器16，这些设备的输出端均与智能监控系统18的输入端连接，而经过智能监控系统18处理之后的数据，分别连接液晶显示器13、智能报警装置和远程监控大厅的输入端。其上，各部件之间与智能监控系统18均电接。

作为优选，临时支护主体（4）的临时支护面的围岩支护范围为断面圆心竖直方向向两边各伸展约60°。根据隧道断面围岩支撑情况，120°范围拱顶掉块或坍塌的概率和对工人的伤害隐患最大，我们将临时支护主体4的最大范围设置在这个区间，能够更好的保护工人人生安全，最大限度降低安全隐患。

本实用新型的工作过程如下：开挖台车的驱动及各个液压千斤顶的控制均集中于特制的简易操作手柄，通过液压驱动的承重支撑块19（左右第一承重横梁各两块，每个方钢内配置2个液压千斤顶B）有序伸展至地面，四个承重支撑块接地面积足够大并且可单独操作以适应不同平整度的地面，各个承重支撑块均安装重力平衡系统以保证受力均匀。智能开挖台车的转向功能通过这4个可横移的承重支撑块19来实现，以满足螺旋隧道的施工需求。间距为1.2米（可根据不同隧道的围岩情况酌情加密）均匀分布的弧形方钢6，各相邻方钢之间的纵向连接弧形钢筋网片12，传递重力的第二承重横梁7和连接横梁与台车的左右各5个30吨级液压千斤顶A5组成临时支护主体4，施工人员使用操作手柄使临时支护与弧形围岩面紧密接触，10个液压千斤顶可承载10×30=300吨的压力（设计所承载压力可根据各隧道不同需求定制），临时支护主体通过液压千斤顶与开挖台车本体连接，所有液压千斤顶承重作用线的反向延长线均指向120°弧形方钢的圆心（钢拱架断面圆心）。

通过压力传感器获得的临时支护所承载的实时重力将直接传送给临时支护承载力智能监控系统18，智能监控系统18设置承载力报警数值，当临时支护所承载的重力超过该限定值（比如不稳定围岩发生小范围坍塌），智能监控系统18将数据输入报警装置的输入端，便立刻启动报警系统，开挖工作人员便可根据警报及时撤离；将气体检测仪16检测到的空气中各类气体含量百分比及温度通过输出端传入智能监控系统18，液晶显示屏13的输入端接受智能监控系统18处理之后的信号，则在液晶显示屏13上显示压力传感器获得的各个液压千斤顶的实时承载力数值和设定的报警数值和空气中各类气体含量百分比及温度；通过监控摄像头15、GPS定位器16输出的信息经过智能监控系统18处理之后输出至远程监控大厅，以实现远程实时监控施工现场的目的。

爆破钻眼作业完成后，施工人员通过操作手柄使临时支护收缩并使开挖台车移动至安全位置。

需要说明的是，本实用新型所选承重支撑块以及结合门架临时支护的材料优选为方钢，如弧形方钢，承重支撑方钢等等，但不仅仅限于方钢，也可以根据施工的具体情况，选择其他型材。同时，本实用新型具有一定的通用性，除了能对特长螺旋隧的施工提供智能防护开挖，在保证安全的前提下，连续爆破两次再支护一次的掌子面开挖循环模式，有效加快施工进度之外，也适用于其他隧道施工。本实用新型的临时防护主体能根据不同隧道拱顶初支线的围岩面进行防护。本实用新型中描述的开挖台车本体仅仅是其中一种实施方式，现有的隧道开挖台车均适用于本实用新型。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。