一种隧道施工用多功能台车及施工方法与流程

1.本发明属于隧道施工设备技术领域，具体涉及一种隧道施工用多功能台车及施工方法。


背景技术：

2.在新奥法隧道施工过程中，通常的工序步骤为立拱架-安装锁脚锚杆/超前锚杆-喷浆为三个连续施工的工序。但现有的隧道施工设备中，都只能完成其中一个或两个工序，没有设备能够同时满足完成三个工序的需求，因此在现在的隧道施工中，常常需要工程台车频繁的进出保证三个工序的进行，从而造成设备在施工中途退场进而浪费施工时间。
3.且在现有拱喷台车上，虽然能够完成立拱架和喷浆工序，但其中的安装锁脚锚杆/超前锚杆还是需要人工来凿岩钻孔，不但施工时间长，且通过人工凿岩钻孔的方式对施工人员的人身安全也有较大威胁。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述问题，提供了一种隧道施工用多功能台车及施工方法，该台车上集成了凿岩装置、破碎装置、抓手装置和喷浆装置，可以满足隧道施工中的多种工序需求，仅需一台工程台车即可完成，避免了工程台车频繁进出而耽误工程时间。
5.本发明所采用的技术方案是：
6.一种隧道施工用多功能台车，包括台车本体，所述台车本体上设置有数个伸缩机械臂，所述机械臂可俯仰，数个所述机械臂可相对台车本体滑动，所述台车本体上设置有凿岩装置、破碎装置、抓手装置和喷浆装置，所述凿岩装置、破碎装置、抓手装置和喷浆装置分别或组合设置在数个机械臂上。
7.优选的，所述机械臂包括主机械臂、第一辅助机械臂和第二辅助机械臂，所述喷浆装置设置在主机械臂上，所述喷浆装置可相对所述主机械臂在水平面内回转，所述主机械臂的端部设置所述抓手装置，所述抓手装置可俯仰，所述抓手装置可在竖直面内转动。
8.优选的，所述凿岩装置设置在第一辅助机械臂上，所述凿岩装置可相对所述第一辅助机械臂在竖直面内以及水平面内转动，所述凿岩装置可俯仰；所述第一辅助机械臂的端部设置所述抓手装置和所述破碎装置，所述抓手装置和所述破碎装置可俯仰、可相对所述第一辅助机械臂在水平面内转动。
9.优选的，所述破碎装置设置在所述抓手装置上，所述第一辅助机械臂的端部设置工作台，所述工作台可相对第一辅助机械臂在水平面内转动。
10.优选的，所述第二辅助机械臂与第一辅助机械臂的结构相同。
11.优选的，所述第一辅助机械臂和所述第二辅助机械臂铰接在滑移小车上，所述第一辅助机械臂和所述第二辅助机械臂相对所述滑移小车在水平面内转动。
12.优选的，所述台车本体的前后两端分别设置前驾驶室和后驾驶室，所述台车本体上设置有焊机。
13.一种隧道施工用多功能台车的施工方法，包括以下步骤：
14.1)将隧道内待施工用拱架运输到隧道内备用，并通过所述隧道施工用多功能台车上的前驾驶室将所述隧道施工用多功能台车驶入到隧道内待施工掌子面处；
15.2)通过所述隧道施工用多功能台车上的三个机械臂的抓手装置，分别抓取三段拱架，三个抓手装置将三段拱架举至空中，施工人员站立在所述隧道施工用多功能台车的工作台上将三段拱架进行拼接，使得三段拱架首尾相接形成弧形拱架整体；
16.3)其中一个抓手装置继续抓持拱架整体，并将拱架整体带至隧道的掌子面处，靠近上一榀拱架整体，并与上一榀拱架整体拼接，凿岩装置根据拱架位置对隧道掌子面进行凿岩钻孔，待凿岩钻孔完毕后，施工人员向孔内打入锚杆，从而固定拱架整体；
17.4)拱架整体保持固定后，喷浆装置对已固定好的拱架整体进行喷浆；
18.5)通过所述隧道施工用多功能台车上的后驾驶室将所述隧道施工用多功能台车驶出隧道。
19.优选的，在施工前，对隧道的待施工掌子面进行勘测，对凸出的岩面进行评估后，通过机械臂上的破碎装置进行破碎，破碎完成后再重新评估施工掌子面平整度，直至隧道掌子面平整度达到施工要求。
20.优选的，步骤4)中，具有喷浆装置的机械臂持续喷浆作业，其余两个机械臂上的抓手装置撤回抓取下一组待施工拱架，并将抓取的两个拱架举至空中进行拼接；喷浆完成后的机械臂撤回抓取第三段拱架，并举至空中使得三段拱架首尾相接形成新的拱架整体，重复步骤3)、4)。
21.本发明的有益之处在于：
22.1)通过在一台工程台上上设置凿岩装置、破碎装置、抓手装置和喷浆装置，可以同时满足隧道施工中的多种工序需求，节省了工程台车进出隧道所占用的时间，缩短了施工进程；在工程台车上组合了凿岩装置，能够通过机械臂的操作完成凿岩钻孔，避免了人为钻孔所带来的安全风险，保障了施工人员的人身安全；
23.2)通过本发明的多功能台车，可以实现在一个机械臂进行施工的同时，解放其余机械臂的工作状态，使得其余机械臂可以进行下一步抓取拱架的施工操作，在不影响施工人员安全的前提下，可以同时完成两步施工操作，加快了隧道内的施工进程，改变了传统的一个施工流程结束后再进行下一个施工流程的施工方式，提高了隧道施工整体的施工效率。
附图说明
24.图1为本发明的结构示意图；
25.图2为主机械臂的局部放大图；
26.图3为第一辅助机械臂的局部放大图。
27.图中：1-台车本体；2-主机械臂；3-第一辅助机械臂；4-第二辅助机械臂；5-喷浆装置；6-凿岩装置；7-抓手装置；8-滑移小车；9-破碎装置；10-工作台。
具体实施方式
28.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。
29.如图1-3所示，一种隧道施工用多功能台车，包括台车本体1，台车本体1的前后两端分别设置前驾驶室和后驾驶室，驾驶员通过前驾驶室和后驾驶室可以使得台车本体1驶入或驶出隧道，无需掉头，所述台车本体1上设置有焊机，焊机用于隧道内安装拱架时的焊接。
30.所述台车本体1上设置有数个伸缩机械臂，伸缩机械臂可以伸长或缩短，从而延长机械臂的工作范围，所述机械臂可俯仰，从而抓取拱架，数个所述机械臂可相对台车本体1滑动，机械臂可沿台车本体的长度方向前后滑动，从而增加机械臂的工作行程，在机械臂工作完成后，也便于机械臂缩回收纳。
31.所述台车本体1上设置有凿岩装置6、破碎装置、抓手装置和喷浆装置5，所述凿岩装置6、破碎装置9、抓手装置7和喷浆装置5分别或组合设置在数个机械臂上。凿岩装置6、破碎装置、抓手装置和喷浆装置5可分别设置在不同的机械臂上，也可以两两组合后设置在不同的机械臂上，从而保证隧道内的施工。
32.本发明中，所使用的机械臂优选为三个，包括主机械臂2、第一辅助机械臂3和第二辅助机械臂4，所述喷浆装置5设置在主机械臂2上，所述喷浆装置5相对主机械臂2在水平面内回转，当使用喷浆装置5时，将喷浆装置5的喷浆口转至隧道面侧即可，不使用时，将喷浆装置5的喷浆口转至后侧接；在主机械臂2的端部设置抓手装置7，抓手装置7为机械手，用于抓取隧道施工时所使用的拱架，所述抓手装置7可俯仰，所述抓手装置7可在竖直面内转动，也即抓手装置7可以在左右、上下方向上转动，从而保证抓取动作的工作范围。
33.第一辅助机械臂3与第二辅助机械臂4的结构设置相同，且对称布置，此处仅以第一辅助机械臂3为例进行说明，所述凿岩装置6设置在第一辅助机械臂3上，凿岩装置6包括钻杆和推进梁，可以在拱架安装完成后，在隧道的掌子面上钻孔，从而打入锚杆，凿岩装置6为现有技术不再赘述，所述凿岩装置6相对第一辅助机械臂3在水平面内转动，凿岩装置6在使用时可以使得钻杆上的钻头转动至隧道掌子面侧，不使用时转至后方，从而不影响其他装置的使用，所述凿岩装置6可俯仰，保证工作范围，使得凿岩装置6更加灵活；所述第一辅助机械臂3的端部设置抓手装置7和破碎装置9，第一辅助机械臂3上的抓手装置7与主机械臂2的抓手装置7相同设置，用于抓取拱架，破碎装置9为破碎锤，用于破碎隧道掌子面上的较大岩面，从而保证隧道掌子面的平整，所述抓手装置7和破碎装置9可俯仰、可在竖直面内以及水平面内转动。
34.所述破碎装置9设置在抓手装置7上，抓手装置7上的机械爪包裹在破碎装置9外侧，不影响破碎装置9的使用，破碎装置9也不会影响机械爪的抓取，所述第一辅助机械臂3的端部设置工作台10，工作台10可使得操作人员站在工作台10上进行焊接等操作，不需要额外搭设工作平台，所述工作台10相对第一辅助机械臂3在水平面内转动，在使用凿岩装置6时，可将工作台10转动至一侧，不影响凿岩装置6的使用。破碎装置9以及抓手装置7也可以直接设置在工作台10上。
35.所述第一辅助机械臂3和第二辅助机械臂4铰接在滑移小车8上，通过滑移小车8带动第一辅助机械臂3和第二辅助机械臂4相对台车本体1前后运动，主机械臂2可单独沿着轨道相对台车本体1前后运动，从而保证台车本体1上机械臂的灵活施工，所述第一辅助机械
臂3和第二辅助机械臂4相对滑移小车8在水平面内转动。
36.基于以上多功能台车，提供了一种隧道施工用多功能台车的施工方法，具体包括以下步骤：
37.1)本发明的多功能台车具备立拱架-破碎岩面-凿岩钻孔-喷浆的功能，在使用时，将隧道内待施工用的多段拱架运输到隧道内备用，并通过隧道施工用多功能台车上的前驾驶室将台车直接驶入到隧道内待施工掌子面处；
38.2)通过隧道施工用多功能台车上的三个机械臂的抓手装置，分别抓取三段拱架，也即通过主机械臂2、第一辅助机械臂3和第二辅助机械臂4上抓手装置7将三段拱架举至空中，施工人员站立在多功能台车的工作台10上将三段拱架进行拼接，拼接的方式为焊接或螺栓连接，使得三段拱架首尾相接形成弧形拱架整体，拱架整体的形状与隧道的拱面相贴合；
39.3)其中一个抓手装置继续抓持拱架整体，并将拱架整体带至隧道的掌子面处，将拱架整体与上一榀拱架整体靠近，靠近的距离根据设计距离确定，并与上一榀拱架整体拼接在一起，凿岩装置6根据设计点位对隧道掌子面进行凿岩钻孔，可以理解的是，凿岩装置6所在的机械臂与继续抓持拱架整体的机械臂为不同的机械臂，待凿岩钻孔完毕后，施工人员站立在工作台10上，或其他位置向孔内打入锚杆，从而固定拱架整体；
40.4)拱架整体保持固定后，抓取拱架整体的机械臂撤回，喷浆装置5对已固定好的拱架整体进行喷浆。
41.在一些实施例中在喷浆装置5对已固定好的拱架整体进行喷浆的同时，其余的两个机械臂上的抓手装置可以撤回抓取下一组待施工拱架，并将抓取的两段拱架举至空中进行拼接；喷浆完成后的机械臂撤回抓取第三段拱架，并举至空中，使得第三段拱架与之前的两段拱架拼接在一起，三段拱架首尾相接形成新的拱架整体，并重复步骤3)、4)直到施工完成；如此可将拱架连接与喷浆的施工步骤同时进行，从而提高施工效率，在等待喷浆养护的过程中，对拱架进行拼接施工，不耽误施工时间。
42.在一些实施例中,在喷浆施工步骤完成后，可以用凿岩装置6对掌子面进行钻孔，钻孔完成后，施工人员可以利用台车的工作平台进行炸药安装、爆破，然后进行下一轮的拱架安装、喷浆施工。
43.5)待施工完成后，通过隧道施工用多功能台车上的后驾驶室将台车直接驶出隧道。
44.进一步的技术方案是，在施工前，对隧道的待施工掌子面进行勘测，对凸出的岩面进行评估后，通过机械臂上的破碎装置进行破碎，破碎完成后再重新评估施工掌子面平整度，直至隧道掌子面平整度达到施工要求。可以先使用第一辅助机械臂3和第二辅助机械臂4上的破碎装置9对隧道上较大的、不平整的岩面进行破碎处理，从而保证拱架安装时的平整。
45.上述实施方式是优选的实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。