一种具有四杆机构的应急塌方救援装备及方法

1.本发明涉及救援装备技术领域，特别涉及一种具有四杆机构的应急塌方救援装备及方法。


背景技术：

2.隧道属于地下工程，地下工程的典型特点是地质条件存在不确定性。在施工过程中岩石既是施工中开挖对象，同时又是支护对象，岩石在开挖后，原有的岩体结构和受力平衡被破坏，岩体在自重的作用下，应力重新分布，构成新的受力平衡体系，极易发生塌方事故，为了不影响施工进度，需要对隧道塌方事故及时处理。
3.公开号为cn111365044a的一件中国发明专利，公开了一种利用接顶式盾板支架处理隧道塌方的方法，具体是利用单体液压支架，顶升起一种能与塌腔表面接触的盾板，在盾板的保护下，安装拱架并回填塌腔，以实现安全快速有效处理塌方作业的技术效果。但是仍存在以下问题：(1)该救援装备只有在盾板接顶后才能达到稳定，在盾板顶升的过程中，由于塌方落石的存在，盾板会受到不同方向的冲击，救援装备存在侧翻风险；(2)该救援设备还需要在其他设备的帮助下才能够移动到塌腔下方，救援速度慢，使用不便利，同时也存在安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种具有四杆机构的应急塌方救援装备及方法，以解决现有技术中采用单体液压支架顶升盾板的救援装备存在侧翻风险以及不能自主移动到塌腔下方的问题。为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来解决：
5.第一方面，本发明提供了一种具有四杆机构的应急塌方救援装备，包括：
6.移动平台，其四角设有用于抬起所述移动平台的抬底支腿；
7.至少两块盾板，各所述盾板与所述移动平台之间设有至少两组顶升支撑组件，各所述顶升支撑组件包括至少两根液压支柱；
8.四杆机构，设于各所述盾板与所述移动平台之间，其连架杆均铰接在所述移动平台上，其连杆一端铰接在所述盾板上，所述四杆机构随所述液压支柱的升降而伸缩。
9.作为进一步的技术方案，各所述顶升支撑组件的液压支柱并排设置，且所述液压支柱之间具有容纳所述四杆机构回缩时的间隙。
10.作为进一步的技术方案，所述液压支柱一端与所述移动平台铰接，另一端与所述盾板铰接。
11.作为进一步的技术方案，所述移动平台包括履带车以及底座。
12.作为进一步的技术方案，各所述盾板组成支撑平台，在所述支撑平台四周悬挂防护铁链形成防护网，所述防护铁链的末端与所述移动平台连接。
13.第二方面，本发明提供了一种处理隧道塌方的方法，采用如第一方面的救援装备，包括以下步骤：
14.救援装备移动至塌腔下方，盾板顶升直至盾板下沿高于塌腔的轮廓线，在盾板下方架设初支拱架，初支拱架向隧道未垮塌一侧延伸设定距离，并与隧道内壁原有支护结构连接固定；
15.盾板回缩，解除与顶升组件的连接，在塌腔高度和塌方轮廓允许的条件下，收回盾板，重新装回救援装备，若条件不允许，则将盾板留在搭设好的初支拱架上方；
16.在初支拱架下铺设锚网，向初支拱架喷射混凝土，混凝土凝固后向塌腔内泵送填充材料，直至塌腔充满填充材料。
17.作为进一步的技术方案，根据塌腔轮廓线的高低位置和塌腔的空间大小，可将各盾板分别顶升到不同的高度。
18.作为进一步的技术方案，平整塌腔下方的塌方体形成一个前端带有坡度的平台，将救援装备移至平台上。
19.作为进一步的技术方案，在初支拱架的合适位置插入排气管，排气管伸到塌腔的顶部。
20.作为进一步的技术方案，倾斜插入填充材料的泵送管，出浆位置应在塌腔上方并低于排气管。
21.上述本发明的有益效果如下：
22.(1)本发明救援装备适用于塌腔高度大，常规支架设备无法正常接顶的塌方处理。救援设备有四个抬底支腿支撑，在整个救援的过程中，保证了救援设备的稳定性；每块盾板由至少四根液压支柱支撑和一组四杆机构约束，保证了盾板在受到不同方向的冲击时，都可以起到足够安全的支撑作用，降低救援装备侧翻的风险。当载荷增大时，可以根据需要增加液压支柱的数量，确保盾板的承载能力；另外，通过移动平台，救援设备不需要在其他设备的帮助下就能够移动到塌腔下方，救援速度快，使用便利，减少了安全隐患。
23.(2)本发明设置了初支拱架，并在初支拱架布置结束后，可解除盾板与液压支柱和四杆机构间的铰接，条件不允许的情况下可将盾板弃留在初支拱架上方，不会侵占之后的作业空间，条件允许的情况下可以将盾板回收重新利用，并能够顺利实现盾板上的载荷由液压支柱向初支拱架单独承载的转移和过渡。
附图说明
24.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。还应当理解，这些附图是为了简化和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。现在将通过使用附图以附加的特征和细节来描述和解释本发明，其中：
25.图1示出了本发明实施例中液压四连杆塌方救援装备行走或运输状态下结构主视示意图；
26.图2示出了本发明实施例中液压四连杆塌方救援装备支护状态下结构主视示意图；
27.图3示出了本发明实施例中盾板结构俯视示意图；
28.图4示出了图3的a-a截面方向视图；
29.图5示出了图3的b-b截面方向视图；
30.图6示出了本发明实施例中底座的结构主视示意图；
31.图7示出了本发明实施例中底座的结构俯视示意图；
32.图8示出了图6的a-a截面方向视图；
33.图9示出了本发明实施例中液压支柱未顶升时的侧视示意图；
34.图10示出了本发明实施例中液压支柱顶升时的侧视示意图；
35.图11示出了本发明实施例中初支拱架安装示意图。
36.图中：1、履带车；2、抬底支腿；3、底座；4、液压支柱；5、四杆机构；6、盾板；7、机架；8、第一连架杆；9、第二连架杆；10、连杆；11、防护铁链；12、盾板-连杆铰支座；13、盾板-液压支柱铰支座；14、液压支柱-底座铰支座；15、第一连架杆-底座铰支座；16、第二连架杆-机架铰支座；17、初支拱架；18、平台；19、控制装置；20、原有支护结构。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明典型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
38.实施例1
39.如图1至图10所示，本实施例提供了一种具有四杆机构的应急塌方救援装备，包括：
40.移动平台，其四角设有抬底支腿2；
41.至少两块盾板6，各盾板6与移动平台之间设有至少两组顶升支撑组件，各顶升支撑组件包括至少两根液压支柱4；
42.四杆机构5，设于各盾板6与移动平台之间，其连架杆均铰接在移动平台上，其连杆一端铰接在盾板6上，四杆机构5随液压支柱4的升降而伸缩。
43.该救援装备的使用各个步骤均在安全的空间内进行，适用于塌腔高度大，常规支架设备无法正常接顶的塌方处理。
44.救援设备有四个抬底支腿2支撑，在整个救援的过程中，极大的保证了救援设备的稳定性。每块盾板6由至少四根液压支柱4支撑和一组四杆机构5约束，保证了盾板6在受到不同方向的冲击时，都可以起到足够安全的支撑作用，降低救援装备侧翻的风险。
45.当载荷增大时，可以根据需要增加液压支柱4的数量，确保盾板6的承载能力，还可以根据需要加长或截短盾板6，适应塌方轮廓变化。
46.另外，通过移动平台，救援设备不需要在其他设备的帮助下就能够移动到塌腔下方，救援速度快，使用便利，减少了安全隐患。
47.移动平台包括履带车1以及底座3。履带车能够适应复杂的状况，不宜发生侧翻。底座3固定在履带车1上，抬底支腿2安装在底座3上，抬底支腿2为液压支腿，通过抬底支腿2将履带车1以及底座3抬起，提高了救援装备的稳定性。
48.本实施例中，盾板6的数量为三块。可以理解的是，在其他一些实施例中，数量也可以大于三块或者小于三块，根据塌腔的大小选择盾板6的尺寸和个数，盾板6选用钢板材料。
49.另外，可根据塌腔的的形状，分别设置三块盾板6的支护高度，也可以根据现场情况的需求加长或减短盾板6的长度。
50.如图2所示，本实施例中，在盾板6和底座3之间设置了三组顶升支撑组件。如图9和
图10所示，每组顶升支撑组件包括两个液压支柱4。
51.盾板6的长度方向与履带车1的行进方向一致，各盾板6与底座3之间的三组顶升支撑组件沿盾板6的长度方向依次排列，且具有设定的间距，根据实际需要设置即可。液压支柱4一端与移动平台铰接，另一端与盾板6铰接，如图6和图7所示，在底座3上规律布置了六排七列液压支柱-底座铰支座14，每两排七列对应一个盾板6。盾板6上同样设置了两排七列的盾板-液压支柱铰支座13，如图3和图4所示。
52.各顶升支撑组件的液压支柱4并排设置，本实施例中，参照图2中方向，各盾板左侧顶升支撑组件的两个液压支柱4均设置在了第四列上的液压支柱-底座铰支座14以及盾板-液压支柱铰支座13，中间顶升支撑组件的两个液压支柱4均设置在了第六列，右侧顶升支撑组件的两个液压支柱4均设置在了第七列。液压支柱的位置也可以根据实际需要调整位置。顶升时，液压支柱呈竖直状态，这就要求液压支柱-底座铰支座14和盾板-液压支柱铰支座13上下对应。
53.液压支柱4与盾板6和底座3铰接，目的在于：第一可以使后续的使用过程中，使得盾板能够脱离液压支柱；第二，在运输和行走过程中，可以调整液压支柱4位于在铰支座上的位置，进而减小救援装备的体积，如图1所示，左侧液压支柱4上端铰接在第四列，下端铰接在第二列，同时还减少了液压支柱4的个数。
54.各盾板6与底座3之间设置一个四杆机构5，如图2所示，四杆机构5包括机架7、第一连架杆8、第二连架杆9和连杆10，其中第二连架杆9位于第一连架杆8右上位置，连杆10在其一端与第一连架杆8、第二连架杆9铰接形成四杆机构，连杆10的另一端铰接在盾板6上。
55.液压支柱4在顶升过程中，四杆机构随着伸展，如图2所示；液压支柱4在回缩过程中，四杆机构同样回缩，如图1所示。第一连架杆8、第二连架杆9和连杆10的具体尺寸可以根据现有设计方法进行设计，此处不再详细赘述。
56.机架7为一竖直设置在底座3上的竖直杆，在机架7顶部通过第二连架杆-机架铰支座16与第二连架杆9铰接，在底座3上设置第一连架杆-底座铰支座15，并通过该铰支座与第一连架杆8铰接，如图6、图7和图8所示。盾板6设置盾板-连杆铰支座12，通过该铰支座连杆10与盾板6铰接，如图3、图4和图5所示。
57.液压支柱4之间具有容纳四杆机构回缩时的间隙，即第二连架杆-机架铰支座16、第一连架杆-底座铰支座15设置在相邻的排的液压支柱-底座铰支座14之间，在四杆机构回缩时，第一连架杆8、第二连架杆9穿过顶升支撑组件的两个液压支柱4之间的缝隙，避免与液压支柱4产生干涉，有利于减小救援设备的体积。
58.液压支柱4和四杆机构5将盾板6和履带车1连接成一个整体，在盾板6的下方支撑起安全的空间。救援装备在隧道外或隧道内的安全位置，根据现场情况的需要，提前选装好需要的盾板和液压支柱。
59.各盾板6组成支撑平台，在支撑平台四周悬挂防护铁链11形成防护网，防护铁链11的末端与移动平台连接，图2中仅给出了示意，并未完整展示防护铁链。遇到侧向的塌方或落石时，可有效抵挡来自侧向的冲击，为液压支柱4和四杆机构5提供保护，进一步保护盾板6的稳固支撑。
60.还包括控制装置19，设置在履带车尾部，控制装置19包括发动机、油箱、乳化液泵以及控制器等。
61.实施例2
62.本实施例提供了一种处理隧道塌方的方法，如图11所示，采用如实施例1中的救援装备，包括以下步骤：
63.步骤1.安装救援装备，包括装配履带车1、抬底支腿2、底座3、液压支柱4、四杆机构5和盾板6，底座3和抬底支腿2固定在履带车1上，液压支柱4和四杆机构5固定在底座3和盾板6之间。
64.液压支柱4和四杆机构5将盾板6和履带车1连接成一个整体，在盾板6的下方支撑起安全的空间。救援装备在隧道外或隧道内的安全位置，根据现场情况的需要，提前选装好需要的盾板和液压支柱。
65.步骤2.平整塌腔下方的塌方体形成一个前端带有坡度的平台18，将救援装备移至平台18上，使之处于塌腔下方。
66.可以用长臂机械平整塌腔下方的碎渣，对其进行平整处理形成平台18；履带车1内部含有遥控接收装置，操作人员可以在安全区域通过遥控器操控救援装备通过履带车1移动至平台18上。发动机、油箱、乳化液泵安置在履带车1的尾部，均位于塌腔之外的安全区域。
67.步骤3.通过操控台操控履带车1尾部的乳化液泵为抬底支腿2加压，使履带车1处于悬浮状态，并保持平衡。
68.步骤4.通过操控台操控履带车1尾部的乳化液泵为液压支柱4加压，顶升液压支柱，直至盾板下沿高于塌腔的轮廓线；根据塌腔轮廓线的高低位置和塌腔的空间大小，可将三块盾板分别顶升到不同的高度。
69.步骤5.在盾板6的四周悬挂提前准备好的防护铁链11，防护铁链11的末端与底座固定。当遇到侧向的塌方或落石时，可有效抵挡来自侧向的冲击，为液压支柱4和四杆机构5提供保护，进一步保护盾板6的稳固支撑。
70.步骤6.在盾板6下方架设初支拱架17，初支拱架17向隧道未垮塌一侧延伸设定距离，具体的距离根据实际工况设定，并与隧道内壁原有支护结构20连接固定，形成初支棚架。其中初支拱架17是指单一的一架栅格，初支棚架则是指多栅格组合而成的支护体结构。初支棚架形成后盾板的荷载由液压支柱4转移至初支棚架，初支棚架承担的荷载包括盾板的重量、后续可能下落的塌方体和泵入塌腔内的填充材料，所以利用该方法可以撤出液压支柱4，保证了施工过程中的安全。
71.初支拱架17主要通过焊接的方式与原有的支护结构20进行连接，当初支拱架17焊接完成后，再撤出液压支柱4，盾板的载荷由液压支柱4转移至初支拱架17。
72.步骤7.解除液压支柱4、四杆机构5与盾板6之间的铰接固定，通过操控台解除液压支柱4的压力，使液压支柱4中的乳化液回流到乳化液泵油箱，收回液压支柱4，四杆机构5在脱离盾板之后自动收回。再解除抬底支腿2中的液压，使救援装备恢复到初始状态，之后通过遥控器操控履带车1撤离平台18。
73.在初支拱架安装完成，且塌腔内充填材料固实到抗剪强度超过塌腔上覆岩土自重压力1.5倍时，可以将盾板6收回，重新装回救援装备。若条件不允许，则将盾板留在搭设好的初支拱架17上方。
74.步骤8.在初支拱架17的合适位置插入排气管，排气管伸到塌腔的顶部，顶端设置
防堵顶盖，并倾斜一定角度插入填充材料泵送管，出浆位置应设置在塌腔上方并低于排气管，并在初支拱架17下方铺设锚网。
75.步骤9.向初支拱架17喷射速凝混凝土，待速凝混凝土凝固后，向塌腔内泵送充填材料，同时排气管排出塌腔内空气，直至塌腔充满充填材料。其中充填材料可以是混凝土、泡沫混凝土、等有机或无机填充材料。
76.该救援装备的使用各个步骤均在安全的空间内进行，适用于塌腔高度大，常规支架设备无法正常接顶的塌方处理。救援设备有四个抬底支柱支撑，在整个救援的过程中，极大的保证了救援设备的稳定性。每块盾板由液压支柱支撑和四连杆机构约束，液压支柱又与盾板和底座通过铰接固定，保证了盾板在受到不同方向的冲击时，都可以起到足够安全的支撑作用。当载荷增大时，还可以根据需要增加液压支柱的数量，确保盾板的承载能力。还可以根据需要加长或截短盾板，适应塌方轮廓变化。在初支拱架布置结束后，可解除盾板与液压支柱和四杆机构间的铰接螺栓，条件不允许的情况下可将盾板弃留在初支拱架上方，不会侵占之后的作业空间，顺利实现盾板上的载荷由液压支柱向初支拱架单独承载的转移和过渡。此外，该方法最终可实现对初支拱架上方的塌腔进行有效填充，消除了塌腔继续塌方的隐患。
77.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。