一種新型隧道錨桿臺(tái)車設(shè)計(jì)

周遠(yuǎn)航，劉瑞慶，李大偉

（中鐵隧道集團(tuán)有限公司專用設(shè)備中心，河南洛陽(yáng) 471009）

0 引言

隧道建設(shè)是鐵路、公路建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建設(shè)難度大、周期長(zhǎng)、成本高，是整個(gè)項(xiàng)目的控制性工程之一[1]，國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略規(guī)劃和“2020年全面建成小康社會(huì)”的宏偉目標(biāo)，加速了中西部地區(qū)道路交通的建設(shè)。西部地區(qū)山川相連，地質(zhì)活躍，隧道建設(shè)難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，建設(shè)過程中需要進(jìn)行錨護(hù)作業(yè)，隧道錨桿臺(tái)車是隧道錨護(hù)作業(yè)的專用施工設(shè)備，其具有施工快速、高效、便捷的優(yōu)點(diǎn)。

國(guó)外錨桿臺(tái)車技術(shù)成熟，產(chǎn)品性能優(yōu)良，但價(jià)格高，供貨周期長(zhǎng)，保養(yǎng)維修難度大，對(duì)操作人員要求高；國(guó)內(nèi)錨桿臺(tái)車研制處于起步階段，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，售后服務(wù)差[2]。我國(guó)錨桿臺(tái)車市場(chǎng)，特別是公路、鐵路隧道錨桿臺(tái)車市場(chǎng)基本被國(guó)外品牌占據(jù)，不利于國(guó)內(nèi)施工企業(yè)發(fā)展，制約了國(guó)內(nèi)隧道工程建設(shè)[3]。因此，本文在借鑒國(guó)外先進(jìn)機(jī)型的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)隧道施工特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種性能穩(wěn)定、價(jià)格合理的隧道錨桿臺(tái)車，可一次性完成鉆孔、清孔、注漿、安裝錨桿等工序，滿足國(guó)內(nèi)隧道建設(shè)的需求。

1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

隨著國(guó)內(nèi)隧道建設(shè)的增多和施工難度的加大，立足國(guó)內(nèi)隧道建設(shè)的特點(diǎn)與國(guó)情，設(shè)計(jì)一種新型自走式隧道錨桿臺(tái)車，該臺(tái)車主要由工作臂、工作平臺(tái)、底盤、鑿巖系統(tǒng)、錨桿安裝系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、空壓機(jī)和水泵等組成，可以一次完成鉆孔、清孔、拌漿、注漿和錨桿安裝等工序[4]。錨桿臺(tái)車的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要參數(shù)如表1所示。該機(jī)行走動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)提供，工作動(dòng)力由主電機(jī)提供，臺(tái)車鑿巖系統(tǒng)、工作平臺(tái)與空壓機(jī)動(dòng)力由液壓系統(tǒng)提供，拌漿、注漿與水泵動(dòng)力由電氣系統(tǒng)提供。

圖1 新型隧道錨桿臺(tái)車結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 The schematic diagram of new type tunnel anchor rig

工作時(shí)，主電機(jī)帶動(dòng)液壓油泵為鉆臂、工作平臺(tái)、空壓機(jī)等提供動(dòng)力，水泵電機(jī)為水泵提供動(dòng)力。操作人員在主操控臺(tái)控制鉆臂和鑿巖機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)鉆桿定位和鉆孔，鉆孔結(jié)束后，鉆臂落下，工人控制工作平臺(tái)升至錨桿孔位置，根據(jù)孔口與水平面夾角的大小和方向，選擇采用高壓水或高壓空氣對(duì)錨桿孔進(jìn)行清洗（孔口與水平面夾角≥15°且孔口向上時(shí)，采用高壓空氣清洗；孔口與水平面夾角＜15°,或孔口向下時(shí)，采用高壓水清洗），清洗后對(duì)錨桿孔進(jìn)行注漿作業(yè)，采用錨桿安裝器將錨桿安裝在錨桿孔內(nèi)，安裝預(yù)先制作的鋼筋網(wǎng)片，采用濕噴臺(tái)車噴射混凝土，錨護(hù)作業(yè)完成[5]。

表1 新型隧道錨桿臺(tái)車主要參數(shù)Table 1 The main parameters of new type tunnel anchor rig

2 主要部件結(jié)構(gòu)與參數(shù)

2.1 鉆臂

鉆臂主要用來對(duì)隧道開挖平面進(jìn)行鉆孔前定位和鉆孔，鉆臂主要由鑿巖機(jī)、鉆臂大梁、鉆臂伸縮梁、推進(jìn)梁、拐臂、控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成，鉆臂結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要參數(shù)如表2所示。

工作時(shí)，鉆臂由主操控臺(tái)進(jìn)行控制，根據(jù)隧道錨護(hù)需求，調(diào)節(jié)鉆臂大梁擺動(dòng)油缸、鉆臂伸縮梁調(diào)節(jié)油缸、鉆臂俯仰油缸、推進(jìn)梁翻轉(zhuǎn)油缸的伸縮量和拐臂油泵的旋轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)鉆桿的準(zhǔn)確定位，鉆桿定位后，推進(jìn)梁頂緊隧道開挖面，防止鉆孔過程中由于振動(dòng)造成鉆桿位置變化，啟動(dòng)鑿巖機(jī)，鑿巖機(jī)自身產(chǎn)生沖擊和旋轉(zhuǎn)兩種動(dòng)作，在鑿巖機(jī)推進(jìn)油缸的作用下前進(jìn)，多種運(yùn)動(dòng)組合實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道開挖面的鉆孔作業(yè)[6]。鉆臂一次鉆孔深度為4 mm，通過接桿可以實(shí)現(xiàn)30 mm的最大鉆孔深度。多級(jí)定位調(diào)節(jié)裝置可以快速準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)鉆桿的定位，且鉆臂工作結(jié)構(gòu)尺寸小、工作范圍大、適用面廣。

2.2 工作平臺(tái)

工作平臺(tái)主要用來對(duì)錨桿孔進(jìn)行清洗、注漿和安裝錨桿，主要由吊籃、工作平臺(tái)大梁、工作平臺(tái)伸縮梁、吊籃調(diào)平油缸、錨桿安裝器、錨桿、注漿軟管、沖洗接頭、控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成，工作平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要參數(shù)如表3所示。

工作時(shí)，工人操作吊籃上的控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)工作平臺(tái)大梁擺動(dòng)油缸、工作平臺(tái)伸縮梁調(diào)節(jié)油缸的伸縮量，將吊籃移動(dòng)至錨桿孔位置。根據(jù)錨桿孔與水平面的夾角和方向，選擇高壓水或高壓空氣對(duì)錨桿孔進(jìn)行清洗，去除孔內(nèi)雜質(zhì)。采用注漿軟管將預(yù)制的水泥砂漿注進(jìn)錨桿孔內(nèi)，將錨桿采用錨桿安裝器安裝在錨桿孔內(nèi)，達(dá)到一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度后，將預(yù)先制作的鋼筋網(wǎng)片安裝在錨桿上。工作平臺(tái)為雙控制系統(tǒng)，即主操控臺(tái)和工作平臺(tái)上均可實(shí)現(xiàn)對(duì)工作平臺(tái)的控制，當(dāng)工人在吊籃上工作時(shí)，啟動(dòng)吊籃上的鎖定開關(guān)，可以使主操控臺(tái)上控制工作平臺(tái)的控制手柄失效，防止人為誤操作，提高施工安全性[7]。吊籃上設(shè)置緊急開關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，打開緊急開關(guān)，吊籃會(huì)緩緩放下。吊籃上方設(shè)有護(hù)罩，防止隧道塌方時(shí)對(duì)吊籃上的工人產(chǎn)生傷害。吊籃上的調(diào)平油缸由傳感器控制，當(dāng)?shù)趸@底板傾斜時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)吊籃調(diào)平油缸，使吊籃始終處于水平狀態(tài)[8]。

圖2 鉆臂結(jié)構(gòu)示意圖Figure 2 The schematic diagram of drilling arm

表2 鉆臂主要參數(shù)Table2 The main parameters of drilling arm

圖3 工作平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖Figure 3 The schematic diagram of working platform

表3 工作平臺(tái)主要參數(shù)Table 3 The main parameters of working platform

2.3 其余部件

其余部件主要為輔助鉆孔、清孔、注漿、安裝錨桿設(shè)置，主要由主電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、空壓機(jī)、水泵、注漿機(jī)、照明裝置、電纜卷盤、水管卷盤、車架、車橋、電控柜等組成，主要參數(shù)如表4所示[9]。

表4 其余部件參數(shù)Table 4 The parameters of remaining parts

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的新型錨桿臺(tái)車可以一次完成定位、鉆孔、清孔、注漿、安裝錨桿和鋼筋網(wǎng)片等工序。一臂一平臺(tái)的設(shè)計(jì)，符合國(guó)內(nèi)隧道錨護(hù)施工的現(xiàn)狀和需求，工序上相互配合可節(jié)約錨護(hù)時(shí)間；將注漿系統(tǒng)附設(shè)在臺(tái)車上，功能齊全，減輕施工企業(yè)的采購(gòu)和售后工作量；采用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、電液混合控制系統(tǒng)，提高了機(jī)械的自動(dòng)化程度，對(duì)國(guó)內(nèi)錨桿臺(tái)車的發(fā)展提供一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

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