一种隧道围岩防护材料安装装置及方法

1.本公开涉及围岩施工设备领域，具体涉及一种隧道围岩防护材料安装装置及方法。


背景技术：

2.在铁路公路等基建过程中，隧道工程施工较为常见，其中，在开挖暴露围岩后需要对围岩进行防护。
3.在隧道建设过程中，需要对围岩进行防水板、土工布等防护材料的安装，围岩与地面之间间距较大，依赖于台车承托辅助操作，危险性较高且效率较低；目前的防护材料辅助安装设备采用弧形轨道配合滑动小车的方案，利用小车的移动对多个位置的防护材料进行安装；由于轨道与围岩形状并不能适应，需要对下方平台的位置进行调整，并进行防护材料的预先张拉，人工辅助推动防护材料贴合围岩，整个工作过程仍需要人工的近距离配合，对于柔性的防护材料，难以实现防护材料与围岩的良好贴合安装，无法满足围岩的防护需求。


技术实现要素：

4.本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种隧道围岩防护材料安装装置及方法，通过设置多个摆动动作的伸缩支撑板，对防护材料进行预先支撑、张拉，推动防护材料接触围岩后，能够通过扫动面对柔性防护材料刮动，使得防护材料贴合围岩，满足防护需求。
5.本公开的第一目的是提供一种隧道围岩防护材料安装装置，采用以下技术方案：
6.包括移动平台和伸缩支撑板，多个伸缩支撑板分别通过对应的转动轴安装于移动平台，所有转动轴轴线均平行；伸缩支撑板远离转动轴的一端作为扫动面，伸缩支撑板能够通过伸缩改变扫动面与转动轴的间距；转动轴连接有摆动驱动机构，支撑板在转动轴驱动下绕转动轴轴线往复摆动。
7.进一步地，所述支撑板依次安装于移动平台顶面，支撑板的布置方向与隧道走向相同。
8.进一步地，所述支撑板靠近扫动面一端设有连接件安装机构，能够输出连接件将防护材料安装在隧道围岩上。
9.进一步地，所述连接件安装机构嵌入支撑板内部，扫动面上预留有供连接件输出的输出孔。
10.进一步地，沿扫动面所在支撑板侧边方向上，多个连接件安装机构依次间隔布置。
11.进一步地，所述移动平台上安装有牵拉机构，牵拉机构连接有拉索，拉索远离牵拉机构的一端用于连接覆盖在支撑板上的防护材料。
12.进一步地，沿转动轴轴线方向上，移动平台的两端均安装有牵拉机构，用于通过拉索张拉防护材料。
13.进一步地，所述移动平台的两端分别安装有多个牵拉机构，每端对应的牵拉机构
间隔布置。
14.进一步地，所述支撑板为多级伸缩机构，一端连接移动平台，另一端能够推动防护材料抵接隧道围岩。
15.本公开的第二目的是提供一种隧道围岩防护材料安装方法，利用如上所述的隧道围岩防护材料安装装置，包括以下步骤：
16.覆盖防护材料于支撑板的扫动面上并展平；
17.转动并伸长支撑板，使得多个支撑板对防护材料形成伞状支撑；
18.防护材料优先接触围岩顶面，支撑板摆动；
19.通过扫动面从中间向两侧逐渐刮平防护材料，使防护材料贴合围岩。
20.与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：
21.(1)针对现有围岩防护材料辅助安装设备难以使防护材料贴合围岩的问题，通过设置多个摆动动作的伸缩支撑板，对防护材料进行预先支撑、张拉，推动防护材料接触围岩后，能够通过扫动面对柔性防护材料刮动，使得防护材料贴合围岩，满足防护需求。
22.(2)通过多个依次布置的伸缩支撑板，能够对硬质板件防护材料进行顶升，同时动作多个伸缩支撑板，能够稳定承托防护材料，满足在围岩内安装防护材料的需求，并能够通过支撑板的摆动动作对防护材料进行扫平，保证其安装在围岩上的贴合度。
23.(3)伸缩支撑板能够进行伸缩动作，从而在支撑防护材料过程中适应围岩的形状变化，无需调整下方移动平台的位置，保持防护材料与围岩的接触，提高安装后防护材料与围岩贴合度。
24.(4)在支撑板端部内嵌入连接件安装机构，能够在扫动防护材料时避让，避免划伤防护材料，在支撑板对防护材料支撑到所需位置后及时钉入连接件，实现防护材料与围岩的连接。
25.(5)在移动平台两端分别布置相应的牵拉机构，通过拉索张拉支撑板上所覆盖的防护材料，使得防护材料从沿巷道方向上完全展开，结合支撑板的扫动刮平，使得防护材料从垂直于巷道方向的完全展开，减少防护材料贴合围岩产生的褶皱，提高防护材料与围岩的结合度。
附图说明
26.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
27.图1为本公开实施例1、2中支撑板、防护材料与围岩的相对位置示意图；
28.图2为本公开实施例1、2中防护材料安装装置的结构示意图；
29.图3为本公开实施例1、2中防护材料安装装置的端部示意图；
30.图4为本公开实施例1、2中支撑板的结构示意图；
31.图5为本公开实施例1、2中支撑板端面示意图。
32.图中，1.台车；2.支撑板；3.防护材料；4.拉索；5.牵拉机构；6.摆动驱动机构；7.伸缩驱动机构；8.底座；9.连接件。
具体实施方式
33.实施例1
34.本公开的一个典型实施例中，如图1
‑
图5所示，给出一种隧道围岩防护材料安装装置。
35.隧道建设过程中需要进行防水板、土工布等防护材料3的铺设安装，满足隧道的质量、维护和工程的使用期限需求。防水板材料较重，需要工人人力搬运到台车1上、铺开及射钉锚固劳动强度大，加上隧道内温度较高，施工环境差，会极大的增加工人的劳动负担也会增加很多不安全性因素，对于土工布铺设，整体较为柔软，在铺设过程中难以保持土工布与围岩的贴合度。
36.针对上述问题，本实施例中提供隧道围岩防护材料3安装装置，主要包括移动平台、可伸缩支撑板2、牵拉机构5和连接件安装机构，支撑板2安装在移动平台上，移动平台承载多个支撑板2沿隧道内移动，辅助进行防护材料3的安装，牵拉机构5安装在移动平台上，通过拉索4能够连接待安装的土工布等防护材料3，使得防护材料3进行展开；连接件安装机构安装在可伸缩支撑板2末端，能够输出连接件9，将防护材料3钉在围岩上完成固定。
37.针对现有围岩防护材料3辅助安装设备难以使防护材料3贴合围岩的问题，通过设置多个摆动动作的伸缩支撑板2，对防护材料3进行预先支撑、张拉，推动防护材料3接触围岩后，能够通过支撑板2末端的摆动动作对柔性防护材料3刮动，使得防护材料3贴合围岩，满足防护需求。
38.如图1、图2和图3所示，移动平台作为主体承载结构，多个支撑板2的一个侧边分别转动安装于移动平台，所有支撑板2的转动轴轴线均平行，多个支撑板2依次安装与移动平台顶面上。
39.可以理解的是，如图4所示，为了方便支撑板2与移动平台的连接，在移动平台上设置有底座8，每个支撑板2均通过销轴配合轴承座安装在底座8上，从而相对于移动平台转动。并且，将支撑板2平行布置，能够顺应台车1在隧道内的行走方向，满足各种防护材料3沿隧道围岩走向依次安装的布设需求。
40.当然，支撑板2的安装顺应围岩的走向，在支撑板2安装于移动平台后，移动平台的前后移动方向与支撑板2转动轴向所在方向一致，从而满足支撑板2沿围岩弧形面刮动或推动防护材料3的动作需求。
41.如图4、图5所示，支撑板2采用伸缩板状结构，下端侧面通过转动轴转动配合移动平台，远离转动轴轴线的一端作为扫动面，用于接触并支撑防护材料3，在摆动过程中刮动防护材料3贴合隧道围岩。
42.支撑板2的动作由摆动驱动机构6来提供动力，摆动驱动机构6能够输出转矩，带动支撑板2绕其对应的转动轴轴线往复摆动。可以理解的是，摆动驱动机构6输出端可以通过传动机构连接支撑板2，将转动动作转化为可控摆动动作，并能够对摆动动作进行角度控制，满足支撑板2的摆动动作需求。
43.可以理解的是，通过伸缩动作使得土工布逐渐靠近围岩内壁，改变土工布位置，使其移动到接触围岩内壁的位置，控制支撑板2的摆动动作能够对如土工布这类柔性防护材料3进行支撑、刮平，使得土工布贴合在围岩内壁上。
44.需要特别指出的是，对于硬质防护材料3，比如防水板等，以支撑顶托防护材料3为
主，移动到达安装位置；通过多个依次布置的伸缩支撑板2，能够对硬质板件防护材料3进行顶升，同时动作多个伸缩支撑板2，能够稳定承托防护材料3，满足在围岩内安装防护材料3的需求，并能够通过支撑板2的摆动动作对防护材料3进行扫平，保证其安装在围岩上的贴合度。
45.在对土工布展开的过程中，不仅要沿围岩内壁环向上进行防护材料3的展开和布置，对于柔性的防护材料3，还需要进行沿隧道走向的张拉；张拉动作通过所述移动平台上安装的牵拉机构5实现，牵拉机构5连接有拉索4，拉索4远离牵拉机构5的一端用于连接覆盖在支撑板2上的防护材料3。
46.在使用时，柔性防护材料3整体覆盖在支撑板2顶端的扫动面上，位于移动平台两端的拉索4分别连接柔性防护材料3的两端，在逐渐收紧拉索4的过程中，位于扫动面上的柔性防护材料3两端被牵拉，从而使得柔性防护材料3沿隧道走向上展开。
47.可以理解的是，在移动平台两端分别布置相应的牵拉机构5，通过拉索4张拉支撑板2上所覆盖的防护材料3，使得防护材料3从沿巷道方向上完全展开，结合支撑板2的扫动刮平，使得防护材料3从垂直于巷道方向的完全展开，减少防护材料3贴合围岩产生的褶皱，提高防护材料3与围岩的结合度。
48.进一步地，沿支撑板2转动轴轴线方向上，移动平台的两端均安装有牵拉机构5，用于通过拉索4张拉防护材料3；移动平台的两端分别安装有多个牵拉机构5，每端对应的牵拉机构5间隔布置。
49.通过布置多个牵拉机构5，柔性防护材料3的同一端同时多个位置进行张拉，方便柔性防护材料3的有效展开，提高展开效率。
50.需要指出的是，牵拉机构5不仅能够针对柔性防护材料3，辅助柔性防护材料3的展开，还能够针对刚性防护材料3，通过对刚性防护材料3两端的牵拉，辅助约束刚性防护材料3的姿态，减少在提升过程中的位移偏移，提高安装精度。
51.本实施例中提供的支撑板2，能够完成不同防护材料3的支撑安装需求，通过控制支撑板2的伸缩、摆动动作，实现满足不同防护材料3的位姿调整、展开铺平、扫动贴合等动作需求，在实际使用时，根据安装需求进行动作控制即可。
52.进一步地，通过牵拉机构5、支撑板2完成牵拉展平、支撑贴合围岩内壁后，还需要将防护材料3与围岩进行连接，使得防护材料3固定在围岩上，满足对围岩防护的需求。
53.所述支撑板2靠近扫动面一端设有连接件安装机构，能够输出连接件9将防护材料3安装在隧道围岩上；所述连接件安装机构嵌入支撑板2内部，扫动面上预留有供连接件9输出的输出孔。
54.在支撑板2端部内嵌入连接件安装机构，能够在扫动防护材料3时避让，避免划伤防护材料3，在支撑板2对防护材料3支撑到所需位置后及时钉入连接件9，实现防护材料3与围岩的连接。
55.在本实施例中，所述的连接件安装机构可以选用打钉机构或铆钉机构，整体嵌入在支撑板2内，输出端朝向扫动面上的输出孔，输出的连接钉、铆钉等连接件9能够穿过输出孔刺入防护材料3内，并将防护材料3与围岩连接。
56.根据不同的防护材料3，可以配置不同的连接件安装机构，对防护材料3与围岩的连接提供不同的连接件9。
57.在安装时，防护材料3沿隧道走向施加多个连接件9，沿扫动面所在支撑板2侧边方向上，可以将多个连接件安装机构依次间隔布置，能够同时输出多个连接件9，从而对防护材料3的多个位置同时或错时施加连接件9。
58.在本实施例中，所述的支撑板2为多级伸缩机构，一端连接移动平台，另一端能够推动防护材料3抵接隧道围岩。
59.每级支撑板2为中空板，方便在缩回动作时下级支撑板2进入中空腔体内，位于最末端的支撑板2的中空腔体内设置连接件安装机构。
60.支撑板2配合有伸缩驱动机构7，能够带动支撑板2进行伸缩动作，满足顶升防护材料3的需求；可以理解的是，伸缩驱动机构7可以选用多级伸缩油缸，对应多级伸缩板方便对多级伸缩板逐级驱动，也可以采用多级电缸，同样实现对多级伸缩板的驱动。
61.采用伸缩板对防护材料3进行支撑和展开，覆盖沿巷道方向的一端长度，满足大面积防护材料3的布设需求。在本实施例中，布置有11个伸缩板，在伸长并展开后形成扇形结构，覆盖围岩铺设防护材料3的位置。
62.在其他实施方式中，还可以根据围岩的直径大小、环向面积来进行伸缩板数目的调整，适当增加或减少伸缩板的数目，比如采用6个、7个或13个伸缩板等。
63.所述牵拉机构5可以采用收卷机构，能够对拉索4进行收卷，拖动拉索4对防护材料3进行张拉展平。
64.所述的移动平台可以采用自带动力的台车1，方便在隧道内的移动，并满足对支撑板2和牵拉机构5的支撑需求。
65.伸缩支撑板2能够进行伸缩动作，从而在支撑防护材料3过程中适应围岩的形状变化，无需调整下方移动平台的位置，保持防护材料3与围岩的接触，提高安装后防护材料3与围岩贴合度。
66.实施例2
67.本公开的另一个实施例中，如图1
‑
图5所示，给出一种隧道围岩防护材料安装方法。
68.利用如实施例1中的隧道围岩防护材料安装装置，进行隧道围岩防护材料3的安装，包括以下步骤：
69.覆盖防护材料3于支撑板2的扫动面上并展平；
70.转动并伸长支撑板2，使得多个支撑板2对防护材料3形成伞状支撑；
71.防护材料3优先接触围岩顶面，支撑板2摆动；
72.通过扫动面从中间向两侧逐渐刮平防护材料3，使防护材料3贴合围岩。
73.在进行柔性防护材料3如土工布等的安装时，支撑板2布置在移动平台上，移动平台通过自带动力调节位置从而调节支撑板2与围岩的相对位置；支撑杆展开形成伞状形式支撑土工布使其接触隧道内壁。
74.通过牵拉机构5连接拉索4，拉索4另一端连接土工布，通过牵拉机构5的收回动作，带动拉索4牵拉土工布，使得土工布在支撑板2上张拉展平。
75.在展平后，通过支撑板2的往复摆动动作刮动土工布，使得土工布能够贴合围岩，通过连接件安装机构输出连接件9，将土工布固定在围岩上。
76.在进行刚性材料如防水板等的安装时，支撑板2布置在移动平台上，依次间隔布置
的支撑板2顶端承托防水板，通过伸长支撑板2对防水板进行提升，使得防水板接触隧道内壁。
77.通过牵拉机构5控制拉索4动作，调整防水板的位置，使得防水板位置满足安装需求，也可以通过支撑板2扫动面的动作进一步提高防水板与隧道内壁的贴合度，通过连接件安装机构输出连接件9，将防水板固定在围岩上。
78.进一步地，结合附图，以柔性土工布的安装为例，对隧道围岩防护材料3安装方法详细描述：
79.步骤1：整平隧道壁并通过移动平台调整整体位置，将土工布铺设在移动平台支撑板2上，移动平台带动支撑板2到达指定位置，使得移动平台处于隧道中间位置，所安装的土工布对应处于隧道中间位置；
80.步骤2：将牵拉机构5连接拉索4，并将拉索4沿支撑板2布置端部连接土工布，连接方式可以采用夹子或者粘贴形式，然后通过牵拉机构5对土工布进行回拉，使土工布沿支撑板2顶端的扫动面移动，最后完全覆盖在支撑板2之上；
81.步骤3：通过摆动驱动机构6电动支撑板2转动分散形成伞状，并缓慢伸长，慢慢将土工布顶升至贴于隧道壁上，然后分别控制单个伸缩板来回扫动从而使土工布完全密贴于隧道壁；
82.步骤4：通过控制位于中间位置支撑板2内部的若干连接件安装机构使铆钉一起顶钉入隧道壁，然后通过依次控制其他支撑板2内部的连接件安装机构使铆钉钉入隧道壁，目的使土工布能够完全密贴于隧道壁；
83.步骤5：完成后支撑杆于初始位置并进行下一步操作。
84.相对于传统安装方式而言，机械化程度高安装速度更快，因为整个安装过程不停地使用片状支撑板2扫平，因而所安装的防水板和土工布更密贴于隧道壁，安装质量也更好。
85.利用移动平台实现整体安装装置的自由移动，当隧道有其他工序要完成时可以随时调节，可以一定程度减少隧道工序之间的互相影响。
86.以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。