一种隧道初期支护钢拱架安装装置及其安装方法

1.本专利申请涉及钢拱架安装技术领域，特别是涉及一种隧道初期支护钢拱架安装装置及其安装方法。


背景技术：

2.现阶段国内在隧道拱架安装施工方面，主要采用传统的人工进行安装为主，其主要问题在于施工效率较为低下，作业工人投入多，劳动强度高；随着社会的进步发展，施工作业对于人性化的需求越来越高，机械化施工是行业发展的必然趋势，而近年来市场上也涌现出各种类型的拱架安装车，极大的提高了钢拱架安装的机械化程度，一定程度上解决了传统人工作业存在的诸多弊端，但是拱架安装车的采购成本极高，且拱架安装车一般采用三臂式设计，作业平台狭小，在进行拱架安装作业时难以同步开展其他工序施工，不利于隧道初期支护施工的快速施工组织，上述弊端致使设备普及性较低。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利申请的目的在于提供一种隧道初期支护钢拱架安装装置及其安装方法，解决上述现有技术的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种隧道初期支护钢拱架安装装置，包括作业平台，所述作业平台的上端尾部安装有将分段的钢拱架起吊运转的钢拱架上料装置，作业平台的两侧安装有可伸缩用于支撑侧部钢拱架的横向支撑装置。
6.进一步的，所述钢拱架上料装置包括有设置在作业平台上端的回转盘，回转盘的上端铰接有升降油缸，升降油缸的伸缩端连接有用于支撑顶部钢拱架的托架，升降油缸的顶部安装有卷扬机，卷扬机上缠绕有钢丝绳，钢丝绳向外延伸的一端连接有钢拱架吊钩，回转盘上安装有用于调节升降油缸位置的驱动单元。
7.进一步的，所述驱动单元包括第一液压油缸，第一液压油缸的下端铰接在回转盘上，第一液压油缸的上端铰接在升降油缸下端的侧壁上。
8.进一步的，所述回转盘的下端两侧设有若干个行走轮，作业平台上开设有供行走轮行走的行走轨道。
9.进一步的，所述卷扬机的一端侧壁连接有导向板，导向板远离卷扬机的一端转动连接有滑轮，钢丝绳的一端穿过滑轮向外延伸。
10.进一步的，所述导向板与升降油缸成平行布设，导向板远离卷扬机的一端延伸出托架。
11.进一步的，所述横向支撑装置包括连接在作业平台侧壁上的两个成平行布设的第二液压油缸，两个第二液压油缸的伸缩端连接同一支撑杆的两端，作业平台的侧壁上连接有用于控制第二液压油缸工作的液压电机。
12.进一步的，所述支撑杆为与第二液压油缸垂直布设的钢管。
13.一种如上述所述的隧道初期支护钢拱架的安装方法，包括如下步骤：
14.s1、预处理：根据设计图纸尺寸将一榀钢拱架分段制作，形成两个侧部钢拱架和一个顶部钢拱架，将钢拱架上料装置和横向支撑装置安装至作业平台上，开挖隧道断面，控制作业平台沿隧道开挖断面纵向移动至掌子面的端部；
15.s2、侧部钢拱架安装：利用钢拱架上料装置的钢拱架吊钩起吊侧部钢拱架的端部，控制钢拱架上料装置配合人工沿作业平台将侧部钢拱架搬运至安装位置，控制横向支撑装置上的支撑杆伸缩移动，以粗调侧部钢拱架至设计安装位置，按照上述步骤将另一侧的侧部钢拱架安装就位；
16.s3、顶部钢拱架安装：待两个侧部钢拱架安装就位后，起吊顶部钢拱架至作业平台的上方，配合人工将顶部钢拱架安放在钢拱架上料装置的托架内，移动到作业面，通过钢拱架上料装置上的回转盘、升降油缸和第一液压油缸配合调整顶部钢拱架的方向和高度，使顶部钢拱架的两端与两个侧部钢拱架的上部对接，通过工字钢连接成整体；
17.s4、单榀钢拱架固接：三个单元的钢拱架对接成型后，通过升降油缸调整顶部钢拱架的顶部标高，控制横向支撑装置调整侧部钢拱架横向位置，调整到位后拧紧螺栓固定，焊接加固，完成单榀钢拱架安装。
18.进一步的，所述步骤s1中，作业平台进入隧道前，对作业平台工作范围内进行整平，当作业平台移动至隧道内的作业面时，将分段的钢拱架规整摆放在作业平台前方的地面上。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.1、本隧道初期支护钢拱架安装装置结构简单，施工方法简便、合理，通过对传统的隧道开挖台架与钢拱架上料装置的组合设计，对开挖台架进行优化，有机结合为具备拱架吊、运功能的一体化作业台架。
21.2、在隧道开挖作业平台上设置了钢拱架上料装置的行走轨道，钢拱架上料装置本身具备拱架起吊功能、举升功能，可360度独立旋转，组合设备的功能齐全，灵活机动，可全方位调整钢拱架精确定位。
22.3、钢拱架安装全过程仅需一名机械操作手操作钢拱架上料装置和横向支撑装置，两名作业人员在作业平台下方辅助钢拱架吊装及就位，两名作业人员在作业平台上方辅助设备运输及下放钢拱架，相较于传统的人工安装钢拱架，极大的降低了人力投入。同时，减少了掌子面作业人员的聚集，也降低了安全风险。
23.4、钢拱架安装作业的全过程以机械完成为主，施工效率高效，减少了初期支护钢拱架安装作业时间，缩减了隧道掘进的循环作业施工，提高了施工进度。
24.5、钢拱架精确定位通过作业平台的横向支撑装置调整侧部的钢拱架横向位置，钢拱架上料装置的升降油缸调整拱顶标高，调整到位后至安装连接体系固定钢拱架期间可持续保持钢拱架处于稳定状态，消除了人力作业的偶然因素，确保了钢拱架安装的精度。
25.6、该方法投入的钢拱架上料装置结构简单，制作成本低，隧道的作业平台利用传统台架进行适当优化改装即可，专业程度不高，成本投入低，但在安全性、经济性方面的作用突出，可推广性强。
附图说明
26.图1为本发明隧道初期支护钢拱架安装装置的结构示意图；
27.图2为本发明钢拱架上料装置的正视结构示意图；
28.图3为本发明横向支撑装置的俯视结构示意图；
29.图4为本发明隧道施工的开挖工法断面结构示意图；
30.图5为本发明钢拱架安装装置在隧道内的侧视结构示意图；
31.图6为本发明单侧钢拱架施工结构示意图；
32.图7为本发明双侧钢拱架施工结构示意图；
33.图8为本发明单榀钢拱架施工结构示意图。
34.附图标号说明：作业平台1、钢拱架上料装置2、回转盘21、升降油缸22、托架23、卷扬机24、钢丝绳25、钢拱架吊钩26、第一液压油缸27、横向支撑装置3、第二液压油缸31、液压电机32、支撑杆33。
具体实施方式
35.以下通过特定的具体实例说明本专利申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利申请的其他优点与功效。本专利申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：
37.一种隧道初期支护钢拱架安装装置，如图1所示，包括作业平台1，作业平台1的上端尾部安装有将分段的钢拱架起吊运转的钢拱架上料装置2，作业平台1的两侧安装有可伸缩用于支撑侧部钢拱架的横向支撑装置3。
38.参阅图2所示，钢拱架上料装置2包括有设置在作业平台1上端的回转盘21，回转盘21的下端两侧设有若干个行走轮，作业平台1上开设有供行走轮行走的行走轨道，回转盘21的上端铰接有升降油缸22，升降油缸22的伸缩端连接有用于支撑顶部钢拱架的托架23，升降油缸22的顶部安装有卷扬机24，卷扬机24上缠绕有钢丝绳25，钢丝绳25向外延伸的一端连接有钢拱架吊钩26，回转盘21上安装有用于调节升降油缸22位置的驱动单元，驱动单元包括第一液压油缸27，第一液压油缸27的下端铰接在回转盘21上，第一液压油缸27的上端铰接在升降油缸22下端的侧壁上。
39.其中，卷扬机24的一端侧壁连接有导向板，导向板远离卷扬机24的一端转动连接有滑轮，钢丝绳25的一端穿过滑轮向外延伸，导向板与升降油缸22成平行布设，导向板远离卷扬机24的一端延伸出托架23，方便钢丝绳25伸出托架23，钢拱架吊钩26吊装钢拱架无阻碍。
40.参阅图3所示，横向支撑装置3包括连接在作业平台1侧壁上的两个成平行布设的第二液压油缸31，两个第二液压油缸31的伸缩端连接同一支撑杆33的两端，支撑杆33为与第二液压油缸31垂直布设的钢管，作业平台1的侧壁上连接有用于控制第二液压油缸31工作的液压电机32。
41.如图4所示，隧道采用钢拱架支护的软弱围岩地段采用台阶法施工，本实施例钢拱
架施工方法是按如下步骤进行：
42.第一步：将上台阶钢拱架分为3个单元a1、a2、a3，其中，a1、a3为两侧单元钢拱架，a2为拱部单元钢拱架；
43.第二步：如图5所示，将作业平台1就位至掌子面，将分段的钢拱架a1、a2、a3摆放在作业平台1前方的隧道内，标号摆放整齐；
44.第三步：先进行一侧钢拱架a1就位，放下钢拱架上料装置2的钢拱架吊钩26，勾起钢拱架a1的翼缘，控制卷扬机24起升钢拱架a1；
45.第四步：将钢拱架a1起升，控制第一液压油缸27顶升，至升降油缸22接近于竖直状态，人工辅助配合将钢拱架a1放置在托架23内，控制钢拱架上料装置2沿作业台架1的行走轨道行走至拱架安装作业面；
46.第五步：如图6所示，控制钢拱架上料装置2上的回转盘21进行水平方向旋转，旋转至机身与隧道横断面方向基本一致，利用钢拱架吊钩26勾住钢拱架a1一端的翼缘钢板，人工配合沿作业台架1上设置的横向支撑装置3的支撑杆31下滑钢拱架a1，作业台架1下方的作业人员配合将钢拱架a1另一端拱脚架立于设计位置，液压电机32控制的第二液压油缸31伸缩，顶升钢拱架a1横向整体基本与设计位置一致；
47.第六步：按照钢拱架a1安装就位的方法，将另一侧钢拱架a3安装就位，如图7所示；
48.第七步：如图8所示，按照两侧单元拱架安装方式，将钢拱架a2放置在托架23内，运输至作业面，通过控制回转盘21、升降油缸22、第一液压油缸27旋转举升，调整托架23内钢拱架a2的空间位置，与两侧已初步定位的钢拱架a1和a3对接，通过工字钢连接成整体；
49.第八步：三个单元的钢拱架对接成型后，通过托架23支撑、升降油缸22调整钢拱架a2的顶部标高，控制横向支撑装置3调整钢拱架a1和a3横向位置，调整到位后拧紧螺栓固定，焊接加固，完成单榀钢拱架安装。
50.本发明提供的隧道初期支护钢拱架安装方法应用于新建莱西至荣成铁路zqsg-2标崂山隧道初期支护钢拱架安装施工中，利用该施工方法，将钢拱架安装施工作业人员由前期采用人工作业配置10人减少至5人，单循环2榀拱架安装时间由3小时降低至2小时，极大的降低了人力投入及作业人员的劳动强度，提高了施工工效，加快了施工进度，取得了良好的经济效益和社会效益，为类似工程施工提供借鉴依据。
51.上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利申请的权利要求所涵盖。