周遠航，劉瑞慶，李大偉

（中鐵隧道集團有限公司專用設(shè)備中心，河南洛陽 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、成本高，是整個項目的控制性工程之一[1]，國家“一帶一路”戰(zhàn)略規(guī)劃和“2020年全面建成小康社會”的宏偉目標，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、風險高，建設(shè)過程中需要進行錨護作業(yè)，隧道錨桿臺車是隧道錨護作業(yè)的專用施工設(shè)備，其具有施工快速、高效、便捷的優(yōu)點。

國外錨桿臺車技術(shù)成熟，產(chǎn)品性能優(yōu)良，但價格高，供貨周期長，保養(yǎng)維修難度大，對操作人員要求高；國內(nèi)錨桿臺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]。我國錨桿臺車市場，特別是公路、鐵路隧道錨桿臺車市場基本被國外品牌占據(jù)，不利于國內(nèi)施工企業(yè)發(fā)展，制約了國內(nèi)隧道工程建設(shè)[3]。因此，本文在借鑒國外先進機型的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)隧道施工特點，設(shè)計一種性能穩(wěn)定、價格合理的隧道錨桿臺車，可一次性完成鉆孔、清孔、注漿、安裝錨桿等工序，滿足國內(nèi)隧道建設(shè)的需求。

1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

隨著國內(nèi)隧道建設(shè)的增多和施工難度的加大，立足國內(nèi)隧道建設(shè)的特點與國情，設(shè)計一種新型自走式隧道錨桿臺車，該臺車主要由工作臂、工作平臺、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]。錨桿臺車的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要參數(shù)如表1所示。該機行走動力由發(fā)動機提供，工作動力由主電機提供，臺車鑿巖系統(tǒng)、工作平臺與空壓機動力由液壓系統(tǒng)提供，拌漿、注漿與水泵動力由電氣系統(tǒng)提供。

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

工作時，主電機帶動液壓油泵為鉆臂、工作平臺、空壓機等提供動力，水泵電機為水泵提供動力。操作人員在主操控臺控制鉆臂和鑿巖機工作，實現(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錨桿孔進行清洗（孔口與水平面夾角≥15°且孔口向上時，采用高壓空氣清洗；孔口與水平面夾角＜15°,或孔口向下時，采用高壓水清洗），清洗后對錨桿孔進行注漿作業(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，采用濕噴臺車噴射混凝土，錨護作業(yè)完成[5]。

表1 新型隧道錨桿臺車主要參數(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

鉆臂主要用來對隧道開挖平面進行鉆孔前定位和鉆孔，鉆臂主要由鑿巖機、鉆臂大梁、鉆臂伸縮梁、推進梁、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，鉆臂由主操控臺進行控制，根據(jù)隧道錨護需求，調(diào)節(jié)鉆臂大梁擺動油缸、鉆臂伸縮梁調(diào)節(jié)油缸、鉆臂俯仰油缸、推進梁翻轉(zhuǎn)油缸的伸縮量和拐臂油泵的旋轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)鉆桿的準確定位，鉆桿定位后，推進梁頂緊隧道開挖面，防止鉆孔過程中由于振動造成鉆桿位置變化，啟動鑿巖機，鑿巖機自身產(chǎn)生沖擊和旋轉(zhuǎn)兩種動作，在鑿巖機推進油缸的作用下前進，多種運動組合實現(xiàn)對隧道開挖面的鉆孔作業(yè)[6]。鉆臂一次鉆孔深度為4 mm，通過接桿可以實現(xiàn)30 mm的最大鉆孔深度。多級定位調(diào)節(jié)裝置可以快速準確實現(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

工作平臺主要用來對錨桿孔進行清洗、注漿和安裝錨桿，主要由吊籃、工作平臺大梁、工作平臺伸縮梁、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，工作平臺結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要參數(shù)如表3所示。

工作時，工人操作吊籃上的控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)工作平臺大梁擺動油缸、工作平臺伸縮梁調(diào)節(jié)油缸的伸縮量，將吊籃移動至錨桿孔位置。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錨桿孔進行清洗，去除孔內(nèi)雜質(zhì)。采用注漿軟管將預(yù)制的水泥砂漿注進錨桿孔內(nèi)，將錨桿采用錨桿安裝器安裝在錨桿孔內(nèi)，達到一定結(jié)構(gòu)強度后，將預(yù)先制作的鋼筋網(wǎng)片安裝在錨桿上。工作平臺為雙控制系統(tǒng)，即主操控臺和工作平臺上均可實現(xiàn)對工作平臺的控制，當工人在吊籃上工作時，啟動吊籃上的鎖定開關(guān)，可以使主操控臺上控制工作平臺的控制手柄失效，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)，當出現(xiàn)緊急情況時，打開緊急開關(guān)，吊籃會緩緩放下。吊籃上方設(shè)有護罩，防止隧道塌方時對吊籃上的工人產(chǎn)生傷害。吊籃上的調(diào)平油缸由傳感器控制，當?shù)趸@底板傾斜時自動調(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 工作平臺結(jié)構(gòu)示意圖Figure 3 The schematic diagram of working platform

表3 工作平臺主要參數(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、發(fā)動機、空壓機、水泵、注漿機、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)計的新型錨桿臺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。一臂一平臺的設(shè)計，符合國內(nèi)隧道錨護施工的現(xiàn)狀和需求，工序上相互配合可節(jié)約錨護時間；將注漿系統(tǒng)附設(shè)在臺車上，功能齊全，減輕施工企業(yè)的采購和售后工作量；采用機械傳動系統(tǒng)、液壓傳動系統(tǒng)、電液混合控制系統(tǒng)，提高了機械的自動化程度，對國內(nèi)錨桿臺車的發(fā)展提供一定的借鑒作用。

參考文獻：

［1］萬清，李懷鑒，杜華林，等.京廣高速鐵路石家莊六線隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2016（02）：241-250.

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