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 471009)
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。
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
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。
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
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
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):
[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.
[2]馬輝,劉仁智,陳壽根,等.當(dāng)前鐵路隧道施工亟待解決的若干技術(shù)問題[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2011(05):1-6.
[3]賀立軍.新型全液壓多功能錨桿鉆機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].北京:中國(guó)地質(zhì)大學(xué),2010.
[4]楊善國(guó).液壓錨桿鉆機(jī)設(shè)計(jì)研究[D].北京:中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2009.
[5]王發(fā)玲,劉才華,龔哲.順層巖質(zhì)邊坡錨桿支護(hù)機(jī)制研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2014(07):1465-1470.
[6]史利章.沖擊回轉(zhuǎn)型液壓錨桿鉆機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2013(04):42-43.
[7]梁月英.土層擴(kuò)孔壓力型錨桿的錨固機(jī)理研究[D].北京:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院,2012.
[8]郝亮.全液壓鑿巖臺(tái)車鉆臂的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].石家莊:石家莊鐵道大學(xué),2014.
[9]劉鵬飛.基于掘錨一體化技術(shù)的山特維克掘錨機(jī)應(yīng)用研究[J].中國(guó)煤炭,2010(07):85-87.