一种隧道拱架锚杆施工装置及包含该隧道拱架锚杆施工装置的隧道施工设备

摘要

本发明提供了一种隧道拱架锚杆施工装置，包括底部支撑机构、抓取机构和凿岩机构；所述底部支撑机构包括支撑座以及设置于支撑座上的第一回转组件；所述抓取机构包括与底部支撑机构相连的机械臂组件以及设置于机械臂组件上的抓手组件；所述凿岩机构包括与底部支撑机构相连的第二回转组件以及设置于第二回转组件上的凿岩组件。本发明中提供的隧道拱架锚杆施工装置，通过将抓取机构和凿岩机构设置于同一底部支撑机构上，从而实现拱架安装、锚杆施工(锁脚锚杆、系统锚杆)、超前小导管施工，以实现隧道施工的多道工序能够一机多元化。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是涉及一种隧道拱架锚杆施工装置及包含该隧道拱架锚杆施工装置的隧道施工设备。

背景技术

在钻爆法隧道施工作业中，遇到软弱围岩时，需及时安装拱架作为初期支护，以控制围岩变形，防止坍塌；同时进行锚杆施工，增加岩石自稳性；拱架、锚杆安装质量直接影响了隧道施工进度及施工质量(如：若拱架的选型与连接不达标，拱架间距不符合设计要求，会导致拱架在立拱后支撑强度不足而产生变形、坍塌；若立拱后没及时进行锁脚锚杆施工，会耽误全环封闭时间等)，因此，拱架、锚杆施工过程要严格按照相关标准进行，拱架及其连接螺栓的选型也要符合要求，锚杆施工要及时，以预防因拱架、锚杆安装质量问题而造成的施工事故。

长期以来，基于节省成本、扩大就业等方面的考虑，在隧道施工中大量使用人工，但随着隧道建设规模的扩大、施工标准的不断提高及地质条件的复杂性，单纯依靠增加劳动力已无法满足隧道施工的高质量要求。完善的机械化配套作业成为大规模隧道建设的必然选择。

发明内容

本发明提供了一种隧道拱架锚杆施工装置，包括底部支撑机构、抓取机构和凿岩机构；所述底部支撑机构包括支撑座以及设置于支撑座上的第一回转组件；所述抓取机构包括与底部支撑机构相连的机械臂组件以及设置于机械臂组件上的抓手组件；所述凿岩机构包括与底部支撑机构相连的第二回转组件以及设置于第二回转组件上的凿岩组件。

可选的，所述第二回转组件包括第二回转驱动件、安装座和第三回转驱动件；所述第二回转驱动件设置于连接底座上；所述安装座设置于第二回转驱动件上，安装座通过第二回转驱动件的驱动进行回转；所述第三回转驱动件连接安装座和凿岩组件。

可选的，所述凿岩组件包括推进梁底座和设置于推进梁底座上的推进驱动件，所述推进梁底座安装于第三回转驱动件上，且推进梁底座与推进驱动件之间设有滑移结构。

可选的，所述第二回转驱动件和第三回转驱动件均设置为回转盘、回转电机、回转油缸、减速机、液压马达或齿轮盘回转结构中的一种。

可选的，所述第一回转组件包括第一回转驱动件和连接底座；

所述第一回转驱动件设置于支撑座上；

所述连接底座设置于第一回转驱动件上。

除上述结构外，该隧道拱架锚杆施工装置还包括吊篮，所述吊篮可拆卸设置于抓取机构和凿岩机构之间。

除上述结构外，该隧道拱架锚杆施工装置还包括管路防护罩，所述管路防护罩设置于支撑座上。

本发明还提供了一种隧道施工设备，其特征在于，包括位移驱动装置、伸缩臂架以及如上述所述的隧道拱架锚杆施工装置；所述位移驱动装置用于驱动伸缩臂架以及隧道拱架锚杆施工装置在隧道内进行位移；所述伸缩臂架连接位移驱动装置和隧道拱架锚杆施工装置中的底部支撑机构，用于举升隧道拱架锚杆施工装置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明中提供的隧道拱架锚杆施工装置，通过将抓取机构和凿岩机构设置于同一底部支撑机构上，从而实现拱架安装、锚杆施工(锁脚锚杆、系统锚杆)、超前小导管施工，以实现隧道施工的多道工序能够一机多元化。

(2)本发明将隧道支护中的拱架安装、锚杆施工(包括锁脚锚杆施工、系统锚杆施工)和超前小导管作业结合起来，将其对应的功能结构集成到一个机构上，实现了一套支护设备具备四个作业工序功能，减少了支护作业设备数量，缩短拱架安装、锁脚锚杆施工、系统锚杆施工和超前小导管作业四工序的衔接时间，有效地降低了施工成本，提高了施工效率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例中一种隧道拱架锚杆施工装置的轴测示意图；

图2是图1中凿岩机构的轴测示意图；

图3是本发明实施例中一种隧道拱架锚杆施工装置夹取拱架段时的示意图；

图4是本发明实施例中一种隧道拱架锚杆施工装置锚杆施工时的示意图；

图5是本发明实施例中一种隧道拱架锚杆施工装置超前小导管施工时的示意图。

其中：

1、底部支撑机构，1.1、支撑座，1.2、第一回转驱动件，1.3、连接底座；

2、抓取机构，2.1、抓手组件；

3、凿岩机构，3.1、第二回转驱动件，3.2、安装座，3.3、第三回转驱动件，3.4、推进梁底座，3.5、推进驱动件；

4、吊篮，5、管路防护罩，6、拱架段，7、锚杆。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点等能够更加明确易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精确比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施；本发明中所提及的若干，并非限于附图实例中具体数量；本发明中所提及的‘前’‘中’‘后’‘左’‘右’‘上’‘下’‘顶部’‘底部’‘中部’等指示的方位或位置关系，均基于本发明附图所示的方位或位置关系，而不指示或暗示所指的装置或零部件必须具有特定的方位，亦不能理解为对本发明的限制。

本实施例：

参见图1和图2所示，一种隧道拱架锚杆施工装置，包括底部支撑机构1、抓取机构2和凿岩机构3。

所述底部支撑机构1包括支撑座1.1以及设置于支撑座1.1上的第一回转组件，所述第一回转组件包括第一回转驱动件1.2和连接底座1.3，所述第一回转驱动件1.2安装于支撑座1.1上，所述连接底座1.3安装于第一回转驱动件1.2上并通过第一回转驱动件1.2的驱动进行回转。此处优选：第一回转驱动件1.2优选设置为回转盘、回转电机、回转油缸或液压马达驱动齿轮盘回转结构中的一种。

所述抓取机构2包括伸缩臂组件和抓手组件2.1，所述伸缩臂组件的一端安装于连接底座1.3上，伸缩臂组件的另一端延伸设置并安装有抓手组件2.1；所述抓手组件2.1对隧道施工所需的目标物(此处目标物包括拱架段、施工工器具等)进行抓取。

所述凿岩机构3包括第二回转组件以及设置于第二回转组件上的凿岩组件，所述凿岩组件设置于第二回转组件上，用于对隧道施工过程中可采用推进(此处推进包括钻进、推导等方式)的方式进行施工的工具(此处工具包括锚杆、超前小导管等)实现施工。

可选的，所述第二回转组件包括第二回转驱动件3.1、安装座3.2和第三回转驱动件3.3；所述第二回转驱动件3.1设置于连接底座1.3上；所述安装座3.2设置于第二回转驱动件3.1上，安装座3.2通过第二回转驱动件3.1的驱动进行回转；所述第三回转驱动件3.3连接安装座3.2和凿岩组件，且第三回转驱动件3.3的中心轴线与第二回转驱动件3.1的中心轴线相互垂直设置。此处优选：第二回转驱动件3.1和第三回转驱动件3.3均优选设置为回转盘、回转电机、回转油缸或液压马达驱动齿轮盘回转结构中的一种。

可选的，所述凿岩组件包括推进梁底座3.4和设置于推进梁底座3.4上的推进驱动件3.5，所述推进梁底座3.4安装于第三回转驱动件3.3上，且所述推进驱动件3.5和推进梁底座3.4之间设有滑移结构，从而通过推进驱动件3.5在推进梁底座3.4上前后滑移，使推进驱动件3.5在隧道施工过程中精准定位。此处优选：所述推进驱动件3.5的具体结构请参考本领域的现有技术；所述滑移结构优选设置为滑轨滑块等滑移组件。

除上述结构外，该隧道拱架锚杆施工装置还包括吊篮4，所述吊篮4采用可拆卸的方式安装于连接底座1.3上，且设置于伸缩臂组件和第二回转驱动件3.1之间。

除上述结构外，该隧道拱架锚杆施工装置还包括管路防护罩5，所述管路防护罩5设置于支撑座1.1上，用于对该隧道拱架锚杆施工装置中所涉及的线路、管路进行集成并防护。

上述所述的隧道拱架锚杆施工装置的操作流程如下：

(1)参见图3所示，当需进行拱架段6的拼装时，凿岩机构处于初始状态(即凿岩机构处于远离抓取机构的一端，吊篮安装于凿岩机构和抓取机构之间)，抓取机构中的抓手组件在伸缩臂组件的驱动下从地面或工作台面夹取拱架段，夹取拱架段后抓手组件在伸缩臂组件的驱动下运行至拱架段进行拼装的指定位置，以便操作人员进行拱架段的拼装；

(2)参见图4所示，当需进行锚杆7施工时，拆除吊篮，凿岩组件在第一回转组件和第二回转组件的驱动下旋转到前端，和掌子面平行，抓手组件旋转到后方；在伸缩臂组件的驱动下凿岩机构移动到靠近四周岩壁附近，在第一回转组件和第二回转组件的驱动调整下，推进梁和岩壁垂直，前端缓冲垫抵在岩壁上，进行锚杆孔钻孔作业，钻好后移到下一个孔位继续钻孔，当所有的锚杆孔钻完以后，臂架收回，将吊篮重新快接上，将锚杆放在吊篮上，臂架举升人员安装锚杆。

(3)参见图5所示，当需进行超前小导管施工时，拆除吊篮，凿岩组件在第一回转组件和第二回转组件的驱动下旋转到前端，抓手组件旋转到后方；在伸缩臂组件的驱动下凿岩机构被举升到靠近掌子面最后一榀拱架拱顶位置，钻杆穿过拱架上超前小导管作业预留孔，在第二回转组件的驱动下旋转至与隧道掌子面成一定夹角(倾斜向上，夹角大小具体根据超前小导管的施工要求而定)，凿岩组件进行超前小导管的施工，钻好后移到下一个孔位继续钻孔，当所有的超前小导管孔钻完以后，臂架收回，将吊篮重新快接上，将超前小导管放在吊篮上，臂架举升人员安装超前小导管。

本发明还提供了一种隧道施工设备，包括位移驱动装置、伸缩臂架以及如上述所述的隧道拱架锚杆施工装置；所述位移驱动装置用于驱动伸缩臂架以及隧道拱架锚杆施工装置在隧道内进行位移，以将隧道拱架锚杆施工装置运行至需施工段；所述伸缩臂架连接位移驱动装置和隧道拱架锚杆施工装置，用于举升隧道拱架锚杆施工装置，以将隧道拱架锚杆施工装置运行至施工高度，并配合伸缩臂组件的驱动使抓手组件能够顺利从地面或工作台面上抓取到目标物。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。