新型隧道支护作业设备钢拱架安装台车的研究及应用

新型隧道支护作业设备钢拱架安装台车的研究及应用

常松帅,王要国

河南省耿力工程设备有限公司

471100

摘要：现阶段，铁路和公路隧道在实际开展支护作业的过程中包含的一道关键流程为立钢拱架，传统期间借助人工或简易的机械搭设方法，具有耗费精力较多，时间长，效率低下的问题，且安全性缺失，容易出现人员的伤亡问题，还有设备的安全事件发生。随着当前国家大力推行隧道施工机械化发展这一政策，就需要相关领域提起重视，做好隧道施工的机械化智能化发展。基于此，本文中笔者将针对新型隧道支护作业设备钢拱架安装台车的研究及其应用进行分析，以期提供一定理论指导和参考，更好促使当前新型隧道支护作业设备钢拱架安装台车的机械化发展。

关键词：新型隧道支护作业设备；钢拱架安装台车；研究应用

国内的铁路公路隧道在实际施工期间主要应用钻爆法。立钢拱架属于隧道支护作业开展期间的关键工序步骤，钢骨架安装台车一般应用于铁路公路隧道内的钢拱架安装工作，能起到一定的辅助影响作用，由此实现安装锚网，锚杆，装药，牵拉处理，排线等作业达到既定理想成效。总之，稳定可靠、适应性更强、操作简便、维护性高、安全性高、环保性能凸显、智能化机械化程度更高的新型拱架安装台车，将成为未来的行业内应用和发展趋势[1]。

一、钢拱架安装台车研究背景

1隧道施工的需求不断增长

我国早前基于当前时代背景下提出一带一路全球性的发展倡议，由此对基础建设配套设施方面也提出要求，需要其强化持久性的特征，国内的基础设施建设将持续大力投入，并且城际快速通道会实现快速的发展。加之当前西部大开发的深入，新建铁路公路网的数量不断增长，同时国内不同区域的地质条件差异性就决定了各类的隧道建设数量日趋增长。同时，这也是当前国家安全环保节能法律法规的实际要求和发展必然。

2隧道施工工法的革新

现阶段，隧道施工市场对于实际的隧道施工技术提出严格的要求，所普及使用的传统人工开挖成本逐渐增长，但综合效益依旧持平。同时，出现安全质量事故和职业病等问题严重困扰当前施工的稳定进展[2]。围绕着传统的钻爆法所开展的施工，具体涉及的设施面临着更新换代的变革需求。除此之外，积极响应国家所大力推行的隧道施工机械化号召，同时对于强化隧道施工的机械化水平、促进隧道施工全面机械化的发展进程方面，也提出了严格的要求。

二、拱架安装台车技术状况

    拱架安装台车的具体技术应用状况分为两种，一种是进口，一种是国产。

首先，进口拱架安装台车。代表机型为NORMET UTILIFT 2000，有两根抓臂加两个工作平台的结构，行走方式为轮式自行走，抓臂的底座为骨架式，主要在欧洲区域开展相应的钢拱架安装工作，前提是基于严格的现场工艺规范约束下；当前铁路隧道、公路隧道的实际工况条件在国内呈现发生明显变化的情况，因此很难实现有效地适应，因此其在国内的应用相对较少，且推广面呈现受限的情况[3]。

其次，国产拱架安装台车。主要的代表机型分为两个厂家，第一个是铁建重工SCD112A，该机型的主要应用技术是以NORMET UTILIFT 2000的基础之上进行局部的改进和提升。第二个是北京新能正源环境科技有限公司的JC3B1250型号，工作结构是三根抓臂加三个工作平台的，行走方式为履带式自行走，抓臂的底座应用了固定摆动式，设置的行驶速度在2.8km/h，立拱的过程需要超过六个人靠近拱顶和掌子面，一般适用于截面相对较大的隧道拱架安装工作开展。

三、新型拱架安装台车的技术优越性解析

1更凸显安全、环保、节能的使用优势

控制系统之中主要应用了低压控制系统，且配置了相应的倒车警示灯、机械手作业指示灯；机械臂的回转更加安全；在整车模式下，可以实现全景的实时监控。

行车制动主要采取双回路液压制动，更加安全可靠；机械手、平台自动的调平设计优势存在，因此实际的作业更加平稳；国Ⅲ电喷柴油发动机具有燃油经济性高，废气排放量低的优势；IE3高效三相的交流异步电机既高效又节能，同时噪音相对较小不会对操作人员产生影响[4]。

2动力及行驶的性能更加优越

主要采用了双动力系统为驱动，可以满足全工况下的拱架安装实际施工规范；最大时速可高达20km/h，爬坡度在30%。且隧道的进场、山路转场能做到轻松、自如、快速；离地的间隙在450mm，接近角和离去角分别为20°，行驶的通过性能更加优越。

3整机的设计更加先进且完善

整机主要采用了正T型结构的全工程底盘，为四轮驱动的模式；三臂的全回转结构设计，凸显结构紧凑的特点，展臂的回收更加自如灵活，属于国内首创机型且使用成效较为理想，现如今已获取国家的发明专利；基于整机的实际模拟工况下能够实现最优化的匹配设计，重心位置得更加科学合理、通过性能更加完善，且呈现出抗倾覆性更强的优势[5]。

4操作、维护、保养工作的开展更加方便

该机型使用的是双无线遥控器操作，工作的平台更加独立，三臂机械手可以实现独立控制和同时的工作；操作的手柄、按钮、操作位置均符合工作人员的操控习惯，人机之间的交互体现流畅特点；设备和仪表的位置更加明显，便于实时监控设备的具体运行状态；整机的布置更加科学与合理，后续实际用于维护、保养和检修的空间较大，且便于工作人员的操作。其中配置了旋转式驾驶室，使得工作人员的操作更加舒适，同时还可以拓宽个人的视野。

5作业的功能呈现多用途、幅域宽阔、效率更高的优势

可以更好满足铁路、公路隧道钢拱架（工字钢拱架、H型钢拱架、钢格栅拱架）的实际安装需求，且具备安装锚网、锚杆、装药、欠挖处理、隧道检测排险等辅助作业的性能；拱架机械手之上在必要的情况下可允许加装工作吊篮，三工作臂可实现单独或平行的作业；拱架机械手能实现近地面的抓取处理，快捷进行装夹；拱架的机械手电比例控制更灵活、精准、快速实现拱架的安工序装；单臂机械手的最大夹持重量最大为1t，实际的作业高度可达12.8m，且该数据是现阶段国内最高。工作平台机械手的额定荷载为500kg，平台的面积经过计算为1.2mx1.6m[6]。

四、新型拱架安装台车的技术发展趋势

现阶段国内的铁路、公路隧道拱架安装台车实际发展趋势的分析结果为：倾向于轮式自行走方式，主要原因在于其机动性更强；抓臂、工作平台臂更加灵活、反应更加迅速，且操作性好，安装的工作效率较高；隧道内的施工适应性更好，可以随着隧道截面的变化和开挖工艺的变化进行动态改变，满足实际的应用续期；实现一个机型多个性能，多功能辅助隧道施工作业开展；维护检修更方便；智能化发展，实现无人操作。

结束语：

综合上述所言不难看出，随着当前钢拱架安装台车的深入研究和推广普及，将会于铁路、公路隧道钢拱架施工作业中实现机械化发展。由此，极大程度上保障钢拱架安装施工的安全和施工质量达到既定理想成效。提升钢拱架安装安全和工作质量的同时，可以降低劳动力和劳动的强度，预防隧道职业病问题的出现。不难看出，对于国内隧道施工技术整体水平的强化，具有重要的影响意义和推动作用。

参考文献

[1]倪平利. 新型隧道支护作业设备钢拱架安装台车的研究及应用[J]. 中国设备工程， 2020(18):2.

[2]章良兵. 大跨矿山法隧道新型支护结构关键技术研究及工程应用[D]. 北京建筑大学.

[3]王博. 软弱围岩隧道钢拱架安装台车工作装置的结构分析与优化研究[D]. 长安大学.

[4]熊朝家. 瓦斯隧道新型机械连接式钢拱架锚喷支护施工技术研究[J]. 智能建筑与工程机械.

[5]王峰. 长大隧道钢拱架安装设备的研制与应用[J]. 国防交通工程与技术， 2015, 13(A01):2.

[6]曲海锋， 朱合华， 黄成造，等. 隧道初期支护的钢拱架与钢格栅选择研究[J]. 地下空間與工程學報， 2007, 3.