隧道用拱架臺車設(shè)計及應(yīng)用

馮艷秋 張強 李高峰

[摘 ? ?要]拱架臺車是安裝支護拱架的專用機械設(shè)備，在歐、美、日等發(fā)達國家的圍巖支護作業(yè)中廣泛使用。文章主要對TGC1300拱架臺車的結(jié)構(gòu)組成、主要參數(shù)、施工特點以及施工應(yīng)用等方面進行了分析。

[關(guān)鍵詞]拱架臺車;隧道施工;施工機械

[中圖分類號]U455.3 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–00–03

[Abstract]The arch frame trolley is a special mechanical equipment for installing supporting arch frames， which is widely used in surrounding rock support operations in developed countries such as Europe， America， and Japan. Mainly analyze the structure composition， main parameters， construction characteristics and construction application of TGC1300 arch trolley.

[Keywords]arch frame trolley; tunnel construction; construction machinery

近十幾年來，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，國內(nèi)隧道建設(shè)總量已躍居世界前列。隧道在掘進過程，需要進行支護，以防止空頂部分巖體脫落或塌方。而拱架臺車是安裝支護拱架的專用機械設(shè)備，能夠保證安裝過程的安全和質(zhì)量，同時降低施工勞動強度。在歐、美、日等發(fā)達國家的圍巖支護作業(yè)中，拱架臺車已被廣泛使用，而我國還是以人工為主。

為提高隧道施工技術(shù)整體技水平，徐工研發(fā)了TGC1300拱架臺車，本文主要對其結(jié)構(gòu)組成、主要參數(shù)、施工特點以及施工應(yīng)用等進行了介紹。

1 結(jié)構(gòu)組成及主要參數(shù)

1.1 主要結(jié)構(gòu)組成

TGC1300拱架臺車采用輪式工程底盤、三臂架結(jié)構(gòu)，主要結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，包括車架總成、動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、駕駛室總成、工作臂、作業(yè)平臺等。

1.1.1 底盤

采用輪式工程底盤，四驅(qū)動力傳動、全轉(zhuǎn)向車橋和濕式停車加鉗盤駐車制動設(shè)計，具有體積小、速度快、轉(zhuǎn)彎半徑小、制動安全可靠等優(yōu)點。

1.1.2 上車

采用整體車架結(jié)構(gòu)并采用高穩(wěn)定性的支腿前擴、后固定設(shè)計;動力系統(tǒng)采用120 kW道依茨發(fā)動機加135 kW西門子電機的柴電雙動力組合方式設(shè)計;同時配置基于人機工程設(shè)計的封閉結(jié)構(gòu)、全視野外窗的駕駛室。

1.1.3 工作臂與平臺

采用一主二輔組合的三臂機械手設(shè)計，中位主臂具有重載伸縮功能和多自由度夾具機械手，能夠快速實現(xiàn)就地抓舉、微調(diào)定位拱架;兩側(cè)輔臂起高位抓舉、連接拱架單元作用，并能高效完成拱架在拱腰、邊墻拱腳定位。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

TGC1300拱架臺車整機重34 t，主臂最大載荷1 500 kg，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2 主要施工特點

2.1 轉(zhuǎn)彎半徑小

TGC1300拱架臺車的輪式工程底盤，最高行駛速度可達15 km/h，外側(cè)最小轉(zhuǎn)彎半徑達11 m，內(nèi)側(cè)最小轉(zhuǎn)彎半徑達到6 m，具有行駛通過性能優(yōu)越，可滿足設(shè)備狹小空間靈活移動的特點，如圖2所示。

2.2 作業(yè)覆蓋范圍大

TGC1300拱架臺車最大作業(yè)高度13 m，最大作業(yè)寬度17 m，作業(yè)平臺最大覆蓋范圍達180 m2，屬于較大覆蓋范圍設(shè)備，可滿足特大斷面隧道施工建設(shè)需求，如圖3～圖5所示。

2.3 適應(yīng)性強

TGC1300拱架臺車采用輪式工程底盤、電/柴雙動力系統(tǒng)，可滿足隧道內(nèi)多種路面工況和環(huán)保要求。此外，一體化集約設(shè)計的工作臂與作業(yè)平臺，可覆蓋高鐵雙線180 m?以下開挖斷面，最大適應(yīng)5 m開挖進尺要求;同時兼顧全斷面、微臺階法、長臺階法隧道開挖施工作業(yè)。

2.4 控制先進

全車采用多動作復合、無干擾的主輔泵和負載敏感控制設(shè)計、電液比例控制技術(shù)，具有響應(yīng)快、定位精確、作業(yè)高效等優(yōu)點。此外，基于PLC控制器加傳感檢測技術(shù)的作業(yè)監(jiān)控與報警設(shè)計，人機交互友好、操作更安全。

3 施工案例介紹

深圳羊臺山贛深高鐵隧道，全長3 534 m，采用臺階法+上臺階導洞先行的施工工法。由于該隧道巖層較硬，巖爆幾率較小，爆破、清渣、混凝土噴漿后繼續(xù)向前推進，然后進行拱架安裝。TGC1300拱架臺車在施工過程中進行了安裝拱架的工作，其主要工作過程如圖6所示，各工序施工時間統(tǒng)計如表2所示。

TGC1300拱架臺車在施工過程中，單拱作業(yè)時間約57 min。從表3可以刊出，與傳統(tǒng)人工架拱相比，在施工時間、施工效率、勞動強度、安全性等方面具有優(yōu)勢;但也存在采購投入及維護成本高、人員要求高等局限性。

5 結(jié)束語

TGC1300為三臂型拱架臺車，采用輪式工程底盤、柴電雙動力系統(tǒng)，具有轉(zhuǎn)彎半徑小、作業(yè)覆蓋范圍大、適應(yīng)性強、控制先進等特點。

TGC1300拱架臺車作為一種專用施工設(shè)備，具有效率高、強度低、施工安全等優(yōu)點，可用于軟巖隧道的拱架安裝，能有效控制圍巖變形，防止坍塌，在我國將會有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1] 毛新永.軟弱圍巖隧道仰拱及襯砌跟進開挖面施工技術(shù)[J].建筑機械，2018（5）：104-108.

[2] 姜超，石修燈，路修強，等.拱架臺車的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].建筑機械，2020（9）：12-15.

[3] 張茂儀，王連興.國內(nèi)外拱架臺車的概況與發(fā)展趨勢[J].建設(shè)機械技術(shù)與管理，2018（3）：73-77.

[4] 楊文龍. XM1200三臂拱架臺車在大斷面軟弱圍巖隧道施工中的應(yīng)用[J].隧道建設(shè)，2018，38（S2）：352-357.

[5] 黃維科，陳加寶，張利斌，等.龍昌公路隧道Ⅳ級圍巖大斷面機械化施工技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2020，40（8）：1203-1210.

[6] 倪平利.新型隧道支護作業(yè)設(shè)備鋼拱架安裝臺車的研究及應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程，2020（18）：12-13.