一種新型隧道錨桿臺車設計

周遠航，劉瑞慶，李大偉

（中鐵隧道集團有限公司專用設備中心，河南洛陽 471009）

0 引言

隧道建設是鐵路、公路建設的關鍵環節，建設難度大、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”戰略規劃和“2020年全面建成小康社會”的宏偉目標，加速了中西部地區道路交通的建設。西部地區山川相連，地質活躍，隧道建設難度大、風險高，建設過程中需要進行錨護作業，隧道錨桿臺車是隧道錨護作業的專用施工設備，其具有施工快速、高效、便捷的優點。

國外錨桿臺車技術成熟，產品性能優良，但價格高，供貨周期長，保養維修難度大，對操作人員要求高；國內錨桿臺車研制處于起步階段，產品質量不穩定，售后服務差[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，不利于國內施工企業發展，制約了國內隧道工程建設[3]。因此，本文在借鑒國外先進機型的基礎上，結合國內隧道施工特點，設計一種性能穩定、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，滿足國內隧道建設的需求。

1 總體結構及工作原理

隨著國內隧道建設的增多和施工難度的加大，立足國內隧道建設的特點與國情，設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、錨桿安裝系統、注漿系統、電氣系統、液壓系統、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]。錨桿臺車的結構如圖1所示，主要參數如表1所示。該機行走動力由發動機提供，工作動力由主電機提供，臺車鑿巖系統、工作平臺與空壓機動力由液壓系統提供，拌漿、注漿與水泵動力由電氣系統提供。

圖1 新型隧道錨桿臺車結構示意圖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，實現鉆桿定位和鉆孔，鉆孔結束后，鉆臂落下，工人控制工作平臺升至錨桿孔位置，根據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，采用錨桿安裝器將錨桿安裝在錨桿孔內，安裝預先制作的鋼筋網片，采用濕噴臺車噴射混凝土，錨護作業完成[5]。

表1 新型隧道錨桿臺車主要參數Table 1 The main parameters of new type tunnel anchor rig

2 主要部件結構與參數

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、液壓系統等組成，鉆臂結構如圖2所示，主要參數如表2所示。

工作時，鉆臂由主操控臺進行控制，根據隧道錨護需求，調節鉆臂大梁擺動油缸、鉆臂伸縮梁調節油缸、鉆臂俯仰油缸、推進梁翻轉油缸的伸縮量和拐臂油泵的旋轉角度，實現鉆桿的準確定位，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，鑿巖機自身產生沖擊和旋轉兩種動作，在鑿巖機推進油缸的作用下前進，多種運動組合實現對隧道開挖面的鉆孔作業[6]。鉆臂一次鉆孔深度為4 mm，通過接桿可以實現30 mm的最大鉆孔深度。多級定位調節裝置可以快速準確實現鉆桿的定位，且鉆臂工作結構尺寸小、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、吊籃調平油缸、錨桿安裝器、錨桿、注漿軟管、沖洗接頭、控制系統、液壓系統等組成，工作平臺結構如圖3所示，主要參數如表3所示。

工作時，工人操作吊籃上的控制系統，調節工作平臺大梁擺動油缸、工作平臺伸縮梁調節油缸的伸縮量，將吊籃移動至錨桿孔位置。根據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，去除孔內雜質。采用注漿軟管將預制的水泥砂漿注進錨桿孔內，將錨桿采用錨桿安裝器安裝在錨桿孔內，達到一定結構強度后，將預先制作的鋼筋網片安裝在錨桿上。工作平臺為雙控制系統，即主操控臺和工作平臺上均可實現對工作平臺的控制，當工人在吊籃上工作時，啟動吊籃上的鎖定開關，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]。吊籃上設置緊急開關，當出現緊急情況時，打開緊急開關，吊籃會緩緩放下。吊籃上方設有護罩，防止隧道塌方時對吊籃上的工人產生傷害。吊籃上的調平油缸由傳感器控制，當吊籃底板傾斜時自動調節吊籃調平油缸，使吊籃始終處于水平狀態[8]。

圖2 鉆臂結構示意圖Figure 2 The schematic diagram of drilling arm

表2 鉆臂主要參數Table2 The main parameters of drilling arm

圖3 工作平臺結構示意圖Figure 3 The schematic diagram of working platform

表3 工作平臺主要參數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、安裝錨桿設置，主要由主電機、發動機、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，主要參數如表4所示[9]。

表4 其余部件參數Table 4 The parameters of remaining parts

3 結論

本文設計的新型錨桿臺車可以一次完成定位、鉆孔、清孔、注漿、安裝錨桿和鋼筋網片等工序。一臂一平臺的設計，符合國內隧道錨護施工的現狀和需求，工序上相互配合可節約錨護時間；將注漿系統附設在臺車上，功能齊全，減輕施工企業的采購和售后工作量；采用機械傳動系統、液壓傳動系統、電液混合控制系統，提高了機械的自動化程度，對國內錨桿臺車的發展提供一定的借鑒作用。

參考文獻：

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［2］馬輝，劉仁智，陳壽根，等.當前鐵路隧道施工亟待解決的若干技術問題［J］.現代隧道技術，2011（05）：1-6.

［3］賀立軍.新型全液壓多功能錨桿鉆機關鍵技術的研究［D］.北京：中國地質大學，2010.

［4］楊善國.液壓錨桿鉆機設計研究［D］.北京：中國礦業大學，2009.

［5］王發玲，劉才華，龔哲.順層巖質邊坡錨桿支護機制研究［J］.巖石力學與工程學報，2014（07）：1465-1470.

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［7］梁月英.土層擴孔壓力型錨桿的錨固機理研究［D］.北京：中國鐵道科學研究院，2012.

［8］郝亮.全液壓鑿巖臺車鉆臂的有限元分析及優化設計［D］.石家莊：石家莊鐵道大學，2014.

［9］劉鵬飛.基于掘錨一體化技術的山特維克掘錨機應用研究［J］.中國煤炭，2010（07）：85-87.