【技术实现步骤摘要】
一种隧道开挖施工装置及方法
[0001]本专利技术属于隧道施工
，具体的说，涉及一种隧道开挖施工装置及方法。
技术介绍
[0002]隧道是公路、铁路等建设的重点和关键工程。随着铁路建设的发展和科技的进步，隧道开挖方法得到了迅猛发展。比较常用的开挖方法有钻爆法、盾构法和掘进机法。由于钻爆法对地质条件适应性强，开挖成本低，特别适用于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施工，因此钻爆法仍是当前国内外常用的隧道开挖方法。
[0003]但是钻爆法通常采用人工钻孔或者改装的挖掘钻机进行钻孔后爆破，无论采用哪种方式，都需要在清理完碎石后才能通过拱架进行有效支撑，因爆破面较大，在完成有效支撑之前，存在隧道塌方的安全隐患。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供一种隧道开挖施工装置及方法，用于解决现有技术中采用钻爆法进行隧道挖掘时，不能及时进行有效支撑，因隧道爆破面较大，在完成有效支撑之前，存在隧道塌方的安全隐患的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种隧道开挖施工装置，包括钻孔台车，所述钻孔台车前端转动安装有扇形钻孔机构，扇形钻孔机构包括扇形结构的旋转机架和旋转电机，旋转机架上设有钻孔单元，钻孔台车上设置有旋转主轴，旋转电机经减速器与旋转主轴驱动扇形钻孔机构转动，以用于对隧道掌子面不同扇形钻孔区域进行钻孔作业。
[0006]进一步的，所述钻孔单元包括爆破钻孔单元和非爆破钻孔单元，非爆破钻孔单元位于旋转机架的边缘位置，爆破钻孔单元位于中间位置。>[0007]进一步的，所述非爆破钻孔单元包括第一钻孔单元、第二钻孔单元和第三钻孔单元，第一钻孔单元通过第一行走机构安装于旋转机架的一侧，第二钻孔单元通过第二行走机构安装于旋转机架的另一侧，第三钻孔单元通过第一弧线行走机构安装于旋转机架的弧形边缘区域。
[0008]进一步的，所述第一钻孔单元包括、第二钻孔单元和第三钻孔单元均包括钻机，且旋转机架的两侧及弧形边缘位置分别开设有用于对应的行走机构和钻机安装用的第一安装槽、第二安装槽和第三安装槽，各行走机构通过穿过安装槽的连杆与钻机相连，钻机上安装有钻杆。
[0009]进一步的，所述爆破钻孔单元包括摆臂和钻机，摆臂的一端转动安装于旋转机架的中心位置，另一端通过第二弧线行走机构安装于旋转机架的弧形边缘内侧区域，钻机通过第四行走机构安装于摆臂上，摆臂上开设有用于第四行走机构和钻机安装用的第四安装槽，第四行走机构通过连杆与钻机相连，钻机上安装有钻杆。
[0010]进一步的，所述钻孔台车包括履带行走机构和台车本体，台车本体顶端设有弓形
机架，弓形机架前端通过支撑杆与旋转机架相连，支撑杆一端与旋转机架固定连接，另一端通过滚轮与弓形机架活动连接，弓形机架前端开设有与滚轮适配的轮槽。
[0011]本专利技术还公开了一种隧道开挖施工方法，包括如下步骤：S1:划分区域，将隧道掌子面划分为A区和B区两面积相同的扇形区域；S2:确定爆破位置，确定A区中间区域为爆破位置，边缘为非爆破位置，并确定爆破位置的爆破孔和非爆破位置的钻孔的位置分布，非爆破位置孔距密集，爆破区域孔距相对稀疏；S3:A区域打孔，通过扇形钻孔机构对A区域的爆破孔和钻孔进行打孔作业，根据岩层结构确定孔径和孔深；S4:A区域爆破，爆破孔内进行炸药、延期导爆管雷管的安装，按照先中部后四周的顺序进行延时爆破，炸药用量根据岩层结构确定；S5:碎石清理，通过清理设备对A区域内爆破后的碎石进行清除，并对隧道形状进行修整，清理前通风吹散炮烟，喷淋除尘；S6:拱架支撑，通过若干个组装式拱架的第一拱架和弧形的连接架以及支撑结构对爆破后的A区域进行临时支撑，然后通过插入隧道墙体内的锚杆对组装式拱架锁紧固定于A区域隧道墙体上；S7:重复上述步骤S2
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S5，对B区域进行爆破作业，将若干个组装式拱架的第二拱架通过连接架与相对应的若干个第一拱架连接固定，对隧道整体进行支撑，并通过插入隧道墙体内的锚杆将第二拱架锁紧固定于B区域隧道墙体上，然后拆除支撑结构，通过扇形钻孔机构实现A区和B区钻孔作业的切换；S8:水泥喷浆，通过喷浆设备对支撑后的隧道墙体进行水泥喷浆处理，待水泥凝固后重复步骤S1
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S7。
[0012]进一步的，所述组装式拱架包括第一拱架、第二拱架和弧形的连接架，第一拱架和第二拱架通过连接架固定连接，且三者通过锚杆与隧道墙体固定，连接架的端部设有两连接板，中间设有连接套，第一拱架和第二拱架的顶端设有连接套，两拱架的架体上均设有连接套，每个拱架上两连接套的距离与连接架弧长一致，连接时，两拱架顶端的连接套位于连接架端部两连接板中间，并通过螺栓锁紧固定，若干个组装式拱架沿隧道深度方向均匀布置，且若干个第一拱架和第二拱架的底端通过底梁串连固定，拱架的架体及若干个连接架通过加强螺杆串连固定。
[0013]进一步的，所述S6中临时支撑的支撑结构包括底座、纵梁和沿隧道深度方向布置的若干个立柱，底座和纵梁通过若干个立柱固定连接，纵梁上设有若干组与连接套适配的连接耳，支撑结构对A区域支撑时，连接架一端与第一拱架顶端的连接套固定连接，另一端与第一拱架架体上的连接套固定连接，连接架中间的连接套位于每组连接耳之间，并通过螺栓固定连接。
[0014]进一步的，所述S7中进行隧道整体进行支撑时，拆除纵梁中间位置连接架上的连接套与连接耳，使连接架从第一拱架上的折叠状态变为展开状态后与第二拱架固定连接起来，再进行两端连接架的拆除和安装，拆除顺序由中间向两端。
[0015]本专利技术由于采用了上述施工装置及方法，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
（1）将隧道掌子面分为A区和B区两个区域，逐一爆破，相对于传统技术中全面爆破，该爆破面积小，在一定程度上降低了隧道坍塌概率，同时对隧道墙体进行及时有效的临时支撑，进一步保证了隧道墙体的稳定性；（2）确定各区边缘位置为非爆破位置，非爆破孔距密集，中间为爆破位置，爆破孔距稀疏，在爆破位置爆破过程中，密集的爆破孔一方面有助于岩石的破碎，另一方面可降低爆破对隧道墙壁的冲击力，起到隔离作用，提高安全系数，起到防止隧道塌方的作用；（3）采用扇形钻孔机构对作业区域的掌子面进行多位置同时钻孔，工作效率较高，并且通过旋转电机可驱动扇形钻孔机构在A区和B区切换，灵活性较高；综上，本专利技术提供的隧道开挖施工装置及方法，解决了现有技术中采用钻爆法进行隧道挖掘时，不能及时进行有效支撑，因隧道爆破面较大，在完成有效支撑之前，存在隧道塌方的安全隐患的问题，通过分区挖掘，临时支撑保证了隧道施工的安全，同时提高了施工效率，适用于隧道施工
附图说明
[0016]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。
[0017]在附图中：图1为本专利技术提供的一种隧道开挖施工方法的步骤图；图2为本专利技术实施例中隧道的掌子面划分和爆破孔及钻孔的分布图；图3为本专利技术实施例中扇形钻孔机构的工作示意图；图4为本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种隧道开挖施工装置，包括钻孔台车，其特征在于：所述钻孔台车前端转动安装有扇形钻孔机构，扇形钻孔机构包括扇形结构的旋转机架和旋转电机，旋转机架上设有钻孔单元，钻孔台车上设置有旋转主轴，旋转电机经减速器与旋转主轴驱动扇形钻孔机构转动，以用于对隧道掌子面不同扇形钻孔区域进行钻孔作业。2.根据权利要求1所述的一种隧道开挖施工装置，其特征在于：所述钻孔单元包括爆破钻孔单元和非爆破钻孔单元，非爆破钻孔单元位于旋转机架的边缘位置，爆破钻孔单元位于中间位置。3.根据权利要求2所述的一种隧道开挖施工装置，其特征在于：所述非爆破钻孔单元包括第一钻孔单元、第二钻孔单元和第三钻孔单元，第一钻孔单元通过第一行走机构安装于旋转机架的一侧，第二钻孔单元通过第二行走机构安装于旋转机架的另一侧，第三钻孔单元通过第一弧线行走机构安装于旋转机架的弧形边缘区域。4.根据权利要求3所述的一种隧道开挖施工装置，其特征在于：所述第一钻孔单元包括、第二钻孔单元和第三钻孔单元均包括钻机，且旋转机架的两侧及弧形边缘位置分别开设有用于对应的行走机构和钻机安装用的第一安装槽、第二安装槽和第三安装槽，各行走机构通过穿过安装槽的连杆与钻机相连，钻机上安装有钻杆。5.根据权利要求2所述的一种隧道开挖施工装置，其特征在于：所述爆破钻孔单元包括摆臂和钻机，摆臂的一端转动安装于旋转机架的中心位置，另一端通过第二弧线行走机构安装于旋转机架的弧形边缘内侧区域，钻机通过第四行走机构安装于摆臂上，摆臂上开设有用于第四行走机构和钻机安装用的第四安装槽，第四行走机构通过连杆与钻机相连，钻机上安装有钻杆。6.根据权利要求1所述的一种隧道开挖施工装置，其特征在于：所述钻孔台车包括履带行走机构和台车本体，台车本体顶端设有弓形机架，弓形机架前端通过支撑杆与旋转机架相连，支撑杆一端与旋转机架固定连接，另一端通过滚轮与弓形机架活动连接，弓形机架前端开设有与滚轮适配的轮槽。7.一种基于权利要求1所述的隧道开挖施工装置的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：S1:划分区域，将隧道掌子面划分为A区和B区两面积相同的扇形区域；S2:确定爆破位置，确定A区中间区域为爆破位置，边缘为非爆破位置，并确定爆破位置的爆破孔和非爆破位置的钻孔的位置分布，非爆破位置孔距密集，爆破区域孔距相对稀疏；S3:A区域打孔，通过扇形钻孔机构对A区域的爆破孔和钻孔进行打孔作业，根据岩层结构确定孔径和孔深...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛超，欧阳光，侯圆，唐小强，姜德奎，杨凯文，孟祥祥，胥健，王俊博，
申请(专利权)人：中电建路桥集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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