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隧道用拱架台车施工技术浅析

发表时间：2021/4/15 来源：《基层建设》2020年第32期作者：冯艳秋张强

[导读] 摘要：我国隧道建设发展飞快，传统人力安装拱架已经不能满足施工需求。拱架台车作为专用机械化施工设备，已逐渐走进施工工地。

        徐州徐工铁路装备有限公司江苏徐州 221004
        摘要：我国隧道建设发展飞快，传统人力安装拱架已经不能满足施工需求。拱架台车作为专用机械化施工设备，已逐渐走进施工工地。本文介绍了拱架台车的结构组成和施工原理，分析了国内外拱架台车的发展现状。
        关键词：拱架台车；锚喷支护；锚喷支护；隧道建设
        概述
        拱架台车是地下空间或隧道施工配套设备中的关键设备之一，主要应用于隧道或地下空间拱架的安装、挂钢筋网片、纵联钢筋焊接、锚杆安装焊接、超前小导管安装等。拱架台车可自主行走，通过臂架的伸缩和角度调整适应不同施工范围。目前在欧、美、日等发达国家的软岩支护作业中，拱架台车已被广泛使用。
        1 结构组成
        拱架台车如图1所示，主要由动力系统、传动系统、电气系统、驾驶室总成、液压系统、工作臂、车架总成、底盘等系统组成。其中动力以柴油机或电机为主；底盘以轮式工程底盘、履带底盘或汽车底盘为主；采用液压传动或液力—机械传动形式为主；工作臂又分单臂、两臂、三臂形式。

图1 拱架台车

                     图2 施工工序
        2 施工原理
        拱架台车工作臂，可以进行伸缩变幅、上下角度调整和左右角度摆动，以达到工作范围内的任意位置到达。臂架前端设置操作、工作平台，平台可360°转动和平台角度调整，以达到最优工作位置。臂架设置角度可调的工作夹具，夹取、支撑、安装拱架。
        拱架台车施工时，与凿岩台车、湿喷机、仰拱栈桥等，共同组成成套化施工，主要施工工序如图2所示。拱架台车除安装拱架作业外，还可作为登高平台，降低凿岩台车的使用频率。
        3 国外拱架台车发展现状
        上世纪八十年代，欧洲相继开发了针对隧道施工的大型专业工程设备。发展到九十年代，欧洲、日本等国已掌握了拱架台车的设计制造技术，并在台车上运用诸多先进控制技术。我国拱架台车研究时间比较短，但依托工程机械产品基础，发展十分迅速。
        3.1单臂拱架台车
        单臂拱架台车，仅具有一个工作臂和工作平台，具有生产制造成本低的优点，主要生产厂家有芬兰挪曼尔特公司和德国的GTA 公司。其中挪曼尔特公司的Himec9915BA拱架台车，采用单臂液压驱动定位，具有抓取力大、作业范围大作业等特点，其最大抓取重量达1350kg，平台最大举升高度9.1m，拱架抓举最大高度为11m，可满足常规隧道快速高效施工要求。

                              图3 单臂拱架台车
        单臂拱架台车安装设备，由于臂架数量限制，只能进行单点抓举，存在拱架挠度大、安装定位困难等缺点，目前国内较少。
        3.2 双臂型拱架台车
        双臂拱架台车具有两个工作臂，可双点抓取，即可进行整体拱架安装，也可将拱架分为两节进行安装，其施工灵活性、安装定位精度和施工进度优于单臂拱架台车。目前生产双臂拱架台车的企业主要有：日本古河、日本FTS、日本TOYU、湖南五新等公司。其中日本古河公司的MCHI220Z型较为典型，该机重达55t，带有两个工作臂和一个吊篮臂，其两个工作臂用于抓取钢拱架，操作灵活。
        双臂拱架台车，通常还带有一个混凝土喷射机械手，拓展了设备的功能，提高了设备的适用范围和施工使用效率。

                      图4 双臂拱架台车
        3.3 三臂型拱架台车
        国外拱架台车技术先进，但存在普遍价格较高，国内施工适应性低的问题。为解决我国隧道建设中机械化配套施工需要，国内徐工铁装、铁建重工、中铁装备、蓝海智能等生产厂家开始大力研制国产拱架台车。
        三臂拱架台车一般具有一主二辅三个工作臂，施工过程中，拱架自身刚度更高、安装就位的准确度和灵活性更强。在底盘行走方面，有履带底盘式、汽车底盘式、工程轮式底盘等；在应用方面，除常规拱架安装外,还可进行挂设风筒布、配合装药、测量、注浆和检测等其他辅助性施工。

                  图5 三臂拱架台车
        4 主要参数对比分析
        表1为国内拱架台车的主要参数，通过对比可以发现：1）各厂家基本以双动力（柴油+外接电源），三臂架结构型式为主；2）底盘型式主要轮式工程底盘和履带底盘为主，轮式工程底盘行驶速度大部分在15km/h，履带底盘速度较慢为2.8 km/h，爬坡能力基本在12-17°范围内；3）整机质量32-45t，安装高度基本在12-13m，安装宽度16-26m之间。
                                                                  表1 拱架台车主要参数对比

        5、结论
        拱架台车作为一种专用施工设备，具有效率高、强度低、施工安全等优点，本文介绍了拱架台车的结构组成、施工工序，并重点介绍分析了当前国内外的技术现状。
        拱架台车可用于软岩隧道的拱架安装，能有效控制围岩变形，防止坍塌，对于提升我国隧道施工水平意义深远。
        参考文献：
        [1]毛新永.软弱围岩隧道仰拱及衬砌跟进开挖面施工技术[J].建筑机械,2018，(5)：104-108.
        [2]姜超,石修灯,路修强，等.拱架台车的研究现状与发展趋势[J].建筑机械,2020，(9):12-15.
        [3]张茂仪，王连兴.国内外拱架台车的概况与发展趋势[J].建设机械技术与管理,2018(3):73-77.
        [4]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):12-13.
        作者简介：冯艳秋（1985—），女，内蒙古通辽人，工程师，硕士，研究方向：工程机械开发与设计。