[发明专利]隧道衬砌高压水刀切割换拱设备及衬砌快速换拱切割方法

说明书

本发明公开了一种隧道衬砌高压水刀切割换拱设备，包括移动驾驶操作平台和施工承台，每根主伸缩臂的下端通过主轴铰接在施工承台上，位于中间的主伸缩臂的上端铰接安装有支撑托座用于切割时抵在被切割衬砌块上，主伸缩臂上还套装有位移滑块，位移滑块的一侧安装有伸缩杆，伸缩杆的端头铰接安装有高压水刀刀头，位于两侧的主伸缩臂各自配备有一个伸缩臂组，伸缩臂组是由A伸缩臂、B伸缩臂和C伸缩臂围成，并使两根C伸缩臂和两根横向伸缩臂共同围成一个面积可调的四边形架。同时，本发明还公开了一种衬砌快速换拱切割方法，实现降低污染，精确操作，安全高效作业的目的。

技术领域

本发明属于隧道施工设备技术领域，尤其涉及用于隧道衬砌换拱作业的切割设备，及其切割方法。

背景技术

隧道由于围岩压力复杂造成衬砌挤压变形过大，超过隧道设计限界时，需对变形过大超过限界的区域衬砌进行拆除换拱作业。现目前常用的换拱方式包括爆破法或人工风镐、炮锤拆除，采用爆破方法不易控制爆破能量与爆破范围，容易对衬砌背后围岩产生过度扰动，破坏围岩稳定性，或者造成过度爆破、爆破拆除不彻底；采用风镐或炮锤凿除，均为人工作业，施工效率低，产生大量粉尘与噪声污染。以上施工作业方法，还会对作业人员产生较大的安全风险。

发明内容

针对目前常用的隧道换拱施工方式存在的缺陷，本发明旨在利用高压水刀切割，代替传统爆破、风镐和炮锤等作业手段，进行切割拆除换拱，实现降低污染，安全高效作业的目的。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种隧道衬砌高压水刀切割换拱设备，包括移动驾驶操作平台和施工承台，所述施工承台安装在移动驾驶操作平台上，施工承台上左右间隔设置有三根主伸缩臂，每根主伸缩臂的下端通过主轴铰接在施工承台上，位于中间的主伸缩臂的上端铰接安装有支撑托座用于切割时抵在被切割衬砌块上，位于中间的主伸缩臂上还套装有位移滑块，位移滑块的一侧安装有伸缩杆，伸缩杆的端头铰接安装有高压水刀刀头，通过伸缩杆用于调整高压水刀刀头上下左右移动，所述高压水刀刀头配备有荧光感应控制器；位于两侧的主伸缩臂各自配备有一个伸缩臂组，所述伸缩臂组是由A伸缩臂、B伸缩臂和C伸缩臂围成的面积可调的三角架，其中A伸缩臂、B伸缩臂的下端分别铰接在主伸缩臂的上端，C伸缩臂的两端分别与A伸缩臂、B伸缩臂的上端铰接；左右两侧的伸缩臂组通过两根横向伸缩臂连接，其中一根横向伸缩臂的两端分别与两侧的C伸缩臂的一端铰接，另一根横向伸缩臂的两端分别与两侧的C伸缩臂的另一端铰接，从而使两根C伸缩臂和两根横向伸缩臂共同围成一个面积可调的四边形架，该四边形架既能调大面积用于切割作业时支撑被切割区域外的周边衬砌，又能调小面积用于切割完成后托举被切割衬。

作为上述方案的优选，所述移动驾驶操作平台上还设置有驾驶室和操作平台。

同时，本发明还公开了一种衬砌快速换拱切割方法，包括以下步骤：

第一步，在隧道换拱作业区域，对待切割衬砌块进行荧光涂料标记；

第二步，驾驶权利要求1所述的隧道衬砌高压水刀切割换拱设备到达隧道换拱区域侧下方；

第三步，操作隧道衬砌高压水刀切割换拱设备，控制位于两侧的主伸缩臂、A伸缩臂、B伸缩臂、C伸缩臂以及两根横向伸缩臂各自转动的同时伸缩运动，进行平行四边形的上下左右前后精确微调，形成一个比荧光标记区域大的包围圈，用于抵在被切割区域外的周边衬砌上进行周边衬砌固定；

第四步，操作控制位于中间的主伸缩臂、支撑托座各自转动的同时伸缩运动，确保支撑托座抵在被切割衬砌块上；

第五步，操作控制位移滑块滑动、伸缩杆伸缩，使高压水刀刀头上下左右移动以抵近需换拱区域衬砌，由高压水刀刀头上附带的荧光感应控制器接收换拱区域边界标记的荧光涂料信号，控制高压水刀刀头位移进行切割换拱作业，同时高压水刀刀头带有压力感应器，当高压水刀刀头感应的反作用水压突降时控制刀头移动切割；