本发明涉及一种隧道施工设备及其施工方法。
背景技术：
1、随着铁路隧道的不断建设，线缆架设、病害治理等需求随之增多，这些都需要在隧道壁面上进行凿毛、打孔、吹孔(清孔)、注胶和植筋。目前，隧道凿毛、打孔、吹孔、注胶和植筋是分开进行的，施工方式主要有人工和机械化两种，其中人工方式效率低、劳动强度大，施工质量取决于工人技术与经验，并且凿毛、打孔过程会产生大量粉尘，对人体有害。现有的机械化施工设备仅能实现部分功能，无法实现隧道全流程施工，施工效率有待提高。例如cn114851400b、cn115596478a、cn116752993a提供的方案，仅能实现凿毛功能。
技术实现思路
1、发明目的：本发明的第一目的是提供一种能够实现隧道全流程施工、具有高施工效率的隧道施工设备；本发明的第二目的是提供所述隧道施工设备的施工方法。
2、技术方案：本发明所述的隧道施工设备，包括作业装置，作业装置包括角度调整机构、第一框架、第二框架和工作头，工作头包括第三框架，第二框架设置在第一框架内，第三框架前侧自下而上依次设置有凿毛机构、钻孔机构、吹气机构、注胶机构和植筋机构，第三框架通过其后侧的螺纹副与第二框架上的竖向丝杠配合，竖向丝杠用于驱动第三框架上下移动进行机构切换实现凿毛、打孔、吹孔、注胶和植筋按序作业；角度调整机构设置在第一框架后侧，用于控制工作头的俯仰角度，以使工作头垂直于待施工隧道壁面。
3、进一步地，凿毛机构包括凿毛支撑架、可拆卸连接在凿毛支撑架上的凿毛头，第三框架上设置有凿毛导轨和凿毛机构气缸，凿毛机构气缸用于驱动凿毛支撑架沿着凿毛导轨前后滑动；
4、钻孔机构包括钻孔底座、电钻支架、电钻和钻孔机构气缸，钻孔机构气缸设置在钻孔底座上，用于驱动电钻支架在钻孔底座的导轨上前后滑动，电钻设置在电钻支架上；
5、吹气机构包括吹气底座、吹气管和吹气机构气缸，吹气机构气缸设置在吹气底座上，用于驱动吹气管在吹气底座上前后移动；吹气管上设置有用于控制通断的阀门；
6、注胶机构包括注胶底座、注胶管和注胶机构气缸，注胶机构气缸设置在注胶底座上，用于驱动注胶管在注胶底座上前后移动，注胶管上设置有用于控制通断的阀门；
7、植筋机构包括植筋底座、钢筋弹匣、植筋机构气缸和植筋杆，钢筋弹匣设置在植筋底座前端，植筋机构气缸设置在植筋底座后端；植筋机构气缸用于通过植筋杆将钢筋弹匣中最下方的钢筋推出至开设的孔中。
8、进一步地，第三框架内侧通过铰链连接有公共支架，钻孔底座、吹气底座、注胶底座和植筋底座自下而上依次安装在公共支架上；第三框架内侧还安装有公共支架调整架，公共支架调整架上设置用于控制公共支架的俯仰角度的公共支架旋转气缸。
9、进一步地，角度调整机构还用于控制工作头的左右摆动。
10、进一步地，角度调整机构包括相互铰接的第一底板和第二底板，第一底板固定设置，第一底板上设置用于驱动第二底板转动的第一液压缸；第二底板与第一框架铰接，通过设置在第二底板外侧的第二液压缸驱动第一框架左右摆动。
11、进一步地，第二框架在第一框架内能够横向移动。
12、进一步地，第一框架内设置与第二框架滑动配合的横向导轨，第一框架上设置用于驱动第二框架沿着横向导轨作横向移动的驱动组件。
13、进一步地，驱动组件包括电机、蜗轮蜗杆减速器和链条，电机通过蜗轮蜗杆减速器将动力传递给链条，第二框架与链条固定连接。
14、进一步地，作业装置通过伸缩臂搭载在移动小车上，伸缩臂底部为可旋转的伸缩臂底座；第一框架为四周包围式结构，第一框架的前端工作面上设置有接触开关，用于提示隧道壁面贴附到位；移动小车上设置有空压站和除尘吸附站，空压站用于为吹气机构提供压缩空气，除尘吸附站引出除尘管并伸至第一框架内，用于吸附凿毛、钻孔、吹气时产生的粉尘。
15、本发明采用四周包围式结构框架有助于收集和清理施工过程中产生的粉尘及碎渣等，有利于提高施工质量。伸缩臂活动范围大，可以适应不同规格隧道的使用要求，提升施工设备的适用性。借助移动小车(可采用卡车底盘)方面长途转运和施工过程中的定点移动。
16、本发明所述的隧道施工设备的施工方法，包括：
17、1)移动小车移动到指定位置，伸缩臂底座带动伸缩臂旋转到待施工壁面方向，伸缩臂伸出并举升，将作业装置送到待施工壁面位置；
18、2)作业装置到达指定工位后，通过调节角度调整机构，使第一框架与待施工壁面垂直，伸缩臂继续伸出和举升，使第一框架边框与待施工壁面完全贴合；
19、3)第二框架移动到一侧，第三框架移动到最上方，使凿毛机构的凿毛头与待施工壁面接触；
20、4)除尘吸附站开始吸尘，凿毛机构气缸前伸进行凿毛作业，同时第二框架往另一侧移动，完成凿毛；
21、5)根据孔位要求，第三框架与第二框架相互配合，将电钻移动到相应钻孔位置，钻孔机构气缸前伸进行钻孔作业；
22、6)第三框架向下移动，将吹气管对准钻孔，吹气机构气缸前伸，使吹气管伸入孔中进行吹气作业；
23、7)第三框架向下移动，将注胶管对准钻孔，注胶机构气缸前伸，将注胶管伸入孔中进行注胶作业；
24、8)第三框架向下移动，将钢筋弹匣中最下方的钢筋对准钻孔，植筋机构气缸伸出，将钢筋推入孔中完成植筋作业；
25、9)重复步骤5)至8)，完成所有孔的钻孔、吹气、注胶、植筋作业，施工完成后，将第二框架和第三框架恢复到初始位置，伸缩臂收回使第一框架边框与隧道壁面脱离接触；
26、10)移动小车转移至下一个施工节点位置，重复步骤1)至9)，如此循环。
27、有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：本发明能够实现隧道全流程施工作业，包括隧道壁面的凿毛、打孔、吹气、注胶和植筋，能够显著提升施工作业效率；各机构的切换通过高精度丝杠驱动实现，能够保证孔位的高精度定位，保证施工的质量。
1.一种隧道施工设备，包括作业装置(1)，其特征在于，作业装置(1)包括角度调整机构(11)、第一框架(121)、第二框架(123)和工作头(13)，工作头(13)包括第三框架(131)，第二框架(123)设置在第一框架(121)内，第三框架(131)前侧自下而上依次设置有凿毛机构(132)、钻孔机构(1334)、吹气机构(1335)、注胶机构(1336)和植筋机构(1337)，第三框架(131)通过其后侧的螺纹副(1311)与第二框架(123)上的竖向丝杠(1231)配合，竖向丝杠(1231)用于驱动第三框架(131)上下移动进行机构切换实现凿毛、打孔、吹孔、注胶和植筋按序作业；角度调整机构(11)设置在第一框架(121)后侧，用于控制工作头(13)的俯仰角度，以使工作头(13)垂直于待施工隧道壁面。
2.根据权利要求1所述的隧道施工设备，其特征在于，凿毛机构(132)包括凿毛支撑架(1321)、可拆卸连接在凿毛支撑架(1321)上的凿毛头(1322)，第三框架(131)上设置有凿毛导轨(1312)和凿毛机构气缸(1323)，凿毛机构气缸(1323)用于驱动凿毛支撑架(1321)沿着凿毛导轨(1312)前后滑动；
3.根据权利要求2所述的隧道施工设备，其特征在于，第三框架(131)内侧通过铰链(1333)连接有公共支架(1331)，钻孔底座(13341)、吹气底座(13351)、注胶底座(13361)和植筋底座(13371)自下而上依次安装在公共支架(1331)上；第三框架(131)内侧还安装有公共支架调整架(1313)，公共支架调整架(1313)上设置用于控制公共支架(1331)的俯仰角度的公共支架旋转气缸(1332)。
4.根据权利要求1所述的隧道施工设备，其特征在于，角度调整机构(11)还用于控制工作头(13)的左右摆动。
5.根据权利要求4所述的隧道施工设备，其特征在于，角度调整机构(11)包括相互铰接的第一底板(111)和第二底板(113)，第一底板(111)固定设置，第一底板(111)上设置用于驱动第二底板(113)转动的第一液压缸(112)；第二底板(113)与第一框架(121)铰接，通过设置在第二底板(113)外侧的第二液压缸(114)驱动第一框架(121)左右摆动。
6.根据权利要求1所述的隧道施工设备，其特征在于，第二框架(123)在第一框架(121)内能够横向移动。
7.根据权利要求6所述的隧道施工设备，其特征在于，第一框架(121)内设置与第二框架(123)滑动配合的横向导轨(1211)，第一框架(121)上设置用于驱动第二框架(123)沿着横向导轨(1211)作横向移动的驱动组件(122)。
8.根据权利要求7所述的隧道施工设备，其特征在于，驱动组件(122)包括电机(1221)、蜗轮蜗杆减速器(1222)和链条(1223)，电机(1221)通过蜗轮蜗杆减速器(1222)将动力传递给链条(1223)，第二框架(123)与链条(1223)固定连接。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的隧道施工设备，其特征在于，作业装置(1)通过伸缩臂(2)搭载在移动小车(3)上，伸缩臂(2)底部为可旋转的伸缩臂底座(22)；第一框架(121)为四周包围式结构，第一框架(121)的前端工作面上设置有接触开关(1212)，用于提示隧道壁面贴附到位；移动小车(3)上设置有空压站(32)和除尘吸附站(34)，空压站(32)用于为吹气机构(1335)提供压缩空气，除尘吸附站(34)引出除尘管并伸至第一框架(121)内，用于吸附凿毛、钻孔、吹气时产生的粉尘。
10.一种隧道施工设备的施工方法，其特征在于，包括：
