一种隧道喷射混凝土自动喷头及其施做方法
【专利摘要】本发明涉及一种隧道喷射混凝土自动喷头及其施做方法，装置包括固定装置，所述固定装置上设有旋转机构和旋转驱动机构，所述旋转机构上设有喷嘴和注浆口，所述喷嘴和所述注浆口之间设有流通管路；所述旋转机构在所述旋转驱动机构的驱动下带动所述喷嘴在竖直平面的设定范围内转动；所述固定装置上设有牵引机构，底端设有滑轮，在台车上设有与所述滑轮配合的滑轨。
【专利说明】
一种隧道喷射混凝土自动喷头及其施做方法
技术领域
[0001]本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种隧道喷射混凝土自动喷头及其施做方法。
【背景技术】
[0002]目前，隧道多采用新奥法施工。新奥法施工采用喷锚支护为主要手段，其特点为:①及时性，即在巷道爆破后立即喷射混凝土支护能有效地制止岩层变形的发展，并控制应力降低区的伸展而减轻支护的承载，增强了岩层的稳定性。②密闭性，锚喷支护及时全面的密粘围岩，能有效地防止围岩的风化和剥落，避免膨胀岩体的潮解和膨胀，保护岩体原有强度。③粘结性，喷射混凝土有一定的粘结性，可避免危岩活石发生滑移坠落，并将围岩看做支护结构的一部分，并将围岩与支护结构看做一个整体，共同支护围岩。同时，锚喷支护可以将减小围岩表面的凹凸度，消除因岩面不平引起的应力集中现象。④柔性，喷锚支护具有一定的柔性，能够和围岩紧粘在一起共同变形。总之，喷射混凝土作为新奥法施工的一个重要工序，可以及时封闭围岩、防止围岩的吸水膨胀、风化剥蚀、松动和表面危石的掉落，有效控制围岩变形，减小围岩表面的凹凸度，另外能够加强锚杆及锚索的托盘与围岩的密贴性，实现应力在围岩中有效扩散，提高锚杆和锚索的支护效果等。因此，隧道施工中普遍采用喷射混凝土作为初次衬砌。
[0003]然而，喷射混凝土施工具有回弹率高，粉尘浓度大的缺点，造成工作环境恶略。目前喷射混凝土施工多采用手持式喷嘴，即由工人手持喷嘴进行施工，这种喷射方式不仅劳动强度大，而且粉尘对工人身体危害较大，同时喷射质量也难以保证，更有甚者，粉尘浓度大，能见度低，致使工人不能及时躲避突发情况。因此，迫切需要一种混凝土自动喷头，无需人工手持喷嘴施工，降低劳动强度，提高喷射效果，同时也降低工人在新开挖掌子面上意外事故的发生概率。
[0004]喷射混凝土的另一种方式是机械手喷射，但是现有的机械手设备体积过大。由于在隧道施工过程中，需要使用台车作为施工平台来进行隧道的开挖。但台车体积庞大，有台车存在时无法使用机械手来进行混凝土的喷射，只有将台车移开才能使用机械手。移动台车需要额外的大型机械，增加施工步骤，延长施工的工期。
[0005]目前并没有能在台车上实现自动喷射混凝土的相应装置。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种能够应用于台车上的结构简单，易于操作的隧道喷射混凝土自动喷头及其施做方法，实现喷射混凝土自动化，有利于降低工人的劳动强度，提高混凝土喷射效果。
[0007]为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0008]—种隧道喷射混凝土自动喷头，包括固定装置，所述固定装置上设有旋转机构和旋转驱动机构，所述旋转驱动机构控制所述旋转机构在竖直平面的设定范围内角度可调；所述旋转机构上设有喷嘴和注浆口，所述喷嘴和所述注浆口之间设有流通管路;所述固定装置上设有用以沿台车相对运动的机械结构。
[0009]仅将喷嘴部分设计成自动旋转的装置，通过沿台车相对运动，就可以实现混凝土在空间范围内的自动喷射。相对于自动喷射混凝土所采用的传统装置而言，该装置不仅体型小巧，成本低廉，而且可以在不移动台车的情况下全方位的自动喷射混凝土，操作简单，劳动强度低，提高喷射质量和喷射效率，适合普及应用。
[0010]所述旋转驱动机构的主轴水平，与所述旋转机构的受力轴固定连接，所述主轴通过所述受力轴带动所述旋转机构在竖直平面内沿水平轴旋转。此处的旋转驱动机构可以为电机，电机的主轴水平，直接带动旋转机构的受力轴。
[0011]所述旋转机构为水平设置的圆筒体。
[0012]所述旋转机构沿圆周方向的相应位置设有齿圈或齿轮，所述固定装置的设定位置设有与所述齿圈或齿轮配合的传动齿轮，所述旋转机构可设置所述喷嘴的旋转时间、旋转角度和转角速度。
[0013]所述固定装置的上部设有容纳部，所述旋转机构内嵌于所述容纳部中，所述容纳部的相应位置设有供所述喷嘴在180°范围内自由旋转的空槽。容纳部的设置对旋转机构起到很好的保护作用。
[0014]所述喷嘴可拆卸的固定在所述圆筒体的侧面。喷嘴可以是螺纹连接，也可以是卡接。采用可拆卸的固定在旋转机构圆筒体的侧面，便于喷嘴的拆卸和内部的清洗。此外，喷嘴也可以与旋转机构是整体结构。
[0015]所述注浆口设在所述圆筒体的底面，所述注浆口位置处设有用以连接注浆管的螺纹。
[0016]所述机械结构包括滑轮，和设置在所述固定装置上的牵引孔，所述台车上设有相应的滑轨，在所述滑轨的另一端设有动力牵引装置，牵引绳的一端与所述牵引孔连接，另一端与所述动力牵引装置连接，所述动力牵引装置可设置牵引频率和移动距离。
[0017]所述机械结构包括车轮和发动机，所述台车上设有行走路径，所述发动机驱动所述车轮实现所述固定装置沿所述行走路径的自动移动。行走路径可以是铺在台车上的板件。
[0018]一种隧道喷射混凝土自动喷头的施做方法，包括以下步骤:
[0019]步骤1:在台车的相应位置铺设滑轨，将相关部件安装就位；
[0020]步骤2:设置旋转机构的旋转时间和转角速度，实现隧道横断面上混凝土喷射的自动控制;设置牵引机构的牵引频率和距离，实现隧道轴线方向混凝土喷射的自动控制；
[0021 ]步骤3:启动混减土嗔射机，混减土由注楽■官经自动嗔头装置嗔向围岩，自动嗔头在180°范围内自动旋转，并在动力牵引装置的作用下实现对整个围岩的喷浆工作；
[0022]步骤4:喷射混凝土完成，关闭旋转机构。
[0023]步骤I中，所述相关部件安装就位包括:将固定装置安装就位，将喷浆管、喷嘴分别与所述旋转机构连接。
[0024]本发明的有益效果是:
[0025]混凝土自动喷头装置可以通过喷头的自动旋转和牵引机的牵引实现对围岩自动喷射混凝土，喷射过程自动化，降低劳动强度，减少粉尘等对工人身体的危害。
[0026]通过旋转控制系统旋转角速度和牵引系统的牵引距离及速度设定，可以有效控制控制喷射混凝土的质量。
[0027]总装置结构简单，使用方便，只需将喷浆管、喷头与固定装置，牵引装置连接，设定好旋转控制系统和牵引系统即可开始喷浆。
[0028]装置占用空间小，喷浆结束后可沿导轨移动，集中放置在台车的一侧，不影响其他工序施工，待到下一个循环喷浆时继续使用。
【附图说明】
[0029]图1是本发明自动喷头装置正视图；
[0030]图2是本发明自动喷头装置侧视图；
[0031]图3是本发明转装置祥图；
[0032]图4是本发明固定装置详图；
[0033]图5是本发明牵引装置图；
[0034]图6是本发明整体装置俯视图；
[0035]图7是本发明整体装置正视图。
[0036]其中1、喷头，2、喷头旋转装置，3、固定装置，4、螺纹接口I，5、螺纹接口 2，6、齿轮I，
7、齿轮2，8、牵引孔，9、滑轮，10、旋转控制系统，11、喷浆通道，12、动力牵引装置，13、牵引绳，14、导轨，15、台车(不包含在本发明内)，16自动喷头装置。
【具体实施方式】
[0037]下面将结合附图对本发明进行详细说明。
[0038]实施例1:
[0039]如图1-7所示，一种隧道喷射混凝土自动喷头装置，包括轨道14、喷头旋转装置2、固定装置3、旋转控制系统10和动力牵引装置12;
[0040]所述轨道包括两条导轨14，为不锈钢材质，具有较大刚度，可承受自动喷头装置的重量和喷浆的反作用力，导轨固定在隧道施工台车15上，一次铺设，无需拆卸，不占空间，且不影响其他工序的正常施工，至下个喷浆循环继续使用。
[0041]所述喷头旋转装置2内嵌于固定装置3，为圆筒状，侧部和顶部有螺纹接口4、5，可分别与喷浆管、喷头I连接，内部有喷浆通道11，外侧为齿轮6，通过齿轮受力进行旋转，实现连接在其上的喷头旋转。
[0042]所述固定装置3为比旋转装置2直径略大的圆筒，通过齿轮7使其内部旋转装置旋转，固定装置3下端为滑轮9，可在导轨14上移动；
[0043]所述旋转控制系统10可以通过设定角速度和旋转时间实现旋转系统2和喷头I的自动旋转，实现横断面上的自动喷浆；。
[0044]所述动力牵引装置12可设置牵引速度和时间间隔，通过牵引绳13拉动自动喷头装置16在导轨14上移动，实现纵向方向喷射的控制。
[0045]—种隧道喷射混凝土自动喷头装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0046]步骤A，将自动喷头装置16和牵引装置12放置在台车15导轨14上的指定位置；
[0047]步骤B，将喷浆管、喷头I通过螺纹4、5分别与旋转装2连接；
[0048]步骤C，设置旋转控制系统10的旋时间和转角速度，实现对隧道横断面上自动喷射混凝土；
[0049]步骤D，通过牵引孔8用牵引绳13将自动喷头装置16和动力牵引装置连接12;
[0050]步骤E，设置动力牵引装置12的牵引频率和距离，实现隧道轴线方向喷射混凝土自动控制；
[0051]步骤F，打开混凝土喷射机，配比好的混凝土将由注浆管经自动喷头装置16喷向围岩；自动喷头可180°旋转，并在动力牵引装置12的作用下实现对整个围岩的喷锚工作；
[0052 ]步骤G:喷射混凝土施工完成，关闭旋转控制系统1和动力牵引装置12。
[0053]施工时，在一个隧道横断面内可以同时使用若干个自动喷头装置进行施做。
[0054]实施例2:
[0055]旋转驱动机构还可以通过齿轮传动、链条传动、蜗轮蜗杆传动或其他类似传动方式，对旋转机构进行驱动。
[0056]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种隧道喷射混凝土自动喷头，其特征在于:包括固定装置，所述固定装置上设有旋转机构和旋转驱动机构，所述旋转驱动机构控制所述旋转机构在竖直平面的设定范围内角度可调;所述旋转机构上设有喷嘴和注浆口，所述喷嘴和所述注浆口之间设有流通管路;所述固定装置上设有用以沿台车相对运动的机械结构。2.根据权利要求1所述的一种隧道喷射混凝土自动喷头，其特征在于:所述旋转驱动机构的主轴水平，与所述旋转机构的受力轴固定连接，所述主轴通过所述受力轴带动所述旋转机构在竖直平面内沿水平轴旋转。3.根据权利要求1所述的一种隧道喷射混凝土自动喷头，其特征在于:所述旋转机构为水平设置的圆筒体。4.根据权利要求3所述的一种隧道喷射混凝土自动喷头，其特征在于:所述旋转机构沿圆周方向的相应位置设有齿圈或齿轮，所述固定装置的设定位置设有与所述齿圈或齿轮配合的传动齿轮，所述旋转机构可设置所述喷嘴的旋转时间、旋转角度和转角速度。5.根据权利要求4所述的一种隧道喷射混凝土自动喷头，其特征在于:所述旋转机构沿圆周方向的相应位置设有齿圈或齿轮，所述固定装置的设定位置设有与所述齿圈或齿轮配合的传动齿轮，所述旋转机构可设置所述喷嘴的旋转时间、旋转角度和转角速度。6.根据权利要求4所述的一种隧道喷射混凝土自动喷头，其特征在于:所述喷嘴可拆卸的固定在所述圆筒体的侧面。7.根据权利要求4所述的一种隧道喷射混凝土自动喷头，其特征在于:所述注浆口设在所述圆筒体的底面，所述注浆口位置处设有用以连接注浆管的螺纹。8.根据权利要求1所述的一种隧道喷射混凝土自动喷头，其特征在于:用以沿台车相对运动的所述机械结构包括滑轮，和设置在所述固定装置上的牵引孔，所述台车上设有相应的滑轨，在所述滑轨的另一端设有动力牵引装置，牵引绳的一端与所述牵引孔连接，另一端与所述动力牵引装置连接，所述动力牵引装置可设置牵引频率和移动距离。9.根据权利要求1所述的一种隧道喷射混凝土自动喷头，其特征在于:用以沿台车相对运动的所述机械结构包括车轮和发动机，所述台车上设有行走路径，所述发动机驱动所述车轮实现所述固定装置沿所述行走路径的自动移动。行走路径可以是铺在台车上的板件。10.一种隧道喷射混凝土自动喷头的施做方法，包括以下步骤: 步骤1:在台车的相应位置铺设滑轨，将相关部件安装就位； 步骤2:设置旋转机构的旋转时间和转角速度，实现隧道横断面上混凝土喷射的自动控制;设置牵引机构的牵引频率和距离，实现隧道轴线方向混凝土喷射的自动控制； 步骤3:启动混减土嗔射机，混减土由注楽官经自动嗔头装置嗔向围岩，自动嗔头在180°范围内自动旋转，并在动力牵引装置的作用下实现对整个围岩的喷浆工作； 步骤4:嗔射混凝土完成，关闭旋转机构。
【文档编号】E21D11/10GK105834017SQ201610168362
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】李术才, 黄鑫, 许振浩, 林鹏, 周轮, 孙超群, 何树江, 屠文峰, 高成路, 刘聪
【申请人】山东大学