专利名称：用于隧道壁覆层的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于隧道段的内表面覆层的装置、车辆、用于隧道段覆层的方法和该装置的应用。
为了可靠地开采隧道岩石，为了形成衬层以及为了隔绝目的，一般在位于原结构中的隧道的内壁上涂覆喷射混凝土层。关于隧道开采在这里可以理解为自由空间，它通过爆破或铣削从岩石中拆出。在此开采长度还取决于石头质量。常见的开采长度在隧道和坑道结构中位于1至6米之间。
已知用于喷射混凝土的装置，它们不仅用于隧道和坑道结构中而且也用于基坑和斜坡保护。在此已知的装置具有安装在承载车上的喷射机械手，它主要用于在将喷射混凝土涂覆到要被处理的表面上时机械地导引用于喷射混凝土的喷嘴并由此改善施工工人的工作安全性和工作条件。
这样的装置最好具有水平和垂直移动的支承臂以及固定在这个支承臂上的、可延长的并且必要时自由活动的喷射矛，它在其端部上支承与混凝土输送管道连接的且用于喷射混凝土的喷嘴。在此该喷嘴固定在可以围绕喷射矛轴线移动的旋转头上，由此使由喷嘴中喷出的混凝土射流在喷射过程期间总是可以以相对于表面最佳的角度固定。所述喷射机械手的所有活动部件的控制通过遥控器实现，其中可以自动地实现旋转运动，例如喷射矛的水平运动。
一种涂覆到隧道或坑道内表面上的混凝土层的不同特性、例如压力强度和粘附性强烈地取决于喷射角度和喷射距离。已知，如果喷嘴与壁体的距离、与石头的种类有关最好为1至2米并且从喷嘴中喷出来的混凝土射流的轴线尽可能垂直于隧道壁。在不保持这个工艺参数时回弹材料的部分不成比例地较大。作为回弹材料在这里可以理解为那些喷射材料量，它们不保持粘附在壁体上并因此不可利用地遗失。由于喷射混凝土的回弹除了不可利用的喷射混凝土成本以外还产生由于材料磨损和材料处理引起的高运行成本。由此在不遵守上述工艺参数时，在喷射过程以后实际保留在隧道壁上的混凝土量由于只能费事确定的并因此大多不可知的回弹材料量而不再能够确定。
通过喷射混凝土要被覆层的隧道壁通常非常不规则地实现。因此上述装置的主要缺陷是，不能够总是方便地使喷嘴准确地垂直于岩石表面对准并且与这个岩石表面保持理想的距离。此外由于大多不规则的隧道壁和可能大的材料磨损也不再能够确定通过已知的装置涂覆的混凝土层的壁厚。
最后喷射矛的控制和旋转头的最佳调整要求相当多地烦琐和费时的工作过程，它们实际上只能在至少人的共同作用下实现。US-B-5,851,580描述了一种方法，在其中通过自动控制使喷射混凝土受控地涂覆到隧道表面上。这种自动控制要求复杂的技术，因此使相应的覆层装置费事地构成并且因此是成本高昂的。这一点还源于，相应的装置通常具有多的活节数量(至少7个)并且所有活节都必须配有测量系统和调节器。
本发明的目的是，提供用于隧道内表面覆层的装置，通过它将混凝土均匀地并以微少的材料损失涂覆，其中该装置在购置成本和运行上都应该是经济的。
解决这个目的的技术方案是通过喷射混凝土对隧道内表面覆层的装置，该这种具有a)喷嘴，b)喷射矛，在其一端上设置喷嘴a)，c)支架，在其上固定喷射矛b)，d)用于输送喷射混凝土的连接管道的连接位置，它优选固定在喷嘴a)上。
其中喷射矛b)和喷嘴a)分别通过活节移动。
这个目的的按照本发明的技术方案的特征在于，具有e)活节，它使支架c)和喷射矛b)相互连接并且这样支承喷射矛b)，使得喷射矛b)可以围绕垂直轴线旋转地移动，f)活节，通过它使面对喷嘴a)的喷射矛b的部分可以向上升起和向下降低，g)活节，通过它使面对喷嘴a)的喷射矛b)的部分伸缩式地延长或缩短，h)活节，通过它使喷嘴a)围绕面对喷嘴a)的喷射矛部分的纵轴线可旋转地移动和i)活节，通过它可以使喷嘴a)这样移动，使得喷嘴a)的排出孔可以靠近或远离面对喷嘴a)的喷射矛b)的部分的纵轴线，其中具有控制装置k)，通过它通过活节e)，f)和g)指挥喷射矛b)的运动，具有控制装置l)，通过它通过活节h)和i)指挥喷嘴a)的运动。
按照本发明关于隧道段也可以理解为空心空间的段，它在一般的语言使用中不称为隧道，例如矿坑或坑道。
重要的是，所述控制装置k)和控制装置l)相互独立地工作或者相互独立地操作。但是也可以使控制装置k)和控制装置l)并排设置在公共的操纵装置上。
有利的是按照本发明的装置只具有5个活节并由此相当易于控制。微少数量的活节也使结构相对简单，由此使按照本发明的喷射装置特别经济。按照本发明的活节与两个相互分开工作的控制装置的配置保证相当方便的操作性。尽管这种方便的操作性和高度经济性按照本发明的装置也保证均匀地涂覆喷射混凝土而且具有微少的材料损失。
在本发明的优选实施例中所述控制装置k)和控制装置l)分别手动地、无需计算机支持地借助于两个操纵杆运行，其中操纵杆仅仅从属于控制装置k)而另一操纵杆仅仅从属于控制装置l)。以适宜的方式使两个操纵杆设置在公共的操纵装置上，例如遥控装置上。
本发明的这个实施例保证由于节省计算机支持使按照本发明的装置具有较低的实现价格。但是尽管没有计算机支持由于少量的活节和按照本发明的控制也实现相当轻松的操作性。
在本发明的另一优选的实施例中所述控制装置k)是计算机运行的并且控制装置l)手动地、无需计算机支持地借助于操纵杆运行。这个变化与上述实施例相比保证更方便的操作性。
以适宜的方式使面对喷嘴a)的喷射矛b)的部分或面对喷嘴a)的喷射矛b)的部分的至少一个段由伸缩臂(13)构成。
优选使面对喷嘴a)的喷射矛b)的部分可以在喷嘴a)的方向上移出，由此通过相应的移出和移入可以改变支架c)与喷嘴a)之间的距离，其中规定，在运行期间背离喷嘴a)的喷射矛b)的部分固定在移出的位置上而在运输以及驻车期间背离喷嘴a)的喷射矛b)的部分(8)固定在相应移入的位置上，在该位置支架c)与喷嘴a)之间的距离相对较小。由此保证，按照本发明的装置可以方便地运输并且需要相当少的驻车空间。此外这个技术能够在运行期间在喷嘴a)与支架之间实现较大的距离。
通常将按照本发明的装置设置在移动的台座上。该台座可以位于例如载重车辆上。由此本发明也涉及优选以载重车辆出现的车辆，它具有上述的装置。
本发明还涉及一种借助于上述装置用于以喷射混凝土对隧道段内表面覆层的方法，其中所述喷嘴在喷射过程期间以1至3m的距离保持与隧道内壁成直角。由此保证，回弹材料的数量相当微少并实现均匀的涂覆。
最后本发明还涉及使用上述的装置用于在隧道和矿坑中建立覆层。
下面借助于附图详细描述本发明。附图中
图1以横截面图以及斜视图示出按照本发明的装置的基本结构和机械的功能原理，图2a示出按照本发明的车辆的横截面图，它简示出按照本发明的装置的工作方式，图2b以俯视图示出按照本发明的装置的工作方式，图3以示意图示出用于使按照本发明的装置运行的操纵装置，在其中手动地、无需计算机支持地不仅指挥控制装置k)而且指挥控制装置l)。
在图1示出的按照本发明的装置在下部具有支架c)1，它通过地脚3与在图1中未示出的台座2连接。在上部该支架c)1通过活节与喷射矛b)4连接，其中该喷射矛b)4通过活节e)5这样支承，使得喷射矛b)4可以围绕垂直轴线6旋转地移动。设置在支架c)1上面的喷射矛b)4在端部上具有喷嘴a)7并且划分成背离喷嘴a)的部分8以及面对喷嘴a)的部分9。这个喷射矛b)4与支架c)1的上部可旋转的部位(旋转头)这样通过活节f)12连接，使得面对喷嘴a)的喷射矛b)4的部分9可以向上升起和向下降低。面对喷嘴a)的喷射矛b)4的部分9局部地由伸缩臂13构成，由此使面对喷嘴a)的喷射矛b)4的部分9伸缩式地通过活节g)14可以延长和缩短。背离喷嘴a)的喷射矛b)4的部分8可以在喷嘴a)7的方向上移出，由此通过相应的移出和移入可以改变支架c)1与喷嘴a)7之间的距离。所述活节e)5，f)12和g)14分别配有行程测量系统，它们有助于半自动控制。在此规定，在运行期间背离喷嘴a)的喷射矛b)4的部分8固定在移出的位置而在运输以及驻车期间使背离喷嘴a)的喷射矛b)4的部分8固定在相应移入的位置，在该位置支架c)1与喷嘴a)7之间的距离相对较小。在图1中所示的装置位于这个驻车位置。所述喷嘴a)7在喷嘴头(TCP)15的固定点上通过活节h)16与伸缩臂13的端部连接。通过这个活节h)16使喷嘴a)7围绕面对喷嘴a)的喷射矛b)4的部分9的纵轴线17可旋转地移动。另一活节i)19位于这个活节h)16与喷嘴a)7之间，通过活节i)19可以使喷嘴a)7这样移动，使得喷嘴a)7的排出孔18可以靠近或远离面对喷嘴a)的喷射矛b)4的部分9的纵轴线17。未示出的用于输送喷射混凝土的连接管道的连接位置位于喷嘴a)7上。
图2示出按照本发明的装置，它装配在专用的载重车辆上。所述喷射矛b)4位于移出的状态(工作位置)。由于通过驶出的喷射矛b)4引起的高转矩该车辆具有专用的支撑，它们可以在运行前和运行期间为了可靠的支撑而驶出。
图2a简示出喷射矛b)4要执行的运动，为了使喷嘴a)7在由垂直面和车辆纵轴线17构成的平面中沿着隧道内壁导引。所述喷射矛b)4的这些运动能够仅仅通过活节f)12和g)14控制，通过活节f)12改变喷射矛b)4相对于垂直面的角度并且通过活节h)16通过改变面对喷嘴a)的喷射矛b)4的部分9的长度保持与隧道内表面所期望的距离。如果要使喷嘴a)7从上述平面中移动出来，则必须通过活节e)5“旋转”移动。因此使喷嘴a)7沿着在图2a中所示的箭头执行的运行仅仅通过活节f)12和g)14控制。
在图2b中示出，所述喷嘴a)7如何在由车辆纵轴线17和水平面构成的平面中以恒定的距离沿着隧道内表面导引。使喷射矛b)4平行于车辆纵轴线17并在上述的后平面中按照在图2b中所示的箭头执行的运动仅仅通过活节e)5和g)14控制。因此对于这些运动仅仅操纵活节e)和g)，其中通过活节e)5改变相对于车辆纵轴线17的角度并且通过活节g)14这样改变面对喷嘴a)的喷射矛b)4的部分9的长度，使得基本保持与隧道内表面的恒定距离。通过活节f)12控制从这个平面驶出的运动。
通过活节h)16和i)19使喷嘴a)7的排出孔18在运行期间保持垂直于隧道内表面。
在图3中所示的按照本发明的装置的遥控装置示出用于通过活节e)，f)12和g)14控制喷射矛b)4的运动的大操纵杆20、用于通过活节h)16和i)19控制喷嘴a)7的小操纵杆21、用于输入喷射混凝土的控制键22、用于半自动/手动转换运行模式的控制键23、用于使背离喷嘴a)7的喷射矛b)4的部分截段驶出和驶入的控制键24，用于调节按照本发明的装置的驻车和工作位置、控制键25，通过它可以在计算机支持的运行中存储或预编程TPC15(喷射头固定点)的运动路线(见后述)和摇杆26，通过它可以在计算机支持的运行中控制所存储和预编程运动的执行。
在“没有计算机支持的手动运行”的运行模式中计算机和行程测量系统无效。两个操纵杆直接控制液压阀的阀门放大器。
通过大操纵杆20的运动任务如下杠杆向右/向左＝活节e)5；向右/向左旋转杠杆向前/向后＝活节f)12；使面对喷嘴a)的喷射矛b)4的部分9升起/下降摇杆26向上/向下＝无效-不实现运动任务通过小操纵杆21的运动任务如下杠杆向右/向左＝活节h)16；喷嘴a)7向右/向左旋转杠杆向前/向后＝活节i)19；喷嘴a)7向前/向后倾翻在通过计算机支持的手动运行(半自动运行)时在活节e)5，f)12和g)14中使用计算机和行程测量系统。借助于摇杆26使TPC 15的运动在计算机支持的运行中如下给定摇杆向上/向下＝TPC对应于在图2a，2b中所示的箭头向前/向后运动计算机支持保证，TPC 15平行于在空间中确定的“教导(teach-in)”直线进行导引。该TPC15沿着事先确定的直线执行直线运动，它可以是按照图2a和2b中的箭头。该直线通过操作员在“教导(teach-in)模式”中通过行驶到该直线的第一点和最后点定义。这一点通过操作员手动行驶到由空间坐标a1，y1，z1定义的第一点并且能够通过按钮记录实现。在空间的另一位置以相同的方式行驶并记录第二点x2，y2，z2。借助于控制键25实现上述的直线存储和第一和第二点的编程。如果大操纵杆20的摇杆26移动，则使TPC15相应地向前和向后移动，而且沿着事先定义的直线。所有其它平行的直线现在通过大操纵杆20控制。对此要注意，不是以简单的方法在向前移动和向后移动时保持y和z坐标的恒定，而是平行于事先定义的直线实现另一运动。换言之，当首先确定直线的时候，操作员可以这样进行喷射工作，使得喷射矛b)4在空间上看去在左侧/右侧上或从左侧或右侧运动，其中喷嘴a)7执行平行于事先定义的按照图2a，b中的箭头的直线的运动。
权利要求
1.用于通过喷射混凝土对隧道段的内表面覆层的装置，其具有a)喷嘴(7)，b)喷射矛(4)，在其一端上设置所述喷嘴a)(7)，c)支架(1)，在其上固定所述喷射矛b)(4)，d)用于输送喷射混凝土的连接管道的连接位置，其优选位于所述喷嘴a)(7)上，其中喷射矛b)(4)和喷嘴a)(7)可分别通过活节移动，其特征在于，具有e)活节(5)，该活节使支架c)(1)和喷射矛b)(4)相互连接并且这样支承喷射矛b)(4)，使得喷射矛b)(4)可以围绕垂直轴线(6)旋转地移动，f)活节(12)，通过该活节使面对喷嘴a)的喷射矛b)(4)的部分(9)可以向上升起和向下降低，g)活节(14)，通过该活节使面对喷嘴的喷射矛b)(4)的部分(9)可以伸缩式地延长或缩短，h)活节(16)，通过该活节使喷嘴a)(7)可以围绕面对喷嘴a)(7)的喷射矛b)(4)的部分(9)的纵轴线(17)可旋转地移动，和i)活节(19)，通过该活节可以使喷嘴a)(7)这样移动，使得喷嘴a)(7)的排出孔(18)可以靠近或远离面对喷嘴的喷射矛b)(4)的部分(9)的纵轴线(17)，其中设有控制装置k)，通过该控制装置可以经活节e)(5)，f)(12)和g)(14)引导喷射矛b)(4)的运动，和设有控制装置l)，通过该控制装置可以经活节h)(16)和i)(19)引导喷嘴a)(7)的运动。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制装置k)和所述控制装置l)分别手动地、无需计算机支持地、借助于两个操纵杆运行，其中一个操纵杆仅仅从属于控制装置k)而另一个操纵杆仅仅从属于控制装置l)。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制装置k)是计算机运行的而所述控制装置l)是手动地、无需计算机支持地、借助于操纵杆运行的。
4.如权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述支架c(1)设置在可移动的台座(2)上。
5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，面对喷嘴a)的喷射矛b)(4)的部分(9)由伸缩臂(13)构成。
6.如权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，面对喷嘴a)(7)的喷射矛b)(4)的部分(8)可以在喷嘴a)(7)的方向上移出，由此通过相应的移出和移入可以改变支架c)(1)与喷嘴a)(7)之间的距离，其中规定，在运行期间背离喷嘴a)(7)的喷射矛b)(4)的部分(8)固定在移出的位置上而在运输以及驻车期间背离喷嘴a)(7)的喷射矛b)(4)的部分(8)固定在相应移入的位置上，在该位置支架c)(1)与喷嘴a)(7)之间的距离相对较小。
7.车辆，其具有如权利要求1至6中任一项所述的装置。
8.一种借助于如权利要求1至6中任一项所述的装置用于以喷射混凝土对隧道段的内表面覆层的方法，其特征在于，所述喷嘴a)(7)在喷射过程期间以1至3米的距离保持与隧道内壁成直角。
9.如权利要求1至6中任一项所述的装置的使用，用于在隧道和矿山建设中建造覆层。
全文摘要
本发明涉及一种用于通过喷射混凝土对隧道段的内表面覆层的装置，它具有喷射矛(4)和喷嘴(7)，它们分别可以通过活节在所有方向上运动，其中具有用于操纵喷射矛(4)的第一控制装置和用于使喷嘴(7)运行的第二控制装置。
文档编号E04G21/04GK1930371SQ200580007928
公开日2007年3月14日 申请日期2005年2月17日 优先权日2004年3月16日
发明者L·温盖尔, O·楚米 申请人:建筑研究及技术有限责任公司