利用电磁模板的模喷方法与流程

本发明属于隧道工程装备技术领域，特别涉及隧道施工中用于支护层模喷而开发的一种利用电磁模板的模喷方法。

背景技术：

在传统的隧道等需要在开挖面进行支护层喷浇的工程施工中，喷浆机械臂多采用在开挖面上直接喷射的施工方式，为了保证在一定时间内混凝土支护层能够满足强度要求，需要在混凝土中加注大量的外加剂或速凝剂，而且喷射的混凝土回弹率高，喷浆将有不少于20％的混泥土回弹，造成建筑材料的巨大浪费，恶化了现场的施工环境，提高了工程成本，同时直接喷浆的支护层结构会存在强度不够等技术问题。而支护成型后其表面光洁程度较差还需对其表面做整形处理，延长了施工周期。因此开发一种能有效降低喷浆回弹率，并提高现场施工环境的装置显得十分迫切。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的技术问题，提供了一种利用电磁模板的模喷方法，有效避免了喷浆过程中的混凝土回弹问题，并提高了施工现场的环境质量。

本发明技术的技术方案是这样实现的：一种利用电磁模板的模喷方法，所述方法包括如下步骤：

s1：模喷台车行进到待喷浇的隧道段次，启动台车展开回转大臂，回转大臂携支撑架及帘式电磁模板在开挖面其中一侧接近相邻的两根钢拱架的底部；

s2：将电磁模板位于支撑架前面的一段从底部紧贴两根以上钢拱架，并与钢拱架形成待浇筑的模腔；

s3：调整喷头位置和角度，开启喷头并从横向模腔顶部的开口向下喷入速凝混凝土，完成初段混凝土的浇筑；

s4：待模腔底部初段混凝土凝固后，将电磁模板的模板单元向上延展的贴于所述钢拱架上，形成新的模腔，在电磁模板延展时，喷头持续的向新释放出的模板单元与钢拱架新形成的模腔内喷入速凝混凝土，以完成本段次单侧开挖面的初期支护浇筑。

本发明所述的利用电磁模板的模喷方法，还包括步骤s5，待顶部混凝土凝固后，回转大臂带着支撑架及电磁模板逐渐下移，同时驱动滚筒反向旋转，回收帘式电磁模板；回转大臂带着支撑架及电磁模板水平旋转，使得电磁模板朝向隧道同段次的另一侧，并重复步骤s1-s4，完成本段隧道另一侧的初期支护浇筑。

本发明所述的利用电磁模板的模喷方法，在步骤s1和s2中，驱动滚筒在驱动马达的作用下正向旋转，释放帘式电磁模板，使得电磁模板的自由端下垂到其底部与模板顶撑架的底部齐平，调整支撑架的左右位置，以保证帘式的电磁模板能横向覆盖所述钢拱架；然后将释放出的位于支撑架前面的电磁模板外表面紧贴在钢拱架上，并保证电磁模板的底边与隧道开挖底面接触，使得电磁模板、钢拱架以及隧道底面围合形成带有顶部开口的横向模腔；

本发明所述的利用电磁模板的模喷方法，在步骤s2中：依次从下往上接通模板单元电磁铁的通电回路，使得与钢拱架接触的模板单元磁性吸附在钢拱架上；同时调整支撑架的俯仰角度，使得电磁模板的外表面最大限度的与钢拱架的弧度契合，并调整回转大臂使得模板顶撑架顶住电磁模板与钢拱架的贴合段；

本发明所述的利用电磁模板的模喷方法，在步骤s4中，待模腔底部初段混凝土凝固后，回转大臂带动支撑架逐步沿钢拱架向上移动，同时再次启动驱动滚筒并连续正向旋转，以连续的释放帘式电磁模板的模板单元。

本发明所述的利用电磁模板的模喷方法，在步骤s4中，电磁模板的释放速度与支撑架的上移速度相等，并保证新释放出的模板单元与钢拱架接触时，所带电磁铁立即通电吸附在钢拱架上。

本发明所述的利用电磁模板的模喷方法，在支撑架沿钢拱架上移过程中，模板顶撑架上的顶撑滚轮在电磁模板的背部滚过，同时在滚动过程中，对电磁模板形成直接的支撑。

本发明所述的利用电磁模板的模喷方法，在电磁模板释放和回收过程中，电磁模板背部的中间链条从上导向辊和下导向辊的环形凹槽中滑过；两侧的链条位于中间顶撑单元和侧顶撑单元之间滑动。

本发明所述的利用电磁模板的模喷方法，同段次隧道左右两侧浇筑的初期支护混凝土层在隧道顶部进行搭接，并在搭接处填实后用模板支护、刮平，完成所述段次的隧道轮廓的支护。

本发明的有益效果为：通过所提供的带有电磁模板的模喷装置，可将帘式电磁模板吸附在隧道钢拱架上，电磁模板和钢拱架之间形成了浇筑用的模腔，使得喷头在喷射混凝土时，可有效阻挡混凝土的回弹路径，解决了混凝土回弹的技术问题，大幅降低了隧道施工成本，并提高了支护层的施工质量。

附图说明

图1为本发明模喷装置的整体立体示意图；

图2为本发明模喷装置的主视图；

图3为本发明支撑架与模板顶撑架的连接立体示意图；

图4为本发明支撑架与模板顶撑架的连接俯视图；

图5为本发明帘式电磁模板的立体示意图；

图6为本发明模板单元的立体示意图一；

图7为本发明模板单元的立体示意图二；

图8为本发明模板副单元的爆炸图；

图9为本发明模喷台车的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图所示，带有电磁模板的模喷装置，所述模喷装置包括前臂机构1、支撑架2、模板顶撑架3、电磁模板4和喷头5，所述前臂机构1用于可旋转的安装在台车回转大臂上，支撑架2固定在前臂机构1的前端，模板顶撑架3设置在支撑架2的顶端，电磁模板4安装有电磁铁43，在通电状态下可通过电磁铁吸附于隧道钢拱架上，使得电磁模板4和钢拱架以及岩面之间形成模腔，喷头5可向电磁模板4与钢拱架之间形成的模腔喷射支护用混凝土。

电磁模板4为帘式可卷曲结构，整体可类似于卷帘门的状态。电磁模板4由若干模板单元组成，所述模板单元通过背部的两根以上相互平行的链条44连接成为电磁模板4整体；每个模板单元均安装有独立的电磁铁43，并具有独立的供电回路；帘式电磁模板4平时回卷收纳于驱动滚筒24上，每个模板单元的电磁铁通电后，其两端可同时吸附在相邻的两根以上的钢拱架上。

所述模板单元包括模板主单元41和连接在模板主单元41两端的模板副单元42，所述电磁铁43安装在两端的模板副单元42上。

所述模板主单元41和模板副单元42均为长方体结构，并通过球头连接。

所述模板副单元42包括副单元u形板421和连接在副单元u形板421连接端的球头销422，球头销422包括球头板422a和固定在球头板422a上的球头422b，所述球头板422a可通过焊接的方式固定在副单元u形板421的端槽内。

所述副单元u形板421的两端还固定有l形的固定座板423，可通过焊接固定；所述电磁铁43通过沉头螺栓固定在固定座板423上。所述电磁铁43的吸附面朝外，可直接吸附在钢拱架上。

所述模板主单元41包括主单元u形板411，在主单元u形板411的两端槽内设置有半球头座412，并通过球头瓦盖413将球头422b固定。

主单元u形板411的开口侧位于两端的半球头座412之间设置有主单元盖板414。所述主单元盖板414可为平板或者同为u形板，并齐平于主单元u形板411的开口通过焊接固定。

所述模板主单元41的长度大于所述模板副单元42的长度。

所述帘式电磁模板4的模板主单元41和两端模板副单元42的背部分别设置有链条固定孔45，所述链条44由若干链条单元441组成，每个链条单元441焊接有链条固定板442，并通过螺栓将链条固定板442固定在相应的链条固定孔45上。

相对于模板单元为整体结构时，当相邻的两根钢拱架有一定的错落，整体式的模板单元两端的电磁铁和钢拱架之间的形成线接触，磁性吸附的作用力降低，并且可能会在电磁模板4和钢拱架之间形成缝隙，造成混凝土泄露。而将模板单元设置成三段式结构，并将电磁铁43安装两端的模板副单元42上，并且模板副单元42与模板主单元41之间通过球头连接，使得模板副单元42可相对于模板主单元41具有一定的调整空间，这样即使相邻钢拱架之间具有错落起伏，也可以做适应性的调整，使得电磁铁43保持与钢支架之间的面接触，以加大吸附力，并保持良好的密封性。

所述模板顶撑架3包括两块以上相互平行的竖向顶撑板31，顶撑板31的前侧沿竖向均匀间隔的设置有若干顶撑滚轮32。

所述竖向顶撑板31之后设置有一根以上的支撑横梁33，所述支撑横梁33和每块竖向顶撑板31之间都通过压紧油缸331连接，同时还连接有补偿弹簧332，补偿弹簧332套设在压紧油缸331的活塞杆上。所述竖向顶撑板31之后还设置有两根以上的导向横梁34，每根导向横梁34对应每块竖向顶撑板31设置有导向轴承341，所述导向轴承341套设在对应固定在竖向顶撑板31上的导向轴311上。所述支撑横梁33位于导向横梁34之后，并且所述压紧油缸331从相邻两根导向横梁34之间的间隙穿过。

更加具体的，本实施例中，所述模板顶撑架3共包括4块竖向顶撑板31，其中，中间的两块相邻的竖向顶撑板31的顶部和底部之间均连接有上连接辊轴312和下连接辊轴313，所述上连接辊轴312上安装有上导向辊312a，下连接辊轴313上安装有下导向辊313a，并且所述下导向辊313a的外径等于所述滚轮32的外径，所述上导向辊312a的外径大于所述顶撑滚轮32的外径，但所述导向辊312a和位于同顶撑板31上的顶撑滚轮32的前端弧面保持齐平。这样将中间两块相邻的竖向顶撑板31连接成为整体，形成中间顶撑单元，主要用于顶撑电磁模板4的模板主单元41；而两侧的竖向顶撑板31形成独立于中间顶撑单元的侧顶撑单元，分别用于顶撑电磁模板4的模板副单元42。目的在于，可以适应于相邻两座钢拱架之间具有一定的错位时，侧顶撑单元仍然可以将帘式的电磁模板4两端的模板副单元42顶在相邻的两根钢拱架上，以形成有力的支撑，使得电磁模板4与钢拱架之间的磁性粘贴更加密切和稳固，避免了“爆模”的出现，混凝土不会从两端侧漏；而中间顶撑单元则对电磁模板4中心部分的模板主单元41形成有力支撑，使得已经形成的模腔稳定性更强。

在所述外侧的两块竖向顶撑板31的顶部分别设置有相同的导向大滚轮321，所述导向大滚轮321的外径与所述上导向辊312a的外径相同。

优选的，所述竖向顶撑板31的前侧设有与钢拱架相适应的弧形；外侧的两块竖向顶撑板31上的两列撑滚轮32之间的间距等于相邻两根钢拱架之间的间距。

优选的，上导向辊312a和下导向辊313a的中部分别设置有环形凹槽312b和环形凹槽313b，用于容纳电磁模板4背部的中间一根链条43，而电磁模板4两端的两根链条位于外侧两块竖向顶撑板31和相邻的竖向顶撑板31之间的间隙里。

优选的，所述导向滚筒26上对应于电磁模板4的链条43设置有环形凹槽(图中未示出)。

所述支撑架2包括在所述前臂机构1的前端下部连接的一根连接横梁21，连接横梁21通过固定在其顶部中心的旋转铰支座211与前臂机构1连接，所述连接横梁21的任意一侧与前臂机构1前端同侧连接有侧向旋转油缸212，侧向旋转油缸212可用以调节支撑架2的侧向角度；所述支撑架2还包括两根相互平行的纵向主梁22，且两根纵向主梁22的后端与所述连接横梁21的两端侧通过转轴213连接；所述支撑架2的两根纵向主梁22的前端顶部还各设置有一根相互平行的支撑竖梁23，所述支撑横梁33的两端直接固定在支撑竖梁23上，所述导向横梁34的两端分别固定在焊接于支撑竖梁23前端面的前支梁231上；在纵向主梁22和支撑竖梁23之间连接有加强斜支梁221。

所述支撑架2的两根纵向主梁22的前端之间还设置有一个驱动滚筒24，驱动滚筒24可在驱动马达241的作用下正向或反向旋转。驱动滚筒24正向旋转时可用于收纳帘式的电磁模板4，反向旋转时可用于释放帘式的电磁模板4。

垂直于两根纵向主梁22，并位于所述支撑竖梁23之后分别设置有两根相互平行朝上的副支撑竖梁25，在两根副支撑竖梁25的顶端之间设置有一个导向滚筒26，所述导向滚筒26的两侧固定有两块环形挡片261，用于导正帘式的电磁模板4的方位，避免其行进中变得歪斜。

所述连接横梁21和副支撑竖梁25之间还连接有两根前后旋转油缸27，用于调整支撑架2的俯仰角度，以适应于不同高度钢拱架处的电磁模板4的布设。具体的，靠近连接横梁21两下端面设置有向下的两根下支梁214，两根副支撑竖梁25的中部设置有相向朝内的两根侧支梁251，而所述前后旋转油缸27的两端分别连接在下支梁214和侧支梁251上。

所述前臂机构1的上端安装有喷头支架6，所述喷头5安装在喷头支架6上，并且喷头5可自动前后滑动和左右滑动，还可自动调整前后俯仰旋转角度和左右旋转角度，具体的，所述前臂机构1的顶部设置有纵向滑轨11，喷头支架6通过纵向滑座61固定在所述纵向滑轨11上。

所述喷头支架6还包含有横向滑轨62和纵向设置的喷头臂63，所述喷头臂63通过横向滑座631固定在横向滑轨上，喷头5通过喷头支板51可旋转的固定在喷头臂63的前端。

具体的所述喷头臂63上设置有喷头旋转油缸53，喷头旋转油缸53的转轴上设置有喷头支板51，所述喷头5铰接在喷头支板51上，所述喷头支板51和喷头5之间还连接有喷头俯仰油缸52，所述喷头俯仰油缸52的缸体铰接在喷头支板51上，其活塞杆交接在喷头5的后部，以实现对喷头5的俯仰角度调整，所述喷头旋转油缸53总体控制喷头5旋转，以调节喷头5相对于模腔的喷入角度/方向。

图9为模喷台车的具体结构，包括台车车架ⅰ、滑移架ⅱ、滑移小车ⅲ、大臂转台ⅳ、回转大臂ⅴ、泵送机构ⅵ。所述前臂机构1通过前臂连接座12可旋转的安装在回转大臂ⅴ的前端部，在回转大臂ⅴ的带动下，通过前臂机构1的作用，喷头5和电磁模板4均可以同步的移动。

所述回转大臂ⅴ的尾端安装在大臂转台ⅳ上，大臂转台ⅳ包括竖直旋转组件，能带动回转大臂ⅴ在竖直平面内前后旋转；所述大臂转台ⅳ的还包括水平旋转组件，能带动回转大臂ⅴ水平旋转。

大臂转台ⅳ的竖直旋转组件为齿轮旋转组件，可带动回转大臂ⅴ在竖直平面内的转动角度可超过240度。与传统的工程车辆的大臂通过液压油缸支撑并提供旋转动力相比，传统的大臂在单侧的旋转角度只能达到60度左右，根本无法满足本模喷台车需要在隧道的每个断面进行全角度的模喷需求。

所述台车车架ⅰ上沿车体纵向安装有滑移架ⅱ，滑移架ⅱ上安装有滑移小车ⅲ，所述大臂转台ⅳ可旋转的安装在滑移小车ⅲ上；滑移小车ⅲ载着大臂转台ⅳ可沿滑移架ⅱ的纵向滑动。

所述滑移小车ⅲ在滑移架ⅱ上可纵向滑移的距离大于相邻两排钢拱架之间距离的ⅲ-ⅳ倍。具体来说，滑移架ⅱ的长度可等于三榀钢拱架的宽度，也即等于相邻四根钢拱架的外侧两根钢拱架之间的距离(就工程实际来说，相邻两根钢拱架之间的距离一般为1米，则滑移架ⅱ的长度就为3米)，这样可以保证滑移小车ⅲ在滑移架ⅱ上的移动距离至少可达到相邻三根钢拱架的外侧两根钢拱架之间的距离。这主要针电磁模板4的宽度只能横向覆盖相邻两根钢拱架，这样在常规的隧道施工中，可在不挪车的情况下满足连续三榀湿喷模板的模喷施工，避免了频繁挪车，影响施工的进度。而针对较宽的湿喷模板，如申请人所发明的三榀湿喷模板可以覆盖相邻的连续四排钢拱架所形成的三个横向模腔，这样的设计就不是很必要了。当然，滑移架ⅱ的长度不限定等于三榀钢拱架的宽度，理论上可以随台车车架ⅰ的长度加工得更长，实现单次挪车，可以喷浇更宽的隧道面的目的。所述模喷台车还包括泵送机构ⅵ，可自动向喷头5输送混凝土湿喷料。

上述模喷装置的工作流程为：在施工的过程中，调节前臂机构以及电磁模板、模板顶撑架等，使电磁模板吸附到钢拱架上，形成高度约一米(模板顶撑架的高度)左右的模腔，调整喷头的角度，开始向模腔里面喷射混凝土，在喷射的过程中，混凝土越积越多，前臂机构开始沿着钢拱架移动，在前臂机构移动的同时，驱动马达旋转，同时释放卷筒上的电磁模板，通过压紧油缸，顶撑板，弹簧补偿等装置，使电磁模板压紧到钢拱架上，同时电磁模板得电，吸附到钢拱架上，再次形成新的模腔。按照此移动的方式，连续移动支撑架，释放模板，逐渐形成新的模腔，喷头连续喷射混凝土，连续不断的进行模喷支护，当达到拱顶时，停止喷射混凝土，待喷射的混凝土全部凝固之后，电磁铁由拱顶到下端逐一失电，同时驱动马达反向旋转，臂架同步下移，完成对电磁铁模板的回收，实现无回弹、无粉尘的连续初期支护。

利用电磁模板的模喷方法，所述方法包括如下步骤：

s1：模喷台车行进到待喷浇的隧道段次，启动台车展开回转大臂，回转大臂携支撑架及帘式电磁模板在开挖面其中一侧接近相邻的两根钢拱架的底部；

s2：将电磁模板位于支撑架前面的一段从底部紧贴两根以上钢拱架，并与钢拱架形成待浇筑的模腔；

s3：调整喷头位置和角度，开启喷头并从横向模腔顶部的开口向下喷入速凝混凝土，完成初段混凝土的浇筑；

s4：待模腔底部初段混凝土凝固后，将电磁模板的模板单元向上延展的贴于所述钢拱架上，形成新的模腔，在电磁模板延展时，喷头持续的向新释放出的模板单元与钢拱架新形成的模腔内喷入速凝混凝土，以完成本段次单侧开挖面的初期支护浇筑。

还包括步骤s5，待顶部混凝土凝固后，回转大臂带着支撑架及电磁模板逐渐下移，同时驱动滚筒反向旋转，回收帘式电磁模板；回转大臂带着支撑架及电磁模板水平旋转，使得电磁模板朝向隧道同段次的另一侧，并重复步骤s1-s4，完成本段隧道另一侧的初期支护浇筑。

在步骤s1和s2中，驱动滚筒在驱动马达的作用下正向旋转，释放帘式电磁模板，使得电磁模板的自由端下垂到其底部与模板顶撑架的底部齐平，调整支撑架的左右位置，以保证帘式的电磁模板能横向覆盖所述钢拱架；然后将释放出的位于支撑架前面的电磁模板外表面紧贴在钢拱架上，并保证电磁模板的底边与隧道开挖底面接触，使得电磁模板、钢拱架以及隧道底面围合形成带有顶部开口的横向模腔；

在步骤s2中：依次从下往上接通模板单元电磁铁的通电回路，使得与钢拱架接触的模板单元磁性吸附在钢拱架上；同时调整支撑架的俯仰角度，使得电磁模板的外表面最大限度的与钢拱架的弧度契合，并调整回转大臂使得模板顶撑架顶住电磁模板与钢拱架的贴合段；

在步骤s4中，待模腔底部初段混凝土凝固后，回转大臂带动支撑架逐步沿钢拱架向上移动，同时再次启动驱动滚筒并连续正向旋转，以连续的释放帘式电磁模板的模板单元。

在步骤s4中，电磁模板的释放速度与支撑架的上移速度相等，并保证新释放出的模板单元与钢拱架接触时，所带电磁铁立即通电吸附在钢拱架上。

在支撑架沿钢拱架上移过程中，模板顶撑架上的顶撑滚轮在电磁模板的背部滚过，同时在滚动过程中，对电磁模板形成直接的支撑。

在电磁模板释放和回收过程中，电磁模板背部的中间链条从上导向辊和下导向辊的环形凹槽中滑过；两侧的链条位于中间顶撑单元和侧顶撑单元之间滑动。

同段次隧道左右两侧浇筑的初期支护混凝土层在隧道顶部进行搭接，并在搭接处填实后用模板支护、刮平，完成所述段次的隧道轮廓的支护。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。