利用皮带模板组件进行隧道初期支护模喷的方法与流程

本发明属于隧道工程装备技术领域，特别涉及隧道施工中的一种利用皮带模板组件进行隧道初期支护模喷的方法。

背景技术：

在现有的工程施工机械中，混凝土喷射机(如湿喷机械手)是一种较为常见的施工机械。混凝土喷射机的工作原理是利用压缩空气，将预先拌好的混凝土混合料通过管道输送到喷射机的喷嘴处，在压缩空气的作用下，高速喷射到受喷面，从而形成混凝土支护层。喷射混凝土技术以其简便工艺，在各种施工领域中有广泛的应用。

同时，在传统的隧道等需要在开挖面进行临时支护的工程施工中，湿喷机械手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，同时直接喷浆的临时支护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，提供了一种利用皮带模板组件进行隧道初期支护模喷的方法，皮带模板与钢拱架之间形成模腔，喷头可直接从上往模腔中喷射速凝混凝土，达到隧道初期支护连续带模板的喷射浇筑，无混凝土回弹，降低了速凝剂用量，并有效提高了施工效率。

本发明的技术方案是这样实现的：利用皮带模板组件进行隧道初期支护模喷的方法，所述方法包括以下步骤：

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，回转大臂携模板支架及皮带模板在开挖面其中一侧接近相邻的两根钢拱架的底部；

s2：模板支架带着皮带模板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，在回转大臂的作用，模板支架带着皮带模板缓慢的沿钢拱架从下往上移动，在移动过程中，始终保持皮带模板的前端面同时紧贴两根钢拱架，以连续的形成新的模腔，喷头持续的向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。

本发明所述的利用皮带模板组件进行隧道初期支护模喷的方法，还包括步骤s5，待顶部混凝土凝固后，回转大臂收回模板支架及皮带模板，并带着模板支架及皮带模板水平旋转，使得模板支架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。

本发明所述的利用皮带模板组件进行隧道初期支护模喷的方法，在步骤s4，模板支架移动过程中，始终保持驱动马达正向旋转，使得皮带模板的前端能保持从上往下旋转。

本发明所述的利用皮带模板组件进行隧道初期支护模喷的方法，步骤s4中，皮带模板的旋转速度和模板支架的移动速度相等。

本发明所述的利用皮带模板组件进行隧道初期支护模喷的方法，在步骤s4，模板支架移动过程中，回转大臂不断向前缓慢伸出，并且俯仰油缸的活塞杆不断回收，以适应性的调整模板支架与回转大臂之间的俯仰角度，并使得皮带模板能最大限度的与钢拱架的弧度契合。

本发明所述的利用皮带模板组件进行隧道初期支护模喷的方法，在步骤s3和s4中，始终保持模板支撑辊对皮带模板前端的顶撑作用，并且在支撑气缸的作用下，可以有效缓冲因钢拱架的不平整造成模板支架行进中的起伏，并有利于皮带模板始终与钢拱架保持紧贴，避免了喷入的混凝土从两侧泄露。

本发明所述的利用皮带模板组件进行隧道初期支护模喷的方法，在步骤s3和s4中，在张紧主辊和张紧副辊的作用下，可以有效补偿冲因支撑气缸伸缩造成的皮带模板松紧程度的变化，使得皮带模板全过程都能保持在一定的张紧范围内。

本发明所述的利用皮带模板组件进行隧道初期支护模喷的方法，在步骤s4中，皮带模板旋转过程中，保持模板支撑辊在皮带模板前端内侧滚动，并对皮带模板形成有力的顶撑。

本发明所述的利用皮带模板组件进行隧道初期支护模喷的方法，还包括步骤s6，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；

当完成一段次隧道岩面的模喷浇筑后，可将承载回转大臂的滑移小车沿着台车上的滑移架向前移动1次以上，每次的移动距离和单次模喷岩面的宽度相等，并且每移动一次即重复步骤s1-s5；

本发明所述的利用皮带模板组件进行隧道初期支护模喷的方法，当通过一次挪车，并完成连续两段次以上岩面的模喷浇筑后，将台车向前移动一个滑移架长度的距离，并重复步骤s1-s6，直到完成整条隧道的支护层模喷浇筑。

本发明的有益效果为：通过所提供的隧道初期支护模喷用皮带模板组件，使得皮带模板与相邻两根钢拱架之间形成模腔，喷头可直接从上往模腔中喷射速凝混凝土，并且环形的皮带模板在驱动马达与对应变向辊的共同作用下，可使得皮带模板不断的连续旋转，这样使得皮带模板在紧贴钢拱架的同时，可以轻松在钢拱架的竖向进行滚动，使得皮带模板不仅起到了模板的作用，也起到了作为皮带模板组件的行走皮带的作用，使得滚动中皮带模板在从下往上连续移动中，不断形成新的模腔，喷头也可进行连续的喷射浇筑，有效提高了模喷的施工质量，并且无混凝土回弹，降低了速凝剂用量，有效提高了施工效率。

附图说明

图1为本发明皮带模板组件的示意图一；

图2为本发明皮带模板组件的示意图二；

图3为本发明模板支座的示意图；

图4为本发明模板支架的示意图一；

图5为本发明模板支架的示意图二；

图6为本发明模喷台车的整体示意图。

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，隧道初期支护模喷用皮带模板组件，可整体安装在模喷台车的回转大臂上，包括柔性的环形皮带模板2、模板支架1，所述模板支架1的前侧横向并排的安装有若干皮带支撑辊3，皮带模板1套设在皮带支撑辊3上，前端皮带模板2可紧贴相邻的两根以上钢拱架，使得皮带模板2、岩面和钢拱架之间形成待浇筑的模腔。

在模板支架1上，位于所述皮带模板2内侧的顶端和底端分别设置有上变向辊31和下变向辊32；并且上变向辊31和下变向辊32的直径大于所述皮带支撑辊3直径，上变向辊31和下变向辊32和皮带支撑辊3的前侧弧面均保持齐平。所述模板支架1包括位于两侧的长方形边架11，在所述两个边架11的后端设置有上连接横梁12和下连接横梁13。两侧边架11的上端和下端分别设置有上支架11a和下支架11b，以分别用于固定上变向辊31和下变向辊32。

所述下变向辊32的辊轴上连接有驱动马达321，带有驱动马达321的下变向辊32可带动皮带模板2正向或反向的转动。实际设计中，驱动马达同样可以与上变向辊31连接，以达到相同的技术效果。

所述上变向辊31、下变向辊32，以及位于上变向辊31和下变向辊32之间的皮带支撑辊3的前端辊面整体具有与钢拱架一致的弧度。

在模板支架1上，位于所述后端皮带模板2内侧设置有张紧主辊33，可将皮带模板2向后顶伸，达到对皮带模板2张紧的作用；进一步的，在模板支架1上，位于张紧主辊33的上下分别设置有一个张紧副辊34，以配合张紧主辊33强化张紧效果。

皮带支撑辊3通过支撑辊座4固定在两侧边架11上，支撑辊座4包括第一座板41和第一带孔耳板42，所述第一带孔耳板42垂直固定在第一座板41的前侧，用于固定支撑辊3的辊轴，第一座板41通过第一支撑气缸43固定在边架11上。所述边架11包括前竖梁111和后竖梁112，边架后竖梁112的内侧固定有辅助竖梁14，所述第一支撑气缸43的缸体固定在辅助竖梁14前侧面上，活塞杆与第一座板41的后侧面固定。

支撑辊座4还包括垂直连接在第一座板41后侧的第一导向轴44，第一导向轴44插在固定于边架前竖梁111上的第一导向轴套45内。

所述边架前竖梁111与第一导向轴套45的连接处设有与第一导向轴套45内孔贯通的第一通孔111a，第一导向轴44可穿过第一通孔111a进入边架前竖梁111和边架后竖梁112之间。使得模板支架1更具有紧凑性，不至于因为第一导向轴44需要达到相应的行程，使得支撑辊3太过靠前，而降低了模板组件整体的稳定性。

张紧主辊33的主辊座5和支撑辊座4一样，包含有第二座板51、第二带孔耳板52、第二支撑气缸53和第二导向轴54，具体作用和在支撑辊座中的相同。但具体的安装方式有所不同，张紧主辊33的主辊座5安装在两侧边架11的中部，在所述边架前竖梁111的前侧焊接有用于固定主辊座5的第二支撑气缸53的l形座板56。所述l形座板56包括固定板56a和连接板56b，固定板56a直接垂直焊接在边架前竖梁111的前侧面，连接板56b平行于边架前竖梁111的前侧面并向两个边架11之间延伸，使得其自由端超出所连接的边架前竖梁111的内侧面。

进一步的，所述主辊座5的第二座板51位于边架后竖梁112的后侧面之外，其第二带孔耳板52固定在第二座板51的后侧面，所述辅助竖梁14在正对张紧主辊33的位置设有断口141，以将每根辅助竖梁14都分为两段，所述第二支撑气缸53通过所述断口141，其缸体固定在连接板56b上，活塞杆固定在第二座板51的前侧面。

进一步的，对应于主辊座5的第二导向轴54的位置，第二导向轴套55固定在边架前竖梁111和边架后竖梁112之间，且在边架前竖梁111和边架后竖梁112上的对应位置均设置有与第二导向轴套55内孔贯通的第二通孔111b和第三通孔112a。在这里，第二导向轴套55同时也起到了加强边架11强度的作用。

对应于张紧主辊33，所述张紧副辊34通过副辊座341安装在所述辅助竖梁14的断口141两端的前侧。所述副辊座341则只包含第三座板341a和第三带孔耳板341b，不用再连接气缸和导向轴。

所述上连接横梁12有两根，并在两根上连接横梁12的中部固定有模板铰支座15，模板铰支座15与模板支座6铰接，模板支架1通过模板支座6固定在模喷台车的回转大臂前端。所述下连接横梁13的中部与所述模板支座6之间连接有俯仰油缸7，用于调节模板支架1的俯仰角度。

所述模板支座6包括支座弯头61，支座连接板62和模板连接座63，所述支座连接板62固定在支座弯头61的水平顶端，可通过支座连接板62将模板支座6固定在台车的回转大臂前端上。

所述模板连接座63包括模板水平座板63a和模板竖直座板63b，所述模板水平座板63a固定在所述支座弯头61的竖直底端，所述模板竖直座板63b有两块，分别固定在模板水平座板63a的两侧，并与模板铰支座15通过转轴连接。

在模板水平座板63a的底部位于两块模板竖直座板63b之间设置有缸体铰支座64，以连接俯仰油缸7的缸体；在湿喷模板8背部，且在所述模板铰支座15之下设置有俯仰油缸7的活塞杆铰支座16，以连接俯仰油缸7的活塞杆。

图6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、前臂机构ⅵ和泵送机构ⅶ。所述前臂机构ⅵ通过前臂连接座ⅵ-1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ⅵ的作用，湿喷喷头(图中未示出)可通过喷头移动总成机构(图中未示出)安装在前臂机构ⅵ的顶部，皮带模板组件通过模板支座6安装在前臂机构ⅵ的前端，使得湿喷喷头可保持在皮带模板组件的顶部以上，这样皮带模板组件和湿喷喷头可随时随着前臂机构ⅵ一起整体移动或转动。而湿喷喷头可沿前臂机构ⅵ纵向移动，也可在喷头移动总成机构上横向移动，还可以单独进行俯仰角度的调整，还可以自动旋转运动，以满足模喷过程中的多种操作需求。

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在竖直平面内的最大转动角度可超过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2-3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。这主要皮带模板2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，可自动向湿喷喷头输送混凝土湿喷料。

上述皮带模板组件的的工作流程为：在施工的过程中，调节回转大臂和模板支架等，使皮带模板紧贴到相邻的两根钢拱架的最下端，使得皮带模板与两根钢拱架之间形成高度约一米(皮带模板的上下高度)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，待混凝土初凝后，回转大臂带动模板支架开始沿着钢拱架向上移动，在前臂机构移动的同时，驱动马达正向旋转，带动皮带模板的前端从上往下旋转，并保持皮带模板的旋转速度与模板支架的移动速度一致，使得皮带模板相当于一根行走履带在钢拱架上从下往上移动；在移动的同时，不断连续调整通过回转大臂的伸缩端，并结合俯仰油缸的调整，使得皮带模板的横向两端始终保持紧贴在两根钢拱架上，这样就不断的形成新的模腔，同时喷头连续喷射混凝土，连续不断的进行模喷支护，当达到隧道断面顶部，完成隧道本断面的单侧喷浇后，待最后初凝时，通过回转大臂回收模板支架和皮带模板，实现无回弹、无粉尘的连续初期支护。

利用上述皮带模板组件进行隧道初期支护模喷的方法，具体如下：

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，回转大臂携模板支架及皮带模板在开挖面其中一侧接近相邻的两根钢拱架的底部。

s2：模板支架带着皮带模板从底部紧贴两根钢拱架，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初凝后，在回转大臂的作用，模板支架带着皮带模板缓慢的沿钢拱架从下往上移动，在移动过程中，始终保持皮带模板的前端面同时紧贴两根钢拱架，以连续的形成新的模腔，喷头持续的向新形成的模腔内喷入速凝混凝土，一直持续到拱顶，以完成本段次单侧开挖面的初期支护浇筑。

s5，待顶部混凝土凝固后，回转大臂收回模板支架及皮带模板，并带着模板支架及皮带模板水平旋转，使得模板支架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s4中，在模板支架移动过程中，始终保持驱动马达正向旋转，使得皮带模板的前端能保持从上往下旋转。

在步骤s4中，在模板支架移动过程中，皮带模板的旋转速度和模板支架的移动速度相等。

在步骤s4中，在模板支架移动过程中，回转大臂不断向前缓慢伸出，并且俯仰油缸的活塞杆不断回收，以适应性的调整模板支架与回转大臂之间的俯仰角度，并使得皮带模板能最大限度的与钢拱架的弧度契合。

在步骤s3和s4中，始终保持模板支撑辊对皮带模板前端的顶撑作用，并且在支撑气缸的作用下，可以有效缓冲因钢拱架的不平整造成的模板支架的行进起伏，并有利于保持皮带模板始终与钢拱架保持紧贴，避免了喷入的混凝土从两侧泄露。

在步骤s3和s4中，在张紧主辊和张紧副辊的作用下，可以有效补偿冲因支撑气缸的伸缩造成的皮带模板的松紧程度的变化，使得皮带模板全过程都能保持在一定的张紧范围内。

在步骤s4中，皮带模板旋转过程中，保持模板支撑辊在皮带模板前端内侧滚动，并对皮带模板形成有力的顶撑。

还包括步骤s6，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；当完成一榀钢拱架(相邻的两根钢拱架以及之间的区域为一榀)之间的弧形区域的模喷浇筑后，可将承载回转大臂的滑移小车沿着台车上的滑移架向前移动2次，每次的移动距离和相邻两个钢拱架之间宽度相等，并且每移动一次即重复步骤s1-s5。

当通过一次挪车，并完成连续的三榀钢拱架区域的模喷浇筑后，将台车向前移动一个滑移架长度(或者三榀钢拱架宽度)的距离，并重复步骤s1-s6，直到完成整条隧道的模喷初期支护。

实践当中，模喷台车滑移架的长度一般设计成三榀钢拱架的宽度，也即连续四根钢拱架的外侧两根钢拱架的距离，并通过滑移小车的移动，以实现台车一次挪车，可以满足连续三榀钢拱架的模喷浇筑，减少了挪车次数，提高了模喷效率。理论上滑移架可设计得更长，但是会受制于台车长度以及隧道弯度的限制，并不能制造得太长，会给后续操作带来更高的要求和可能的麻烦。

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。