用于隧道初支带模喷射混凝土快速施工的装置的制作方法

本实用新型属于隧道施工技术领域，涉及一种施工装置及施工方法，尤其涉及一种用于隧道初支带模喷射混凝土快速施工的装置。

背景技术：

在隧道初期支护浇筑过程中，传统初期支护需要搭设拱架，拼装模板进行模筑混凝土施工，这种施工工艺效率低，人工成本投入大。现阶段的主要施工形式为喷射混凝土支护，但是喷射的回弹量不易控制，回弹物的回收利用工作量大。影响下阶段的施工环境和施工成本。

为解决上述难题，现有技术人员提出了几种解决方案，如龚岗等实用新型了一种隧道锚喷支护混凝土台车用移动式灌注模板(公开号是CN 108194106A)，通过滑模小车进行依次的锚喷支护，避免了混凝土回弹造成的浪费；陈建民等实用新型了一种隧道初衬模板台车(公开号是CN 104790977A)，当泵注混凝土时，模板机构在衬砌位置形成钢性拱架，且钢性拱架支撑在门架总成上；当泵注的混凝土处于养护期间时，泵注的混凝土支撑在钢性拱架上，且钢性拱架与门架总成分离。

现有解决方案的思路均为单因素改进，即只考虑一种因素加以改进，而且这方面研究较少。因此，研制一种用于隧道初期支护带模喷射混凝土快速施工的装置，以实现既能减少回弹物的浪费，又能采用喷射混凝土快速施工，成为隧道初期支护装置的重要改进需求。

技术实现要素：

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种施工效率高、劳动强度低以及可避免回弹物浪费的用于隧道初支带模喷射混凝土快速施工的装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于隧道初支带模喷射混凝土快速施工的装置，所述用于隧道初支带模喷射混凝土快速施工的装置包括可移动式初支简易台车、钢导轨、环向驱动装置、钢模板系统、喷射系统以及管线控制系统；所述钢导轨设置在可移动式初支简易台车上；所述钢导轨整体呈拱形；所述钢模板系统以及喷射系统自下而上依次设置在钢导轨上；所述环向驱动装置设置在可移动式初支简易台车上并分别与钢模板系统以及喷射系统相连；所述环向驱动装置分别驱动钢模板系统以及喷射系统在钢导轨上自如移动；所述管线控制系统设置在可移动式初支简易台车上并与环向驱动装置相连。

上述钢导轨包括外侧槽钢、内侧槽钢、拱顶固定钢板以及拱底固定钢板；所述外侧槽钢以及内侧槽钢的结构及形状完全相同且均呈拱形；所述拱顶固定钢板置于外侧槽钢和内侧槽钢所形成拱形结构的拱顶位置；所述拱底固定钢板置于外侧槽钢和内侧槽钢所形成拱形结构的拱底位置；所述外侧槽钢以及内侧槽钢之间形成移动工作区；所述钢模板系统以及喷射系统自下而上依次设置在移动工作区中并在移动工作区中自如移动。

上述钢模板系统包括钢模板设备滑动底座、钢模板可伸缩支架以及钢模板；所述钢模板通过钢模板可伸缩支架与钢模板设备滑动底座相连；所述钢模板设备滑动底座置于由外侧槽钢以及内侧槽钢之间所形成的移动工作区中；所述管线控制系统通过环向驱动装置驱动钢模板设备滑动底座在移动工作区中自如移动。

上述钢模板设备滑动底座包括钢模板滑动底座轮轴、钢模板滑动底座、钢模板滑动底座车轮以及钢模板设备滑动底座横撑杆；所述钢模板滑动底座以及钢模板滑动底座车轮分别套装在钢模板滑动底座轮轴上；所述钢模板通过钢模板可伸缩支架与钢模板滑动底座相连；所述钢模板滑动底座轮轴置于由外侧槽钢以及内侧槽钢之间所形成的移动工作区中并通过钢模板滑动底座车轮在移动工作区中自如移动；所述钢模板滑动底座轮轴是两根；所述钢模板设备滑动底座横撑杆置于两根钢模板滑动底座轮轴之间并分别与钢模板滑动底座轮轴相连。

上述钢模板可伸缩支架包括第一可伸缩杆以及第一铰接支座；所述第一可伸缩杆的一端通过第一铰接支座与钢模板相连；所述第一可伸缩杆的另一端通过第一铰接支座与钢模板滑动底座相连。

上述喷射系统包括喷射滑动底座、可伸缩支架模块、喷枪、喷射混凝土机以及混凝土输送管道；所述喷枪通过可伸缩支架模块与喷射滑动底座相连；所述喷枪的喷口朝向钢模板系统支护的部位；所述喷射滑动底座置于由外侧槽钢以及内侧槽钢之间所形成的移动工作区中；所述管线控制系统通过环向驱动装置驱动喷射滑动底座在移动工作区中自如移动；所述喷射混凝土机置于可移动式初支简易台车上；所述喷射混凝土机通过混凝土输送管道与喷枪相贯通。

上述喷射滑动底座包括喷射滑动底座轮轴、喷射滑动底座滚轮、喷射设备滑动底座车轮以及喷射设备滑动底座横撑杆；所述喷射滑动底座滚轮以及喷射设备滑动底座车轮分别套装在喷射滑动底座轮轴上；所述喷枪通过可伸缩支架模块与喷射滑动底座滚轮相连；所述喷射滑动底座轮轴置于由外侧槽钢以及内侧槽钢之间所形成的移动工作区中并通过喷射设备滑动底座车轮在移动工作区中自如移动；所述喷射滑动底座轮轴是两根；所述喷射设备滑动底座横撑杆置于两根喷射滑动底座轮轴之间并分别与喷射滑动底座轮轴相连。

上述可伸缩支架模块包括第二可伸缩杆以及第二铰接支座；所述第二可伸缩杆的一端通过第二铰接支座与喷射滑动底座滚轮相连；所述第二可伸缩杆的另一端通过第二铰接支座与喷枪相连。

上述管线控制系统包括红外线识别传感器、强弱电电缆以及可编程逻辑控制器；所述红外线识别传感器与可编程逻辑控制器相连；所述环向驱动装置包括电机绞盘、导向轮以及环向传动绳；所述电机绞盘通过导向轮与环向传动绳相连；所述环向传动绳分别与钢模板系统以及喷射系统并带动钢模板系统以及喷射系统在钢导轨上自如移动；所述可编程逻辑控制器通过强弱电电缆与电机绞盘相连。

本实用新型采用初支带模喷射混凝土简易台车代替现有混凝土喷射机，与现有技术相比，有以下优势：

1)设计的钢导轨与支模喷射装置组成整体，钢导轨放置在简易台车上，使其可移动并辅助支模喷射设备环向喷射，提高了施工效率，降低了劳动强度。

2)设计的支模喷射系统采用了环向喷射方式来替代既有的喷射混凝土机械手装置，可逐步对每环模板环向喷射，通过支模喷射，克服了现有技术在喷射混凝土时回弹物不易回收利用的缺点，减少了回弹物的浪费。

3)设计的装置可运用于不同的隧道断面，通过钢模板系统及喷射系统的可伸缩杆，以适应相应的隧道内轮廓，提高了装置的重复利用率。

附图说明

下面将结合本实用新型实施例中的例图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本技术领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得所有实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实用新型所提供的用于隧道初支带模喷射混凝土快速施工的装置的整体结构示意图；

图2是本实用新型所采用的滑动底座构造及与轨道连接图；

图3是本实用新型所采用的钢模板与可伸缩支架连接图；a是钢模板系统的正视结构示意图；b是钢模板系统的俯视结构示意图；c是钢模板系统的剖面结构示意图；

图4是本实用新型所采用的喷枪与可伸缩支架连接图；a是喷射系统的正式结构示意图、b 是喷射系统的侧视结构示意图；c是喷射系统的俯视结构示意图；

图5是本实用新型所采用的钢模板及喷枪设备的二维侧视图；

图6是本实用新型所采用的钢模板及喷枪设备的二维剖视结构示意图；

图中：

1-钢导轨；11-外侧槽钢；12-内侧槽钢；13-拱顶固定钢板；14-拱底固定钢板；2-环向驱动装置；21-电机绞盘；22-导向轮；23-环向传动绳；3-钢模板系统；31-钢模板设备滑动底座； 311-钢模板滑动底座轮轴；312-钢模板滑动底座；313-钢模板滑动底座车轮；314-钢模板设备滑动底座横撑杆；32-钢模板可伸缩支架；321-第一可伸缩杆；322-第一铰接支座；33-钢模板； 4-喷射系统；41-喷射滑动底座；411-喷射滑动底座轮轴；412-喷射滑动底座滚轮；413-喷射设备滑动底座车轮；414-喷射设备滑动底座横撑杆；42-可伸缩支架模块；421-第二可伸缩杆； 422-第二铰接支座；43-喷枪；44-喷射混凝土机；45-混凝土输送管道；5-管线控制系统；51- 红外线识别传感器；52-强弱电电缆；53-可编程逻辑控制器；6-初支台车及隧道结构；61-初支简易台车；611-台车车轮；62-受喷面。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细叙述但不作为本实用新型的限定。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“左”、“右”、“上”、“下”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是特指或暗示所指的元件必须有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1～图6，一种用于隧道初支带模喷射混凝土快速施工的装置，包括：钢导轨1，用于固定钢模板系统和喷射系统并辅助两个系统环向行驶；环向驱动装置2，用于驱动钢模板及喷射设备沿隧道内轮廓轨道环向行驶；钢模板系统3，用于钢模板的自动立模，与受喷面形成受喷空间；喷射系统4，用于混凝土的供应传输以及自动喷射；管线控制系统5，用于驱动装置2、钢模板系统3及喷射系统4的启动关闭、控制信号传输。

如图1、2，钢导轨1由外侧槽钢11和内侧槽钢12组成，并弯折成隧道内轮廓形状。钢导轨 1一共设置左右两环，拱顶处设置拱顶固定钢片13，并对清理区域分为左右两区，两环钢导轨拱底处设置拱底固定钢板14，将两环钢轨道锁定，并作为钢模板滑动底座的起点，保持稳定；两道槽钢之间留有空隙用于放钢模板系统3及喷射系统4的钢模板滑动底座轮轴311以及喷射滑动底座轮轴411，钢模板滑动底座轮轴311上放置钢模板滑动底座312，喷射滑动底座轮轴411 上放置喷射滑动底座滚轮412，外侧槽钢以及内侧槽钢12侧边用于放置钢模板系统3及喷射系统4的钢模板滑动底座车轮313以及喷射设备滑动底座车轮413，钢模板系统3及喷射系统4会在环向驱动装置2的驱动下，在钢导轨1上行驶；钢模板系统3及喷射系统4中的两根钢模板滑动底座轮轴311以及喷射滑动底座轮轴411之间放钢模板设备滑动底座横撑杆314以及喷射设备滑动底座横撑杆414，用于固定相对位置，保持设备的稳定。

如图1，环向驱动装置2由安装在台车上的电机绞盘21、导向轮22、环向传动绳23，在工作过程中，管线控制系统5发出指令，控制电动绞盘21的来回转动，并通过导向轮22传导环向传动绳23运动，进一步拖动钢模板系统3及喷射系统4环向运动，实现初支的支模喷射。

如图1、图3(a是钢模板系统的正视结构示意图；b是钢模板系统的俯视结构示意图；c 是钢模板系统的剖面结构示意图)以及图5，钢模板系统3由以下模块组成：钢模板设备滑动底座31，可伸缩支架模块32，钢模板33。钢模板设备滑动底座31由钢模板滑动底座轮轴311、轮轴两侧的钢模板滑动底座车轮313、轮轴之间的钢模板设备滑动底座横撑杆314、钢模板滑动底座312，用于辅助钢模板系统3在钢导轨1上环向行驶；钢模板可伸缩支架32由第一可伸缩杆321以及第一铰接支座322组成，用于模板的自动定位；

如图1、图4(a是喷射系统的正式结构示意图、b是喷射系统的侧视结构示意图；c是喷射系统的俯视结构示意图)、图5以及图6，喷射系统4由以下模块组成：喷射滑动底座41，可伸缩支架模块42，喷枪43，喷射混凝土机44以及混凝土输送管道45。喷射滑动底座41由喷射滑动底座轮轴411、喷射设备滑动底座车轮413、轮轴之间的喷射设备滑动底座横撑杆414、喷射滑动底座滚轮412，用于辅助喷射系统4在钢导轨1上环向行驶；可伸缩支架模块42由第二可伸缩杆421以及第二铰接支座422组成，用于喷枪的定位；混凝土输送管道45用于输送混凝土。将水泥、骨料和水计量搅拌后，喂入喷射混凝土机44，再经混凝土输送管道45输送至喷嘴，再与速凝剂混合，藉助压缩空气喷射至受喷面。

管线控制系统5由红外线识别传感器51、强电弱电电缆52以及可编程逻辑控制器53组成。红外线识别传感器51用于记录推进距离，强弱电电缆52用于传输电能及传递信号，可编程逻辑控制器53用于信号的收发，控制电机绞盘21的转动。

如图1、图2、图3以及图4，本实用新型在提供用于隧道初支带模喷射混凝土快速施工的装置的同时，还提供了一种基于该施工装置的施工方法，该施工方法包括：

1)设备安装固定：推动可移动式初支简易台车61至受喷面开挖形成的初始岩面轮廓线，锁死可移动式初支简易台车61的行走轮611，钢导轨1放置于可移动式初支简易台车61上，将轨道拱顶、拱腰处与可移动式初支简易台车61绑扎固定，随后将钢模板系统3、喷射系统4放置于钢导轨1上，插上钢模板滑动底座轮轴311以及喷射滑动底座轮轴411、安装钢模板滑动底座车轮313以及喷射设备滑动底座车轮413、安装钢模板设备滑动底座横撑杆314以及喷射设备滑动底座横撑杆414及接上环向传动绳23，使钢模板系统3以及喷射系统4固定于钢导轨1上，喷枪43通过混凝土输送管道45接上喷射混凝土机44，等待可移动式初支简易台车61推进支模喷射；

2)启动环向支模喷射：装置通电后，由强弱电电缆52传送电能及控制信号，启动钢模板系统3以及喷射系统4，指令可编程逻辑控制器53开启电机绞盘21，通过导向轮22带动环向传动绳23，并带动钢模板设备滑动底座31以及喷射滑动底座41匀速缓慢运动，对受喷面62进行均匀喷射；

3)台车持续推进：待一个环向断面喷射完成后，继续推进可移动式初支简易台车61，红外线识别传感器51记录推进距离并传送给可编程逻辑控制器53，推进指定距离后，可编程逻辑控制器53发出提示，此时停止推进可移动式初支简易台车61，并进行下一环断面的支模喷射，以此类推，依次钢模板可伸缩支架32每环的断面，直至可移动式初支简易台车61推至整个需要初期支护的断面。此时停机关闭支模喷射系统，将台车61推出至空旷地段，等待下次的喷射。

本实用新型未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。