隧道初支喷射混凝土滑模施工方法与流程

1.本发明属于隧道施工初期支护技术领域，具体涉及一种隧道初支喷射混凝土滑模施工方法。


背景技术：

2.在隧道的施工阶段，在隧道开挖后，需要对隧道进行初喷混凝土，在钢拱架、钢筋网等安装完成后，还会对隧道进行复喷，以满足隧道的初支护。在隧道初支护中喷射混凝土的传统施工方法采用湿喷机械手或人工喷射法，该方法使得初支表面平整度取决于操作手的施工经验和操作熟练度，但是喷射混凝土回弹量较大，导致喷射混凝土超耗严重。在中国专利cn215672242u中公开一种暗挖工程初期支护喷射混凝土面平整模板支架体系，设置有与隧道断面拱部曲线弧度相同的模板，通过移动移动支架带动模板转动，能提高初支护的混凝土平整度。但是该模板的功能单一，且无法改变模板相对混凝土之间的角度。


技术实现要素：

3.本发明拟提供一种隧道初支喷射混凝土滑模施工方法，不仅能根据需要改变滑模板与隧道内壁喷射混凝土之间的相对角度，同时还具有振捣功能，从而实现初支表面的找平。
4.为此，本发明所采用的技术方案为：一种隧道初支喷射混凝土滑模施工方法，包括带有用于识别位置的激光定位系统的施工设备，所述激光定位系统包括光学测量设备和全自动电脑分析平台，所述施工设备包括混凝土喷射系统和多自由度机械臂滑模系统，所述混凝土喷射系统和多自由度机械臂滑模系统均设置在自行式行走平台上，所述多自由度机械臂滑模系统与混凝土喷射系统为两个相互独立的系统，且工作时混凝土喷射系统在多自由度机械臂滑模系统上方；所述混凝土喷射系统包括一端设置在自行式行走平台上的机械手和设置在机械手另一端的喷嘴，所述多自由度机械臂滑模系统包括一端设置在自行式行走平台上的多臂组件和设置在多臂组件另一端的滑移模板，所述多臂组件能改变滑移模板的角度，所述多臂组件具有长度调整功能；所述滑移模板包括滑模板，所述滑模板的一侧设置变频附着式振捣器，所述滑模板的另一侧设置有浆液喷射装置；
5.还包括如下步骤：
6.s1：施工前装备；
7.喷射混凝土施工前自由行走平台升起支腿，激光定位系统完成行走平台定位数据采集，搭载的电脑系统分析多自由度机械臂滑模系统滑移模板作用面与设计初期支护内轮廓线位置关系，从而为滑移模板进行初支表面收光找平提供基准参数；
8.s2：喷射混凝土；
9.在喷射混凝土时，混凝土喷射系统在多自由度机械臂滑模系统上部进行混凝土喷射施工，直至混凝土面满足设计初期支护内轮廓面要求的厚度，然后多自由度机械臂滑模系统在混凝土喷射系统正下方进行滑模作业；在滑移模板移动过程中，滑移模板收集喷射
施工过程中回弹的部分混凝土，利用变频附着式振捣器工作，将回弹料填补初支面不平顺部分；并且变频附着式振捣器工作，同时浆液喷射装置喷射一定浓度的浆液进行收光找平初支表面。
10.作为上述方案的优选，所述滑模板的一侧设置有用于与多臂组件铰接的铰接座，两个所述变频附着式振捣器设置在铰接座的上下两端，所述滑模板另一侧的下端朝向隧道壁面突出设置有用于与初支面贴合的贴合面，且变频附着式振捣器与贴合面上下错开设置，所述浆液喷射装置设置在滑模板另一侧靠近上端的位置处，且浆液喷射装置的末端不超过贴合面。
11.进一步优选，所述滑模板另一侧的上端设置有朝向隧道壁面突出的挡条，所述挡条的末端不超过贴合面。
12.进一步优选，所述多自由度机械臂滑模系统还配备有用于识别位置的激光定位系统，所述激光定位系统包括光学测量设备和全自动电脑分析平台。
13.进一步优选，所述多臂组件包括依次铰接设置的第一臂架、第二臂架和伸缩架，所述伸缩架的另一端铰接有滑移模板，且滑移模板与伸缩架之间、第二臂架与伸缩架之间、第一臂架与第二臂架之间、第一臂架与自行式行走平台之间均设置有伸缩缸。
14.进一步优选，所述喷嘴设置为鸭嘴型。
15.进一步优选，在s2中，多自由度机械臂滑模系统在混凝土喷射系统正下方100-150mm位置处进行工作。
16.进一步优选，在s1中，采集的数据是平台里程、偏距和高程。
17.进一步优选，在s2中，混凝土喷射系统和多自由度机械臂滑模系统均是由下至上进行，当隧道左侧或右侧喷射施工一定高度后，需转到隧道另一侧施工相同高度，此时多自由度机械臂滑模系统继续完成该侧施工后再转移到另一侧，如此交替直至完成拱顶部分施工。
18.本发明的有益效果：
19.1)设置有滑移模板，使得滑移模板能在多臂组件的作用下将初支表面收光抹平，并且多臂组件能改变滑移模板的角度使其能适用于不同弧度的隧道初支护，同时多臂组件具有长度调节功能，使得滑移模板能适用于不同高度的初支表面收光抹平。
20.2)滑移模板独有的凹面设置，可收集部分喷射施工过程中的回弹料，用于补平喷射施工过程中初支表面凹凸不平，从而能有效降低隧道喷射混凝土回弹超耗。
21.3)滑移模板包括带有变频附着式振捣器和浆液喷射装置的滑模板，使得滑模板在抹平过程中，能对混凝土进行振捣，保证混凝土的密实；同时浆液喷射装置用于喷射水泥或水泥砂浆，由于水泥或水泥砂浆与混凝土相比更加细腻，从而能进一步提高滑移模板的抹平效果。
22.4)由于多自由度机械臂滑模系统和混凝土喷射系统为两个相互独立的系统，使得喷射混凝土和初支表面的找平能同时进行，从而能有效提高施工效率。
附图说明
23.图1为本发明中施工设备的示意图。
24.图2为本发明中多自由度机械臂滑模系统的示意图。
25.图3为本发明中滑移模板的示意图。
26.图4为本发明中滑移模板的立体图。
27.图5为本发明中混凝土喷射系统的示意图。
28.图6为本发明中喷嘴的示意图。
具体实施方式
29.下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
30.如图1-图6所示，一种隧道初支喷射混凝土滑模施工方法，主要由带有用于识别位置的激光定位系统的施工设备组成，激光定位系统包括光学测量设备和全自动电脑分析平台。其中施工设备主要由混凝土喷射系统a和多自由度机械臂滑模系统b组成，混凝土喷射系统a和多自由度机械臂滑模系统b均设置在自行式行走平台c上，且多自由度机械臂滑模系统b和混凝土喷射系统a均为相互独立的系统。激光定位系统和自行式行走平台为现有技术，用于带动混凝土喷射系统和多自由度机械臂滑模系统在隧道内移动。
31.混凝土喷射系统a主要由一端设置在自行式行走平台c上的机械手1和设置在机械手1另一端的喷嘴2组成，其中喷嘴采用鸭嘴型，即喷嘴的前端为矩形，且整体呈现发散型，喷嘴的尾端为圆型，且连接在机械手上的混凝土输送管上，机械手的结构可以是现有技术，也可与多臂组件的结构相同。
32.多自由度机械臂滑模系统b主要由一端设置在自行式行走平台的多臂组件3和设置在多臂组件另一端的滑移模板4组成，且多臂组件3能改变滑移模板4的角度，同时多臂组件3本身具有长度调整功能。
33.滑移模板4的具体结构包括滑模板4a，在滑模板4a的一侧设置有用于与多臂组件3铰接的铰接座4b，在铰接座4b的上下两端均设置有变频附着式振捣器4c，上下两个变频附着式振捣器4c的设置便于实现整个滑移模板在抹平时的振捣，同时还便于维持滑移模板上下侧的平衡。在滑模板4a另一侧的下端朝向隧道壁面突出设置有用于与初支面贴合的贴合面a，且变频附着式振捣器4c与贴合面a上下错开设置，防止变频附着式振捣器影响贴合面的找平，最好时贴合面与滑模板之间设置有倾斜的连接段，变频附着式振捣器均位于连接段的上方。在滑模板4a另一侧靠近上端的位置处设置有浆液喷射装置4d，且浆液喷射装置4d的末端不超过贴合面a，浆液喷射装置用于喷射水泥或水泥砂浆，进一步提高初支表面的平整度，同时由于贴合面设置在下端，为放置浆液喷射装置影响贴合面的找平，因此将浆液喷射装置设置在滑模板4a靠近上端位置处。其中变频附着式振捣器和浆液喷射装置均为现有技术。
34.为防止浆液喷射装置在喷射时，由滑模板的上端回弹，在滑模板4a另一侧的上端设置有朝向隧道壁面突出的挡条b，且为防止挡条影响找平，挡条b的末端不超过贴合面a。
35.多臂组件3具体结构包括依次铰接设置的第一臂架3a、第二臂架3b和伸缩架3c，其中伸缩架具有伸缩功能，在伸缩架3c的另一端铰接有滑移模板4，且滑移模板4与伸缩架3c之间、第二臂架3b与伸缩架3c之间、第一臂架3a与第二臂架3b之间、第一臂架3a与自行式行走平台c之间均设置有伸缩缸6，且伸缩缸的两端均设置为铰接。
36.在本实施例中，激光定位系统设置在伸缩架上。
37.施工方法具体包括如下步骤：
38.第一步：施工前装备。喷射混凝土施工前自由行走平台c升起支腿，激光定位系统完成行走平台定位数据采集，其中定位数据包括平台里程(多自由度机械臂滑模系统b的支点里程)、偏距和高程，搭载的电脑系统分析多自由度机械臂滑模系统b滑移模板作用面与设计初期支护内轮廓线位置关系，从而为滑移模板进行初支表面收光找平提供基准参数。
39.第二步：喷射混凝土。
40.在喷射混凝土时，混凝土喷射系统a在多自由度机械臂滑模系统b上部进行混凝土喷射施工，直至混凝土面满足设计初期支护内轮廓面要求的厚度，最好是在喷射的时候，喷射的厚度略厚于设计厚度，便于在振捣时能补充，喷射的厚度通常根据围岩类别确定，其厚度介于120-290mm之间。
41.然后多自由度机械臂滑模系统b在混凝土喷射系统a正下方100-150mm位置处进行滑模作业，防止喷射的混凝土向下滑动。在滑移模板4移动过程中，变频附着式振捣器4c一直工作，并且能根据需要工作，并调整振动频次，同时浆液喷射装置4d可根据需要喷射一定浓度的水泥浆+速凝剂混合浆液或单独的水泥浆进行收光找平初支表面。当采用水泥浆时，水和水泥的配合比为1:1；当采用水泥浆+速凝剂混合浆液时，水、泥浆和速凝剂的配比为1.63:1～1.09:1。
42.在整个喷射过程中，混凝土喷射系统a和多自由度机械臂滑模系统b均是由下至上进行，当隧道左侧或右侧喷射施工一定高度后，需转到隧道另一侧施工相同高度，此时多自由度机械臂滑模系统继续完成该侧施工后再转移到另一侧。即当隧道左侧喷射施工移动高度后，混凝土喷射系统a转动隧道右侧进行喷射施工，此时多自由度机械臂滑模系统继续完成在隧道左侧的施工后再转动隧道右侧施工，如此交替直至完成拱顶部分施工，通常当施工高度达到2m后进行交替施工。

技术特征：
1.一种隧道初支喷射混凝土滑模施工方法，包括带有用于识别位置的激光定位系统的施工设备，所述激光定位系统包括光学测量设备和全自动电脑分析平台，其特征在于：所述施工设备包括混凝土喷射系统(a)和多自由度机械臂滑模系统(b)，所述混凝土喷射系统(a)和多自由度机械臂滑模系统(b)均设置在自行式行走平台(c)上，所述多自由度机械臂滑模系统(b)与混凝土喷射系统(a)为两个相互独立的系统，且工作时混凝土喷射系统(a)在多自由度机械臂滑模系统(b)上方；所述混凝土喷射系统(a)包括一端设置在自行式行走平台(c)上的机械手(1)和设置在机械手(1)另一端的喷嘴(2)，所述多自由度机械臂滑模系统(b)包括一端设置在自行式行走平台(c)上的多臂组件(3)和设置在多臂组件(3)另一端的滑移模板(4)，所述多臂组件(3)能改变滑移模板(4)的角度，所述多臂组件(3)具有长度调整功能；所述滑移模板(4)包括滑模板(4a)，所述滑模板(4a)的一侧设置变频附着式振捣器(4c)，所述滑模板(4a)的另一侧设置有浆液喷射装置(4d)；还包括如下步骤：s1：施工前装备；喷射混凝土施工前自由行走平台(c)升起支腿，激光定位系统完成行走平台定位数据采集，搭载的电脑系统分析多自由度机械臂滑模系统(b)滑移模板作用面与设计初期支护内轮廓线位置关系，从而为滑移模板进行初支表面收光找平提供基准参数；s2：喷射混凝土；在喷射混凝土时，混凝土喷射系统(a)在多自由度机械臂滑模系统(b)上部进行混凝土喷射施工，直至混凝土面满足设计初期支护内轮廓面要求的厚度，然后多自由度机械臂滑模系统(b)在混凝土喷射系统(a)正下方进行滑模作业；在滑移模板(4)移动过程中，滑移模板(4)收集喷射施工过程中回弹的部分混凝土，利用变频附着式振捣器(4c)工作，将回弹料填补初支面不平顺部分；并且变频附着式振捣器(4c)工作，同时浆液喷射装置(4d)喷射一定浓度的浆液进行收光找平初支表面。2.根据权利要求1中所述的隧道初支喷射混凝土滑模施工方法，其特征在于：所述滑模板(4a)的一侧设置有用于与多臂组件(3)铰接的铰接座(4b)，两个所述变频附着式振捣器(4c)设置在铰接座(4b)的上下两端，所述滑模板(4a)另一侧的下端朝向隧道壁面突出设置有用于与初支面贴合的贴合面(a)，且变频附着式振捣器(4c)与贴合面(a)上下错开设置，所述浆液喷射装置(4d)设置在滑模板(4a)另一侧靠近上端的位置处，且浆液喷射装置(4d)的末端不超过贴合面(a)。3.根据权利要求2中所述的隧道初支喷射混凝土滑模施工方法，其特征在于：所述滑模板(4a)另一侧的上端设置有朝向隧道壁面突出的挡条(b)，所述挡条(b)的末端不超过贴合面(a)。4.根据权利要求1中所述的隧道初支喷射混凝土滑模施工方法，其特征在于：所述多臂组件(3)包括依次铰接设置的第一臂架(3a)、第二臂架(3b)和伸缩架(3c)，所述伸缩架(3c)的另一端铰接有滑移模板(4)，且滑移模板(4)与伸缩架(3c)之间、第二臂架(3b)与伸缩架(3c)之间、第一臂架(3a)与第二臂架(3b)之间、第一臂架(3a)与自行式行走平台(c)之间均设置有伸缩缸(6)。5.根据权利要求1中所述的隧道初支喷射混凝土滑模施工方法，其特征在于：所述喷嘴(2)设置为鸭嘴型。
6.根据权利要求7中所述的隧道初支喷射混凝土滑模施工方法，其特征在于：在s2中，多自由度机械臂滑模系统(b)在混凝土喷射系统(a)正下方100-150mm位置处进行跟进工作，滑模滑移应在喷射混凝土凝结前工作。7.根据权利要求7中所述的隧道初支喷射混凝土滑模施工方法，其特征在于：在s1中，采集的数据是平台里程、偏距和高程。8.根据权利要求1中所述的隧道初支喷射混凝土滑模施工方法，其特征在于：在s2中，混凝土喷射系统(a)和多自由度机械臂滑模系统(b)均是由下至上进行，当混凝土喷射系统隧道左侧或右侧喷射施工一定高度后，需转到隧道另一侧施工相同高度，此时多自由度机械臂滑模系统继续完成该侧施工后再转移到另一侧，如此交替直至完成拱顶部分施工。

技术总结
本发明公开了一种隧道初支喷射混凝土滑模施工方法，包括带有用于识别位置的激光定位系统的施工设备，所述施工设备包括混凝土喷射系统和多自由度机械臂滑模系统，所述混凝土喷射系统和多自由度机械臂滑模系统均设置在自行式行走平台上，所述多自由度机械臂滑模系统与混凝土喷射系统为两个相互独立的系统，且工作时混凝土喷射系统在多自由度机械臂滑模系统上方；还包括如下步骤：S1：施工前装备；S2：喷射混凝土。不仅能根据需要改变滑模板与隧道内壁喷射混凝土之间的相对角度，同时还具有振捣功能，从而便于初支表面的找平。从而便于初支表面的找平。从而便于初支表面的找平。


技术研发人员：邓君 熊军 王碧军 王源 李勇 王福海 方兵 熊晓辉 张开顺 朱斌 孙蕾 罗勇
受保护的技术使用者：中铁十一局集团有限公司
技术研发日：2023.08.16
技术公布日：2023/10/20