本发明专利技术公开了一种隧道初步支护3D打印装置、以及应用于3D打印装置的3D打印材料及3D打印装置的使用方法，其中，3D打印装置包括运输小车、送料组件、喷射打印组件和控制器；喷射打印组件，包括喷射底座、喷射臂单元和打印单元；喷射臂单元的喷射臂铰接在喷射底座上，且喷射臂和喷射底座之间和喷射臂之间安装有伸缩缸和角度流量传感器；打印单元，包括打印喷头、360°刷动马达、打印伸缩油缸、打印伸缩油缸与喷射臂连接，打印伸缩油缸的活塞杆与360°刷动马达垂直连接，360°刷动马达的输出轴与打印喷头连接并带动打印喷头旋转；打印喷头的进料口与输料管连通。本发明专利技术实现隧道初期支护零污染、零回弹，提高初期支护质量，改变当前作业环境高污染的状态。
【技术实现步骤摘要】
一种隧道初步支护3D打印装置、材料及其方法
本专利技术涉及隧道施工
，特别是涉及一种隧道初步支护3D打印装置、材料及其方法。
技术介绍
按施工文件要求，隧道初期支护应在开挖后尽快施作，以开挖后2h内最好；根据测量资料，无论是混喷、钻锚、开挖，每道工序在施工前，初期支护变形都会加大，因此，要求隧道初期支护要有足够的强度，以起到足够的支护作用，加之桥跨效应只在1倍洞径内起作用，因此，即便是较好的围岩，也应及时喷锚。由此可见，隧道乃至某些地下空间施工中初期支护工序是不可取消的施工工序。目前，国内隧道初期支护的混凝土作业主要有湿喷和干喷两种作业模式。干喷即将混凝土（砂石、水泥、粉状速凝剂等）在现场干拌均匀，然后装入干喷机，依靠压缩空气将干料通过胶管喷射出去，该种作业模式混凝土质量波动大，回弹率高，施工效率低，施工环境比较恶劣，且比较适合小方量工程；湿喷作业方法混凝土先在搅拌站配制生产，然后用混凝土罐车运送到施工现场，装入湿喷台车，将湿拌混凝土通过胶管送到喷头，利用高压空气将物料喷出。湿喷混凝土质量稳定，施工效率高，比较适合大方量工程，也是目前较为主要的混凝土初期支护作业模式。但每个施工项目的湿喷混凝土配比不同，喷射质量也不同，最终支护效果除与操作人员水平关系密切外，由于湿喷工法和干喷工法都采用高压空气将物料吹出的方式，物料的回弹量和高压喷料造成的粉尘污染都非常大，严重影响了隧道内施工环境和人员的健康。所以，鉴于隧道混凝土初支工序的不可取消性与当前施工工艺导致的质量参差不齐、物料浪费大、作业环境差等现象，亟待实施一种新的技术方案，以解决上述问题。
技术实现思路
针对隧道混凝土初支工序的不可取消性与当前施工工艺导致的质量参差不齐、物料浪费大、作业环境差等现象，提供一种隧道初期支护3D打印装置。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种隧道初步支护3D打印装置，包括运输小车、送料组件、喷射打印组件和控制器，送料组件、喷射打印组件和控制器均安装在运输小车上，且运输小车的发动机与控制器的输出端连接；所述喷射打印组件，包括喷射底座、喷射臂单元和打印单元，喷射底座固定在运输小车上；喷射臂单元的喷射臂铰接在喷射底座上，且喷射臂和喷射底座之间和喷射臂之间安装有伸缩缸和角度流量传感器；所述打印单元，包括打印喷头、360°刷动马达、打印伸缩油缸；打印伸缩油缸的缸体与上部喷射臂固定连接，打印伸缩油缸的活塞杆与360°刷动马达垂直连接，360°刷动马达的输出轴与打印喷头的壳体垂直连接并带动打印喷头旋转；打印喷头的进料口与送料组件的输料管连通，且在打印喷头的壳体上安装有断面扫描仪；角度流量传感器和断面扫描仪分别与控制器的输入端连接，伸缩缸、360°刷动马达、打印伸缩油缸和送料组件的螺旋挤压泵分别与控制器的输出端连接。打印喷头在360°刷动马达的作用下可实现六自由度旋转，用于将3D打印材料喷出至不同方位与结构基础粘合。所述喷射臂单元，包括至少两节喷射臂、伸缩缸和角度流量传感器，一个喷射臂的下部通过销轴铰接在喷射底座上并绕销轴转动，喷射臂的上部与另一喷射臂的下部铰接，另一喷射臂的上部与打印单元中打印伸缩油缸的缸体固定连接；在喷射臂和喷射底座之间和两喷射臂之间均安装有伸缩缸和角度流量传感器；角度流量传感器将检测信号传输到控制器内，控制器接收并处理后控制伸缩缸动作；360°刷动马达和打印伸缩油缸分别与控制器的输出端连接接收控制器的控制指令。所述送料组件，包括料斗、螺旋挤压泵、输料管，螺旋挤压泵安装在运输小车上，料斗安装在螺旋挤压泵的进料口处，输料管的一端连接在螺旋挤压泵的出料口处，另一端安装在喷射打印组件中打印喷头的进料口处。所述的断面扫描仪，用于进行成型面轮廓扫描，将检测信号传输到控制器内，控制器接收信号并与标准断面对比后，控制伸缩缸、360°刷动马达和打印伸缩油缸动作进行喷射或与标准断面对比后补喷工作。所述螺旋挤压泵上安装有启停电磁阀，角度流量传感器和断面扫描仪将监测数据信号传输到控制器后，控制器处理后发送信号到启停电磁阀。启停电磁阀根据控制器指令自动启动和停止，精准控制喷射时间和喷射方量。一种隧道初步支护3D打印装置的使用方法，步骤如下：（1）根据施工要求制备3D打印材料；（2）设计打印路径和喷射目标轮廓，并将设计结果输入控制器；（3）运输小车定位；（4）将3D打印材料装入料斗，经螺旋挤压泵进入输料管及打印喷头；（5）控制器控制喷射臂沿规划路径执行喷射作业，直至3D打印材料盖住钢拱架；（6）喷射完成后进行成型面轮廓扫描，如合格，则进行下一喷射过程；如不合格，将循环误差处进行修复喷射，直至合格；（7）重复步骤（5）至步骤（6），直至完成全部隧道初期支护3D打印作业。一种用于隧道初步支护3D打印装置的3D打印材料。所述3D打印材料由混凝土和添加剂调和而成，呈粘稠状；初凝时间不大于3min，终凝时间不大于5min，终凝后强度不低于30Mpa。一种隧道初步支护3D打印设备，包括3D打印装置和3D打印材料，在控制系统的作用下，3D打印装置将3D打印材料喷涂到钢拱架上形成初步支护。本专利技术采用3D打印混凝土材料、配以全自动控制3D打印设备，可实现隧道全断面全自动喷射打印及结果扫描、修补，减少人工因素引起的质量相关的影响；同时3D打印混凝土材料具备扩散快，凝固快，粘接力强，层间不产生冷缝等特点，可以实现零污染、零回弹。可以有效提高隧道初期混凝土支护的质量，有效改善施工作业环境。在隧道建设安全、质量、环保、智能化、信息等要求日趋严格的状态下，可以保证隧道初支混凝土施工工序更加满足各项建设要求，具有良好的适应性和推广应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的使用状态图。图2为本专利技术送料组件和喷射打印组件装配示意图。图3为本专利技术喷射打印组件的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：一种隧道初步支护3D打印装置，如图1所示，包括运输小车1、送料组件2、喷射打印组件3和控制器，送料组件2、喷射打印组件3和控制器均安装在运输小车1上，且运输小车1的发动机与控制器的输出端连接。所述送料组件2，如图2所示，包括料斗2-1、螺旋挤压泵2-2、输料管2-3，螺旋挤压泵2-2安装在运输小车1上，料斗2-1安装在螺旋挤压泵2-2的进料口处，输料管2-3的一端连接在螺旋挤压泵2-2的出料口处，另一端安装在喷射打印组件中打印喷头3-3-1的进料口处。并且为了确保物料输送准确不失误，在所述螺旋挤压泵2-2上安装有启停电磁阀2-2-1，角度流量传感器和断面扫描仪3-3-4将监测数据信号传输到控制器后，控制器处理后发送指令给启停电磁阀2-2-1控制启停电磁阀2-2-1的启动与本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种隧道初步支护3D打印装置，其特征在于：包括运输小车（1）、送料组件（2）、喷射打印组件（3）和控制器，送料组件（2）、喷射打印组件（3）和控制器均安装在运输小车（1）上，且运输小车（1）的发动机与控制器的输出端连接；所述喷射打印组件（3），包括喷射底座（3‑1）、喷射臂单元和打印单元，喷射底座（3‑1）固定在运输小车（1）上；喷射臂单元的喷射臂铰接在喷射底座上，且喷射臂和喷射底座之间以及喷射臂与喷射臂之间均安装有伸缩缸和角度流量传感器；所述打印单元，包括打印喷头（3‑3‑1）、360°刷动马达（3‑3‑2）、打印伸缩油缸（3‑3‑3）；打印伸缩油缸（3‑3‑3）的缸体与上部喷射臂固定连接，打印伸缩油缸（3‑3‑3）的活塞杆与360°刷动马达（3‑3‑2）垂直连接， 360°刷动马达（3‑3‑2）的输出轴与打印喷头（3‑3‑1）的壳体垂直连接并带动打印喷头（3‑3‑1）旋转；打印喷头（3‑3‑1）的进料口与送料组件的输料管（2‑3）连通，且在打印喷头（3‑3‑1）的壳体上安装有断面扫描仪（3‑3‑4）；角度流量传感器和断面扫描仪（3‑3‑4）分别与控制器的输入端连接，伸缩缸（3‑2‑2）、360°刷动马达（3‑3‑2）、打印伸缩油缸（3‑3‑3）和送料组件的螺旋挤压泵（2‑2）分别与控制器的输出端连接。...
【技术特征摘要】
1.一种隧道初步支护3D打印装置，其特征在于：包括运输小车（1）、送料组件（2）、喷射打印组件（3）和控制器，送料组件（2）、喷射打印组件（3）和控制器均安装在运输小车（1）上，且运输小车（1）的发动机与控制器的输出端连接；所述喷射打印组件（3），包括喷射底座（3-1）、喷射臂单元和打印单元，喷射底座（3-1）固定在运输小车（1）上；喷射臂单元的喷射臂铰接在喷射底座上，且喷射臂和喷射底座之间以及喷射臂与喷射臂之间均安装有伸缩缸和角度流量传感器；所述打印单元，包括打印喷头（3-3-1）、360°刷动马达（3-3-2）、打印伸缩油缸（3-3-3）；打印伸缩油缸（3-3-3）的缸体与上部喷射臂固定连接，打印伸缩油缸（3-3-3）的活塞杆与360°刷动马达（3-3-2）垂直连接，360°刷动马达（3-3-2）的输出轴与打印喷头（3-3-1）的壳体垂直连接并带动打印喷头（3-3-1）旋转；打印喷头（3-3-1）的进料口与送料组件的输料管（2-3）连通，且在打印喷头（3-3-1）的壳体上安装有断面扫描仪（3-3-4）；角度流量传感器和断面扫描仪（3-3-4）分别与控制器的输入端连接，伸缩缸（3-2-2）、360°刷动马达（3-3-2）、打印伸缩油缸（3-3-3）和送料组件的螺旋挤压泵（2-2）分别与控制器的输出端连接。2.根据权利要求1所述的隧道初步支护3D打印装置，其特征在于：所述喷射臂单元，包括至少两节喷射臂（3-2-1）、伸缩缸（3-2-2）和角度流量传感器，一个喷射臂（3-2-1）的下部通过销轴铰接在喷射底座（3-1）上并绕销轴转动，喷射臂（3-2-1）的上部与另一喷射臂的下部铰接，另一喷射臂的上部与打印单元中打印伸缩油缸（3-3-3）的缸体固定连接；在喷射臂（3-2-1）和喷射底座（3-1）之间和两喷射臂（3-2-1）之间均安装有伸缩缸（3-2-2）和角度流量传感器；角度流量传感器将检测信号传输到控制...
【专利技术属性】
技术研发人员：李建斌，邢泊，李富兴，肖威，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41
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