【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道工程装备，具体涉及一种tbm随动预压式喷射混凝土快速成型装置及其施工方法。
技术介绍
1、在现有的tbm隧道初期衬砌中，混凝土喷射机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出，经掺加速凝剂后形成料束，在压缩空气的作用下，高速喷射到受喷面，速凝剂使混凝土迅速凝结硬化，从而形成混凝土支护层。喷射混凝土技术以其简单的工艺在各种工程领域中得到了广泛的应用。在川藏线色季拉山隧道中，tbm在地质复杂的山岭隧道中明显地显示出其优越性，大大缩短了施工周期。根据资料显示，国内喷射混凝土作业产生的粉尘浓度普遍达到80-120mg/m3(我国规定的卫生标准为2mg/m3)，回弹率普遍为30％-50％，然而，作为其重要要素的喷射混凝土，施工时却存在三个突出的缺点：一是产生大量粉尘，恶化隧道作业环境；二是产生混凝土回弹，造成材料浪费；三是支护成型后其表面光洁度较差，还需对其表面做整形处理，延长了施工工期。
2、目前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混凝土速凝剂，而且喷射的混凝土回弹率高，造成了不必要的浪费，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。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种低粉尘、表面光洁度好的tbm随动预压式喷射混凝土快速成型装置及其施工方法。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3
4、所述tbm随动系统包括同步平台、设置于所述同步平台外侧的回转齿圈以及连接于所述同步平台内侧的同步平台稳定架和随动同步油缸；所述tbm机身上设置有tbm同步轨道，所述tbm随动系统通过所述同步平台稳定架与所述tbm同步轨道活动连接；所述预压混凝土快速成型装置通过tbm回转支座与所述回转齿圈连接。
5、可选的或优选的，所述预压混凝土快速成型装置包括tbm回转支座、同步马达、回转式减速器、第一架臂以及与所述第一架臂连接的混凝土预压成型组件；
6、所述混凝土预压成型组件包括第二架臂，所述第二架臂通过架臂驱动油缸与第一转向机构与所述第一架臂连接；所述第二架臂包括滑动部和喷头连接部，所述滑动部的两端分别设置有喷头架臂驱动油缸、第二转向机构以及回转式减速器，所述滑动部上端面设置有喷头架臂滑轨，所述喷头连接部通过所述喷头架臂滑轨与所述滑动部滑动连接；
7、所述喷头连接部上分别设置有喷混机械头和喷头摆动油缸；所述同步马达与所述回转齿圈相啮合。
8、可选的或优选的，所述滑动部靠近所述回转式减速器的一侧连接有皮带模板组件；
9、所述皮带模板组件包括纳米涂层柔性模板、侧模固定架以及与所述侧模固定架连接的刮板支架；
10、所述纳米涂层柔性模板通过多个驱动滚筒、导向滚筒以及限位滚筒与所述侧模固定架连接，所述侧模固定架上还设置有张紧装置，所述随动预压喷混控制系统通过所述张紧装置控制所述纳米涂层柔性模板与钢拱架的接触压力；
11、所述纳米涂层柔性模板内侧设置有限位齿轨，所述限位齿轨与所述限位滚筒相啮合，所述限位滚筒用于避免所述纳米涂层柔性模板发生跑偏。
12、可选的或优选的，所述刮板支架上设置有可伸缩刮板和刮板驱动油缸，所述随动预压喷混控制系统通过控制所述刮板驱动油缸使所述可伸缩刮板刮去所述纳米涂层柔性模板上附着的混凝土。
13、可选的或优选的，所述侧模固定架两侧还设置有自适应伸缩模板组件，所述自适应伸缩模板组件包括侧向自适应伸缩模板以及侧模驱动油缸，所述随动预压喷混控制系统通过控制所述侧模驱动油缸调节所述自适应伸缩模板与围岩之间的压力；
14、所述自适应伸缩模板靠近围岩的一端设置有侧模柔性支撑件，所述侧模柔性支撑件用于填补所述自适应伸缩模板与围岩之间的细小空隙，避免施工时混凝土从空隙内部流失。
15、可选的或优选的，预压混凝土快速成型装置整体呈倒梯形结构，用于方便混凝土喷射施工以及避免混凝土与所述纳米涂层柔性模板粘连。
16、一种tbm随动预压式喷射混凝土快速成型施工方法，包括以下步骤：
17、s1、启动tbm随动系统，通过tbm随动系统控制同步平台与tbm机身之间保持相对静止；
18、s2、根据实际工作需要选择预压混凝土快速成型装置的设置数量，预压混凝土快速成型装置在开挖面的单侧或双侧设置；
19、s3、通过随动预压喷混控制系统控制预压混凝土快速成型装置沿钢拱架自下而上运动，通过混凝土预压成型组件向开挖面顶部进行喷射混凝土施工；
20、s4、完成当前段次的模喷浇筑工作后，通过控制随动预压喷混控制系统调整第一架臂离开钢拱架，同时tbm随动系统向掘进方向移动，移动到相邻的钢拱架旁，为下一段次的隧道轮廓支护做准备工作；
21、s5、重复s1至s4的步骤，直至完成整条隧道的初期支护施工。
22、可选的或优选的，s2中预压混凝土快速成型装置在开挖面双侧设置时，喷射混凝土施工方法为：在同步马达的控制下，开挖面左右两侧的预压混凝土快速成型装置缓慢的沿钢拱架从下向上移动，同步向开挖面顶部进行喷射混凝土施工；到开挖面顶部后，关闭一侧预压混凝土快速成型装置，通过另一侧预压混凝土快速成型装置对开挖面顶部进行喷射混凝土施工。
23、可选的或优选的，s2中预压混凝土快速成型装置在开挖面单侧设置时，通过随动预压喷混控制系统控制对侧第一架臂收缩，从而收起对侧预压混凝土快速成型装置，避免两侧预压混凝土快速成型装置之间相互干扰；在同步马达的控制下，单侧预压混凝土快速成型装置缓慢的沿钢拱架自下向上移动，向开挖面顶部进行喷射混凝土施工，施工到拱顶后，通过随动预压喷混控制系统控制对侧第一架臂使得装置离开钢拱架，并将装置移动到对侧墙角处，由于第二架臂内部装有喷头架臂驱动油缸，控制喷头架臂驱动油缸使喷头连接部沿着喷头架臂滑轨移动到第二架臂的端部，启动第二转向机构将喷头连接架进行旋转，再启动预压混凝土快速成型装置从墙角处施工到拱顶，并在搭接处填实后刮平，完成段次的隧道轮廓的支护。
24、可选的或优选的，s3中通过混凝土预压成型组件向开挖面顶部进行喷射混凝土施工的方法，包括以下步骤：
25、s31、通过随动预压喷混控制系统调整第一架臂，控制预压混凝土快速成型装置的俯仰角度，使得纳米涂层柔性模板与钢拱架刚好接触，随后通过随动预压喷混控制系统调整张紧装置控制纳米涂层柔性模板与钢拱架的接触压力；
26、s32、在无钢拱架隧道施工时，通过随动预压喷混控制系统操控侧模驱动油缸让侧向自适应伸缩模板向围岩一侧伸出，同时使得侧模柔性支撑件与围岩紧密贴合，减少侧向自适应伸缩模板本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种TBM随动预压式喷射混凝土快速成型装置，其特征在于，包括TBM机身(8)、与所述TBM机身(8)连接的TBM随动系统(1)以及与所述TBM随动系统(1)连接的预压混凝土快速成型装置(2)和随动预压喷混控制系统(3)；
2.根据权利要求1所述的TBM随动预压式喷射混凝土快速成型装置，其特征在于，所述预压混凝土快速成型装置(2)包括TBM回转支座(9)、同步马达(10)、回转式减速器(11)、第一架臂(20)以及与所述第一架臂(20)连接的混凝土预压成型组件；
3.根据权利要求2所述的TBM随动预压式喷射混凝土快速成型装置，其特征在于，所述滑动部(2101)靠近所述回转式减速器(11)的一侧连接有皮带模板组件；
4.根据权利要求3所述的TBM随动预压式喷射混凝土快速成型装置，其特征在于，所述刮板支架(24)上设置有可伸缩刮板(23)和刮板驱动油缸(25)，所述随动预压喷混控制系统(3)通过控制所述刮板驱动油缸(25)使所述可伸缩刮板(23)刮去所述纳米涂层柔性模板(12)上附着的混凝土。
5.根据权利要求4所述的TBM随动预压式
6.根据权利要求3所述的TBM随动预压式喷射混凝土快速成型装置，其特征在于，所述预压混凝土快速成型装置(2)整体呈倒梯形结构，用于方便混凝土喷射施工以及避免混凝土与所述纳米涂层柔性模板(12)粘连。
7.一种TBM随动预压式喷射混凝土快速成型施工方法，其特征在于，基于权利要求1-6中任意一项所述的TBM随动预压式喷射混凝土快速成型装置，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的TBM随动预压式喷射混凝土快速成型施工方法，其特征在于，S2中预压混凝土快速成型装置(2)在开挖面双侧设置时，喷射混凝土施工方法为：在同步马达(10)的控制下，开挖面左右两侧的预压混凝土快速成型装置(2)缓慢的沿钢拱架从下向上移动，同步向开挖面顶部进行喷射混凝土施工；到开挖面顶部后，关闭一侧预压混凝土快速成型装置(2)，通过另一侧预压混凝土快速成型装置(2)对开挖面顶部进行喷射混凝土施工。
9.根据权利要求7所述的TBM随动预压式喷射混凝土快速成型施工方法，其特征在于，S2中预压混凝土快速成型装置(2)在开挖面单侧设置时，通过随动预压喷混控制系统(3)控制对侧第一架臂(20)收缩，从而收起对侧预压混凝土快速成型装置(2)，避免两侧预压混凝土快速成型装置(2)之间相互干扰；在同步马达(10)的控制下，单侧预压混凝土快速成型装置(2)缓慢的沿钢拱架自下向上移动，向开挖面顶部进行喷射混凝土施工，施工到拱顶后，通过随动预压喷混控制系统(3)控制对侧第一架臂(20)使得装置离开钢拱架，并将装置移动到对侧墙角处，由于第二架臂(21)内部装有喷头架臂驱动油缸(33)，控制喷头架臂驱动油缸(33)使喷头连接部(2102)沿着喷头架臂滑轨(30)移动到第二架臂(21)的端部，启动第二转向机构(32)将喷头连接架(31)进行旋转，再启动预压混凝土快速成型装置(2)从墙角处施工到拱顶，并在搭接处填实后刮平，完成段次的隧道轮廓的支护。
10.根据权利要求7所述的TBM随动预压式喷射混凝土快速成型施工方法，其特征在于，S3中通过混凝土预压成型组件向开挖面顶部进行喷射混凝土施工的方法，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种tbm随动预压式喷射混凝土快速成型装置，其特征在于，包括tbm机身(8)、与所述tbm机身(8)连接的tbm随动系统(1)以及与所述tbm随动系统(1)连接的预压混凝土快速成型装置(2)和随动预压喷混控制系统(3)；
2.根据权利要求1所述的tbm随动预压式喷射混凝土快速成型装置，其特征在于，所述预压混凝土快速成型装置(2)包括tbm回转支座(9)、同步马达(10)、回转式减速器(11)、第一架臂(20)以及与所述第一架臂(20)连接的混凝土预压成型组件；
3.根据权利要求2所述的tbm随动预压式喷射混凝土快速成型装置，其特征在于，所述滑动部(2101)靠近所述回转式减速器(11)的一侧连接有皮带模板组件；
4.根据权利要求3所述的tbm随动预压式喷射混凝土快速成型装置，其特征在于，所述刮板支架(24)上设置有可伸缩刮板(23)和刮板驱动油缸(25)，所述随动预压喷混控制系统(3)通过控制所述刮板驱动油缸(25)使所述可伸缩刮板(23)刮去所述纳米涂层柔性模板(12)上附着的混凝土。
5.根据权利要求4所述的tbm随动预压式喷射混凝土快速成型装置，其特征在于，所述侧模固定架(18)两侧还设置有自适应伸缩模板组件，所述自适应伸缩模板组件包括侧向自适应伸缩模板(17)以及侧模驱动油缸(26)，所述随动预压喷混控制系统(3)通过控制所述侧模驱动油缸(26)调节所述自适应伸缩模板(17)与围岩之间的压力；
6.根据权利要求3所述的tbm随动预压式喷射混凝土快速成型装置，其特征在于，所述预压混凝土快速成型装置(2)整体呈倒梯形结构，用于方便混凝土喷射施工以及避免混凝土与所述纳米涂层柔性模板(12)粘连。
7.一种tbm随动预压式喷射混凝土快速成型施工方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：路军富，王明胜，胡兴超，史彬彬，刘宏辉，张秋磊，王援斌，姜佩希，胡云鹏，李忞芮，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。