混凝土喷射涂抹一体化隧道施工装置.pdf

本发明公开了一种喷射涂抹一体化隧道施工装置，包括喷射枪头、抹平滚筒、抹平刷、转动平台、平台齿轮、移动平台、弧形轨道、传输管、轨迹齿轮、地面轨道、斜向支撑架、搅拌机、螺旋推进器和气泵。在搅拌机中装入原材料后，新鲜拌制的喷射混凝土先运送到螺旋推进器中，在气泵推动下经传输管运送至喷射枪头，由喷射枪头喷出至隧道内侧，移动平台可在弧形轨道上移动，则移动过程中，抹平滚筒与抹平刷便能将喷上墙面的混凝土抹平。完成一个断面工作之后，整个弧形轨道沿着地面轨道向隧道前进方向前进一定距离，继续下一断面的工作。该装置能够有效提高隧道内部墙面的喷射混凝土施工效率，施工效果好，适用于多种隧道。

1.  一种混凝土喷射涂抹一体化隧道施工装置，其特征在于，包括喷射枪头（2）、抹平滚筒（3）、抹平刷（4）、转动平台（5）、两个平台齿轮（6）、移动平台（7）、两条弧形轨道（8）、传输管（9）、四个轨迹齿轮（10）、两条地面轨道（11）、斜向支撑架（12）、搅拌机（13）、螺旋推进器（14）和气泵（15）；其中，所述两条地面轨道（11）互相平行，由直线段组件搭建而成且均沿隧道方向布置，所述地面轨道（11）的上表面为齿状结构；
所述两个弧形轨道（8）互相平行，两个弧形轨道（8）之间通过若干斜拉杆稳固连接，每个弧形轨道（8）由若干弧形组件拼接搭建组成，形状与隧道内表面（1）的横截面一致，弧形轨道（8）与隧道内表面（1）径向间距0.5-1m，保证抹平滚筒（3）和抹平刷（4）有合适的工作空间；所述弧形轨道（8）的两个端点均设有轨迹齿轮（10），轨迹齿轮（10）通过电机驱动，所述轨迹齿轮（10）与地面轨道（11）相啮合；所述弧形轨道（8）的每个端点的两侧均设有斜向支撑架（12），以保证弧形轨道（8）在施工中的稳定；斜向支撑架（12）的底端设有滑轮以便斜向支撑架（12）随着弧形轨道（8）移动；
所述移动平台（7）的两侧分别设有平台齿轮（6），两个平台齿轮（6）通过连接轴相连，平台齿轮（6）由电机驱动；弧形轨道（8）上表面为齿状结构，两个平台齿轮（6）分别与两条弧形轨道（8）相啮合；在移动平台（7）的四个角点下方分别设有L形的稳固架，L形的稳固架的底边与弧形轨道（8）的下表面接触，保证移动平台（7）不能够从弧形轨道（8）滑落；
移动平台（7）上部通过转动轴连接转动平台（5），所述转动轴通过电机驱动，从而可实现转动平台（5）绕转动轴360度转动，以调整喷射枪头（2）、抹平滚筒（3）和抹平刷（4）在行进路线上的前后位置；
所述转动平台（5）上表面设有两条沿隧道方向的导轨，导轨上设有滑块，两个滑块分别与喷射枪头（2）和抹平刷（4）连接，施工时两者可沿隧道方向前后滑动，两个滑块分别由两个电机驱动，控制滑块沿隧道方向前后滑动；转动平台（5）上表面两个导轨之间的位置固定抹平滚筒（3）；
    所述搅拌机（13）与螺旋推进器（14）相连，搅拌轴水平放置，将喷射混凝土搅拌均匀后倾倒输出到螺旋推进器（14）中；所述螺旋推进器（14）与气泵（15）相连，所述气泵（15）通过传输管（9）与喷射枪头（2）相连，气泵（15）通过增加气压，将螺旋推进器（14）内的混凝土泵送到传输管（9）内经喷射枪头（2）喷出。

2.  根据权利要求1所述一种混凝土喷射涂抹一体化隧道施工装置，其特征在于，所述抹平滚筒（3）表面覆盖防黏材料，所述防黏材料为含氟树脂的一种，有较好的自润滑性，有效阻止黏性的喷射混凝土粘结，推平隧道内表面（1）的喷射混凝土。

3.  根据权利要求1所述一种混凝土喷射涂抹一体化隧道施工装置，其特征在于，所述抹平刷（4）与隧道内表面（1）保持10-20度角，在动力源驱动下，通过循环抹平运动，使隧道内表面（1）平整均匀，厚度统一。

4.  根据权利要求1所述一种混凝土喷射涂抹一体化隧道施工装置，其特征在于，所述抹平刷（4）在动力源驱动下，其运动路径为矩形，实现混凝土的循环抹平运动，即抹平刷（4）在转动平台（7）上沿隧道前进方向来回运动之间增加了垂直与转动平台（7）上表面方向的运动，使得抹平刷（4）在退回原位再次抹平时不会破坏已抹平过的混凝土表面。

5.  根据权利要求1所述一种混凝土喷射涂抹一体化隧道施工装置，其特征在于，所述弧形轨道（8）由不同曲率半径的圆弧段拼装而成，每段圆弧长0.5m，通过不同的排列组合，拼装而成的曲线轨道可以适应各种各样的曲面顶部，以达到循环利用，环保施工的目的。

6.  根据权利要求1所述一种混凝土喷射涂抹一体化隧道施工装置，其特征在于，所述喷射枪头（2）在施工中沿隧道前进方向前后运动，实现喷射出的混凝土覆盖层具有一定的宽度。

混凝土喷射涂抹一体化隧道施工装置
技术领域
 本发明涉及一种隧道施工装置，尤其涉及混凝土喷射和涂抹的一体化隧道施工装置。
背景技术
  喷射混凝土技术，是用压力喷枪喷涂灌筑细石混凝土的施工法。常用于灌筑隧道内衬、墙壁、天棚等薄壁结构或其他结构的衬里以及钢结构的保护层。
 喷射混凝土技术应用于施工建设已经有多年，施工规范和相关技术规定已经较为成熟。喷射技术在混凝土施工上的应用使得桥梁、隧道顶部的施工变得高效可行。
 尽管各种各样的混凝土的研制和喷射，但是到目前为止，建筑施工中，对于建筑（包括隧道、桥梁等）顶部的混凝土找平仍然主要采用人工涂抹刮平的方式。即使目前有些工程采用了混凝土喷射技术，抹平工作依然由人工完成，费时费力，尚不够自动化。
 随着现代建筑施工技术的发展，建设单位和社会大众对建筑施工速度的要求越来越高，而劳动力资源的紧张也使得人工成本也在不断提高，如何高效高质量完成施工建设任务的同时，尽可能地降低施工成本，已经成为当代施工单位亟待解决的问题。现有技术未能解决的技术问题主要分为以下几个方面：1）如何使得喷射喷头和自动抹平铲子贴着隧道内部匀速运动；2）如何在喷射头匀速运动的同时，保证隧道底部不同高度的所有部位都喷上同样厚度的混凝土材料；3）如何用尽可能方便的方式把喷射到隧道底部的混凝土材料涂抹均匀。
发明内容
 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种混凝土喷射涂抹一体化隧道施工装置，有效帮助隧道内部墙面喷射混凝土的施工，有效提高施工效率，提升施工质量。
 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种混凝土喷射涂抹一体化隧道施工装置，其特征在于，包括喷射枪头、抹平滚筒、抹平刷、转动平台、两个平台齿轮、移动平台、两条弧形轨道、传输管、四个轨迹齿轮、两条地面轨道、斜向支撑架、搅拌机、螺旋推进器和气泵；其中，所述两条地面轨道互相平行，由直线段组件搭建而成且均沿隧道方向布置，所述地面轨道的上表面为齿状结构；
所述两个弧形轨道互相平行，两个弧形轨道之间通过若干斜拉杆稳固连接，每个弧形轨道由若干弧形组件拼接搭建组成，形状与隧道内表面的横截面一致，弧形轨道与隧道内表面径向间距0.5-1m，保证抹平滚筒和抹平刷有合适的工作空间；所述弧形轨道的两个端点均设有轨迹齿轮，轨迹齿轮通过电机驱动，所述轨迹齿轮与地面轨道相啮合；所述弧形轨道的每个端点的两侧均设有斜向支撑架，以保证弧形轨道在施工中的稳定；斜向支撑架的底端设有滑轮以便斜向支撑架随着弧形轨道移动；
所述移动平台的两侧分别设有平台齿轮，两个平台齿轮通过连接轴相连，平台齿轮由电机驱动；弧形轨道上表面为齿状结构，两个平台齿轮分别与两条弧形轨道相啮合；在移动平台的四个角点下方分别设有L形的稳固架，L形的稳固架的底边与弧形轨道的下表面接触，保证移动平台不能够从弧形轨道滑落；
移动平台上部通过转动轴连接转动平台，所述转动轴通过电机驱动，从而可实现转动平台绕转动轴360度转动，以调整喷射枪头、抹平滚筒和抹平刷在行进路线上的前后位置；
所述转动平台上表面设有两条沿隧道方向的导轨，导轨上设有滑块，两个滑块分别与喷射枪头和抹平刷连接，施工时两者可沿隧道方向前后滑动，两个滑块分别由两个电机驱动，控制滑块沿隧道方向前后滑动；转动平台上表面两个导轨之间的位置固定抹平滚筒；
       所述搅拌机与螺旋推进器相连，搅拌轴水平放置，将喷射混凝土搅拌均匀后倾倒输出到螺旋推进器中；所述螺旋推进器与气泵相连，所述气泵通过传输管与喷射枪头相连，气泵通过增加气压，将螺旋推进器内的混凝土泵送到传输管内经喷射枪头喷出。
进一步地，所述抹平滚筒3表面覆盖防黏材料，所述防黏材料为含氟树脂的一种，有较好的自润滑性，有效阻止黏性的喷射混凝土粘结，推平隧道内表面1的喷射混凝土。
进一步地，所述抹平刷4与隧道内表面1保持10-20度角，在动力源驱动下，通过循环抹平运动，使隧道内表面1平整均匀，厚度统一。
进一步地，所述抹平刷4在动力源驱动下，其运动路径为矩形，实现混凝土的循环抹平运动，即抹平刷4在转动平台7上沿隧道前进方向来回运动之间增加了垂直与转动平台7上表面方向的运动，使得抹平刷4在退回原位再次抹平时不会破坏已抹平过的混凝土表面。
进一步地，所述弧形轨道8由不同曲率半径的圆弧段拼装而成，每段圆弧长0.5m，通过不同的排列组合，拼装而成的曲线轨道可以适应各种各样的曲面顶部，以达到循环利用，环保施工的目的。
进一步地，所述喷射枪头2在施工中沿隧道前进方向前后运动，实现喷射出的混凝土覆盖层具有一定的宽度。
本发明的有益效果是：1）本装置有与隧道前进方向一致的地面轨道和与隧道截面形状一致的弧形轨道，能使喷头、抹平滚筒和抹平刷在其上自由运动，覆盖轨道内表面的所有角落，实现喷射混凝土的自动抹平；2）自动抹平消除了由工人施工手艺不同而带来的施工效果偏差，保证隧道内表面不同高度的部位都喷上同样厚度的混凝土材料，施工效果得到保证；3）本一体化施工装置可替代人力进行隧道施工，在降低人力成本的同时减少施工时间，在一定程度上降低施工成本；4）本发明还可用于隧道内部加固修复。
附图说明
图1为喷射涂抹一体化隧道施工装置整体结构图；
图2为地面轨道与支架连接处细部图；
图3为转动平台俯视图；
图4为移动平台和转动平台正视图；
图5为支架连接图；
图6为抹平刷移动轨迹；
图中，隧道内表面1、喷射枪头2、抹平滚筒3、抹平刷4、转动平台5、平台齿轮6、移动平台7、支架8、传输管9、轨迹齿轮10、轨道11、滑轮12、搅拌机13、螺旋推进器14、气泵15。
具体实施方案
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-6所示，本发明一种混凝土喷射涂抹一体化隧道施工装置，包括喷射枪头2、抹平滚筒3、抹平刷4、转动平台5、两个平台齿轮6、移动平台7、两条弧形轨道8、传输管9、四个轨迹齿轮10、两条地面轨道11、斜向支撑架12、搅拌机13、螺旋推进器14和气泵15；其中，所述两条地面轨道11互相平行，由直线段组件搭建而成且均沿隧道方向布置，所述地面轨道11的上表面为齿状结构。
所述两个弧形轨道8互相平行，两个弧形轨道8之间通过若干斜拉杆稳固连接，每个弧形轨道8由若干弧形组件拼接搭建组成，形状与隧道内表面1的横截面一致，弧形轨道8与隧道内表面1径向间距0.5-1m，保证抹平滚筒3和抹平刷4有合适的工作空间；所述弧形轨道8的两个端点均设有轨迹齿轮10，轨迹齿轮10通过电机驱动，所述轨迹齿轮10与地面轨道11相啮合；所述弧形轨道8的每个端点的两侧均设有斜向支撑架12，以保证弧形轨道8在施工中的稳定；斜向支撑架12的底端设有滑轮以便斜向支撑架12随着弧形轨道8移动。
所述移动平台7的两侧分别设有平台齿轮6，两个平台齿轮6通过连接轴相连，平台齿轮6由电机驱动；弧形轨道8上表面为齿状结构，两个平台齿轮6分别与两条弧形轨道8相啮合；在移动平台7的四个角点下方分别设有L形的稳固架，L形的稳固架的底边与弧形轨道8的下表面接触，保证移动平台7不能够从弧形轨道8滑落。
移动平台7上部通过转动轴连接转动平台5，所述转动轴通过电机驱动，从而可实现转动平台5绕转动轴360度转动，以调整喷射枪头2、抹平滚筒3和抹平刷4在行进路线上的前后位置；
所述转动平台5上表面设有两条沿隧道方向的导轨，导轨上设有滑块，两个滑块分别与喷射枪头2和抹平刷4连接，施工时两者可沿隧道方向前后滑动，两个滑块分别由两个电机驱动，控制滑块沿隧道方向前后滑动；转动平台5上表面两个导轨之间的位置固定抹平滚筒3；所述的喷射枪头2口径适用于多种喷射混凝土、纤维混凝土，但是对材料粗骨料粒径和纤维长度有一定的限制和要求。
       所述搅拌机13与螺旋推进器14相连，搅拌轴水平放置，将喷射混凝土搅拌均匀后倾倒输出到螺旋推进器14中；所述螺旋推进器14与气泵15相连，所述气泵15通过传输管9与喷射枪头2相连，气泵15通过增加气压，将螺旋推进器14内的混凝土泵送到传输管9内经喷射枪头2喷出。
所述抹平滚筒3表面覆盖防黏材料，有效阻止黏性的喷射混凝土粘结，推平隧道内表面1的喷射混凝土。所述抹平刷4与隧道内表面1保持10-20度角，在动力源驱动下，通过循环抹平运动，使隧道内表面1平整均匀，厚度统一。所述抹平刷4在动力源驱动下，其运动路径为矩形，实现混凝土的循环抹平运动，即抹平刷4在转动平台7上沿隧道前进方向来回运动之间增加了垂直与转动平台7上表面方向的运动，使得抹平刷4在退回原位再次抹平时不会破坏已抹平过的混凝土表面。所述弧形轨道8由不同曲率半径的圆弧段拼装而成，每段圆弧长0.5m，通过不同的排列组合，拼装而成的曲线轨道可以适应各种各样的曲面顶部，以达到循环利用，环保施工的目的。所述喷射枪头2在施工中沿隧道前进方向前后运动，实现喷射出的混凝土覆盖层具有一定的宽度。
本发明的工作过程如下：
混凝土搅拌机13、螺旋推进器14和气泵15置于地面上。在混凝土搅拌机13中加入原材料后经过搅拌产生新鲜拌制的喷射混凝土，通过倾倒的方式转移到螺旋推进器14中，经过螺旋推进器14的推送和气泵15的泵送，将新鲜喷射混凝土从传输管9中运送到喷射枪头2，气泵15通过混入空气以调节混凝土喷出性状，在喷射枪头2处匀速匀流量喷出。移动平台7带着转动平台5上的喷射枪头2、抹平滚筒3与抹平刷4沿着弧形轨道8移动，移动过程中，喷射枪头2在移动平台7上的电机驱动下沿隧道前进方向前后匀速运动，实现喷射混凝土的均布均厚喷射。移动路线上处于后位的抹平滚筒3与抹平刷4便能将喷出的混凝土抹平。抹平滚筒3表面覆盖特殊防黏材料，在防止喷射混凝土黏到滚筒上的同时，实现初步抹平。在移动路线的最后侧，安装有可移动的抹平刷4，通过控制合适的角度和矩形抹平路径，实现喷射混凝土表面的再次抹平。移动平台7在动力源带动下，缓慢匀速地沿着弧形轨道8移动，当完成这一横断面的喷射抹平工作之后，转动平台5在动力装置的作用下在移动平台7上旋转180°，以调整喷射枪头2、抹平滚筒3与抹平刷4的前后位置，同时整个弧形轨道8连同轨道上面的移动平台7在弧形轨道8两端的轨迹齿轮10带动下，在沿隧道方向的地面轨道11上向前前进一段距离，继续上述工作流程。