[發明專利]一種快速3D打印隧道初支的施工裝置和方法

在審

• 申請號: 202310056890.7
• 申請日: 2023-01-19
• 公開（公告）號: CN116044451A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 王玥;卓越;何偉;王華;鄒翀;王百泉;林春剛;賀雄飛;楊朝帥;牛富生;王春玲;尚偉;張丹楓
• 申請（專利權）人: 中鐵隧道局集團有限公司;中鐵隧道勘察設計研究院有限公司
• 主分類號: E21D11/10
• 分類號: E21D11/10;B05B15/68;B05B3/14;B05B3/18;B05B12/16;B05B12/12;B05B12/08
• 代理公司: 西安維賽恩專利代理事務所(普通合伙) 61257
• 代理人: 劉艷霞

本發明公開了一種快速3D打印隧道初支的施工裝置和方法，包括轉盤、大臂和隧道輪廓對正系統，其中：從動桿，其水平前后向設置，可前后往復運動，其后端連接有噴頭固定架；隧道輪廓對正套，同軸套設在從動桿上的后端，且可在從動桿上轉動；在其中段的側壁上繞其周向間隔設置有兩根朝向遠端延伸的中空管，各中空管內套設有彈簧；隧道輪廓對正輪，其滾輪用于時刻接觸于隧道輪廓線；轉盤，其豎直設置，且中心軸沿前后走向設置，可繞中心軸旋轉；大臂，為可伸縮管體，其近端沿轉盤的直徑走向與轉盤相連接，遠端與隧道輪廓對正系統相連接。該施工裝置使噴頭在全過程與受噴面保持等距和垂直，提高噴砼質量，且降低操作門檻和提高施工速度。

技術領域

本發明屬于隧道工程施工技術領域，具體涉及一種快速3D打印隧道初支的施工裝置和方法。

背景技術

隨著交通行業的不斷發展，修建隧道眾多，由成本、地層適應性等方面綜合考慮，暗挖法的應用十分廣泛。在暗挖隧道施作過程中，為確保安全，每開挖一定長度(0.5m-2m)必須第一時間施作初期支護結構，即架設拱架，鋪設鋼筋網，噴射混凝土，快速形成支護強度，限制圍巖變形。

為確保初支結構質量，按規范要求，在噴射混凝土作業時需分區分塊施作，噴口垂直于受噴面，且根據噴料速度和材料特性，噴口距離受噴面保持恒定距離(0.5m-1m)，以減少回彈，形成質地均勻的初期支護。

現階段施作噴射混凝土初支，主要采用人工手持噴射和機械手噴射。其中，手持噴射勞動強度大，對工人技術和經驗要求高，更換人員可能造成質量波動，對于隧道拱頂等高處部位需搭設架子或預留開挖臺階，且由于距離受噴面過近，對工人健康也會造成長期危害；機械手噴射是利用多節機械臂和多關節，通過控制臺操作，將噴口定位在合適的空間位置處進行噴射作業，改善了工人作業環境，降低了高空作業難度，但操作難度高，設備故障率高，且機械臂定位后，噴頭以擺動方式在一定范圍內噴射，難以滿足“噴口與受噴面垂直”和“噴口與受噴面保持恒定距離”的要求，而如果機械臂頻繁變動空間定位，則十分耗時，使作業效率小于人工手持噴射。

發明內容

本發明的目的是提供一種快速3D打印隧道初支的施工裝置和方法，使噴頭在全過程與受噴面保持等距和垂直，提高噴砼質量，且降低操作門檻和提高施工速度，也對作業人員健康起到了良好的保護效果。

本發明采用以下技術方案：一種快速3D打印隧道初支的施工裝置，包括轉盤、大臂和隧道輪廓對正系統，其中：

隧道輪廓對正系統包括從動桿、隧道輪廓對正套和隧道輪廓對正輪，其中：

從動桿，其為六棱柱，水平且前后向設置，可前后往復運動，其后端連接有噴頭固定架；

隧道輪廓對正套，為中段粗兩端細的變截面中空圓柱體，同軸套設在從動桿上的后端，以帶動從動桿轉動；在其中段的側壁上繞其周向間隔設置有兩根朝向遠端延伸的中空管，各中空管內套設有與其走向相一致的彈簧。

隧道輪廓對正輪，由短桿和滾輪組成，短桿同軸套設于中空管內，其內端與彈簧相連接，外位于中空管外，與滾輪相連接，滾輪用于時刻接觸于隧道輪廓線，彈簧用于提供滾輪與隧道輪廓線接觸的動力。

轉盤，其豎直設置，且中心軸沿前后走向設置，可繞中心軸旋轉；

大臂，為可伸縮管體，其近端沿轉盤的直徑走向與轉盤相連接，遠端與隧道輪廓對正系統相連接；其可隨轉盤旋轉，并帶動隧道輪廓對正系統和噴頭固定架環繞于隧道內壁旋轉。

進一步地，該大臂的遠端通過隧道輪廓工作臺與隧道輪廓對正系統相連接，隧道輪廓工作臺包括：雙三角架工作臺、滾筒軸、輻輪和滾筒，其中：

雙三角架工作臺，為雙層的三角形狀，其一頂點與大臂的遠端相連接；

滾筒，為一中空管體，其水平前后向設置；