一种隧道开挖拱顶紧急支护设备及方法与流程

本发明涉及公路工程隧道领域，尤其涉及一种隧道开挖拱顶紧急支护设备及方法。

背景技术：
随着我国经济的发展，交通基础设施建设飞速发展，公路建设逐渐向地理位置复杂的山岭区域深入，公路隧道数量与日俱增，公路穿山越岭现象已经极为普及。隧道施工过程中，拱顶施工受地质条件的影响而有不同的选择，尤其在软弱岩层地段，拱顶落碎现在十分明显。目前，解决拱顶落碎的常用方法是在开挖后用喷射混凝土进行初步防护，确保施工质量以及从业人员安全。喷射混凝土的施工常常存在以下问题：(1)回弹问题，具有一定速度的混凝土喷射到开挖好的拱顶后，部分会由于冲量太大、或者粘结时间不够而弹落，采用什么措施来降低回弹率还是一个较为复杂的技术问题，现有施工队伍都难以把握；(2)粘结问题，能否保证混凝土本身的密实及混凝土与围岩粘合密实问题，这关系到混凝土能否起到预期作用。混凝土喷射到拱顶后，由于局部松软、回弹，使得混凝土很大一部分部位难以密实，达不到拱顶支护的目的。同时，喷射混凝土施工现场由于浆体的散落、通风，导致施工环境很差，对从业人员的人身健康都有不良的影响。为解决上述问题，一些施工单位提出了，人工抹灰的方法。它的优点在于：可以确定不同拱顶位置的实际情况，确保混凝土的密实度，提高混凝土和拱顶的粘结强度。然而，其缺点更为明显：施工速度慢，需要大量从业人员长时间高空作业，对于施工进度以及人员消耗较大。众多一线从业人员提出机械施工的要求，然而现有施工机械都不具备在隧道开挖短时间内能够防护的功能，若能够开一种对隧道施工及时防护的施工设备，对于提高施工速度、施工质量以及节约人力资源都具有重要的意义。

技术实现要素：
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种隧道开挖拱顶紧急支护设备及方法，结合了现有隧道拱顶初期支护的特征，从机械送料、机械涂抹的工艺出发，开发用于隧道开挖拱顶紧急支护的设备，更加有效、及时的完成隧道拱顶支护，以达到提高隧道施工速度，保证施工安全的目的。本发明的目的通过下述技术方案实现：一种隧道开挖拱顶紧急支护设备，包括承载车和弧形拱板，所述承载车上装载设有混凝土盛浆箱和控制器，所述弧形拱板通过支撑架连接于承载车上方，所述混凝土盛浆箱上设有与混凝土盛浆箱内腔相连通的注浆泵，控制器内部具有注浆泵开关模块，注浆泵与控制器的注浆泵开关模块电连接；所述弧形拱板整体呈弧面形状，弧形拱板顶部的上表面设有弧形形状的刮板，所述注浆泵与注浆管相连通，注浆管的出浆管口穿过弧形拱板并位于弧形拱板顶部。为了更好地实现本发明，所述弧形拱板顶部的上表面还设有弧形形状的毛刷，所述毛刷设置于弧形拱板的前端，所述刮板设置于弧形拱板的后端，毛刷与刮板平行并排设置于弧形拱板顶部的上表面。为了便于对隧道拱顶落下的粉尘进行吸附，所述承载车与弧形拱板之间的空间内设有除尘纱，所述除尘纱安装固定于支撑架上。本发明优选的毛刷结构技术方案是：所述毛刷为电动毛刷，控制器内部具有毛刷开关模块，毛刷与控制器的毛刷开关模块电连接。本发明优选的支撑架结构技术方案是：所述支撑架由若干个支撑杆构成，所述支撑杆为伸缩杆，所述承载车上设有与支撑杆相对应的液压气缸，液压气缸用于驱动对应的支撑杆进行升降运动。作为优选，所述支撑架由八个支撑杆构成，支撑杆的直径大于8cm；所述弧形拱板由弧形钢板制成，其厚度为4～8mm。作为优选，所述刮板由条带状的弧形钢条构成，刮板的宽度大于0.5cm。作为优选，所述混凝土盛浆箱为长方体形状，混凝土盛浆箱的上部开有速凝混凝土干料的贯入口，混凝土盛浆箱的上部还开有水的贯入口。一种隧道开挖拱顶紧急支护方法，其方法步骤如下：A、在隧道岩层的拱形壁上构筑拱顶板，启动承载车进入隧道内，同步调节所有支撑杆的高度，使所有支撑杆共同支撑的弧形拱板与隧道的拱顶板相距2～5cm，然后固定或定位住所有支撑杆以保持弧形拱板与拱顶板的工作距离为2～5cm；B、控制器通过毛刷开关模块打开并启动毛刷，毛刷将隧道中拱顶板或拱顶不平整的局部及松动部位进行清扫；C、向混凝土盛浆箱中分别注入速凝混凝土干料和水，控制器通过注浆泵开关模块打开并启动注浆泵，注浆泵将混凝土盛浆箱中的速凝混凝土干料和水通过注浆管输送到弧形拱板上部的拱顶板中；D、启动承载车以0.5～2m/min的速度向前移动，由弧形拱板顶部的刮板将对拱顶板或拱顶初凝的混凝土进行表面刮平处理。本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：(1)本发明在混凝土盛浆箱内盛放速凝混凝土干料和水，通过注浆泵将盛浆箱内的速凝混凝土干料和水经过注浆管输送到弧形拱板上侧，然后在弧形拱板上侧进行凝固，在凝固的同时刮板将对初凝后的表面进行平整处理以提高了防护质量；在弧形拱板前端设置有毛刷，弧形拱板后端设置有刮板，毛刷对松动的颗粒进行清理，以保证速凝混凝土和开挖的岩土更加密实的接触，同时保证了弧形拱板后端的刮板能够快速、顺利地进行混凝土表面平整处理，增加防护强度和工程质量；本发明结合了现有隧道拱顶初期支护的特征，从机械送料、机械涂抹的工艺出发，更加有效、及时的完成隧道拱顶支护，达到了提高隧道施工速度、保证施工安全的目的。(2)本发明采用常规的货车作为设备的承载车，可以在不同线性内的隧道内随机移动，具有移动方便的优点；本发明采用在任意两个支撑杆之间都增加了除尘纱，有效地吸附了隧道施工过程中的粉尘，只需对除尘纱定期进行清理即可，具有清洁环保的优点；本发明在防护过程中弧形拱板下面提供一个相对较大的安全空间，可保证施工从业人员人身安全，具有施工安全的优点。附图说明图1为隧道开挖拱顶紧急支护设备的侧视结构图；图2为隧道开挖拱顶紧急支护设备的后视结构图。其中，附图中的附图标记所对应的名称为：1－承载车，2－支撑杆，3－弧形拱板，4－混凝土盛浆箱，5－控制器，6－注浆泵，7－刮板，8－注浆管，9－毛刷，10－除尘纱，11－拱顶板，12－隧道岩层。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：实施例如图1～图2所示，一种隧道开挖拱顶紧急支护设备，包括承载车1和弧形拱板3，本发明的承载车1选用双轴货车，动力大于100马力，承载车1上装载设有混凝土盛浆箱4和控制器5，弧形拱板3通过支撑架连接于承载车1上方，混凝土盛浆箱4上设有与混凝土盛浆箱4内腔相连通的注浆泵6，控制器5内部具有注浆泵开关模块，注浆泵6与控制器5的注浆泵开关模块电连接；速凝混凝土干料和水由注浆泵6通过注浆管8输送到弧形拱板3上部，控制器5操控注浆泵6的开启和关闭。弧形拱板3整体呈弧面形状，弧形拱板3顶部的上表面设有弧形形状的刮板7，本实施例的刮板7由条带状的弧形钢条构成，刮板7的宽度大于0.5cm，刮板7布置在弧形拱板3上侧的后部边缘位置。注浆泵6与注浆管8相连通，注浆管8的出浆管口穿过弧形拱板3并位于弧形拱板3顶部。如图1所示，弧形拱板3顶部的上表面还设有弧形形状的毛刷9，毛刷9设置于弧形拱板3的前端，刮板7设置于弧形拱板3的后端，毛刷9与刮板7平行并排设置于弧形拱板3顶部的上表面。本发明的毛刷9为电动毛刷，控制器5内部具有毛刷开关模块，毛刷9与控制器5的毛刷开关模块电连接。本实施例的毛刷9采用金属轮刷，毛刷9的毛刺长度根据抹浆厚度选取，毛刷9安置在弧形拱板3上侧的前部边缘位置。刮板7的宽度大于0.5cm，刮板7的最高点高度值低于毛刷的最高点高度值2～5cm。如图2所示，承载车1与弧形拱板3之间的空间内设有除尘纱10，除尘纱10安装固定于支撑架上，本实施例的除尘纱10设置于每两个支撑杆2之间。本发明的除尘纱10采用已有专利技术，其专利名称为除尘纱窗，其专利申请号为201520004129.X。如图1所示，支撑架由若干个支撑杆2构成，支撑杆2为伸缩杆，支撑杆2具有优选为可伸缩的空心杆，承载车1上设有与支撑杆2相对应的液压气缸，液压气缸用于驱动对应的支撑杆2进行升降运动。本发明优选的支撑架由八个支撑杆2构成，支撑杆2的直径大于8cm，本实施例的弧形拱板3由八根支撑杆2支撑，分前后两排，每排四根支撑杆2；弧形拱板3由弧形钢板制成，其厚度为4～8mm，弧形拱板3的弧度根据隧道外观设计图形状进行调整。本发明的混凝土盛浆箱4为长方体形状，混凝土盛浆箱4的上部开有速凝混凝土干料的贯入口，混凝土盛浆箱4的上部还开有水的贯入口。本实施例的混凝土盛浆箱4还可以采用如下技术方案：混凝土盛浆箱4为长方体形状，混凝土盛浆箱4的上部预留混凝土原料(混凝土原料包括速凝混凝土干料和水)的贯入口；贯入口分为左右两部分，左部分的贯入口盛放速凝混凝土干料，右部分的贯入口盛放水。本发明的技术原理如下：当隧道开挖过程中初期，隧道拱顶会有局部松动或局部凹凸，通过金属轮刷将其清扫，来增加混凝土和拱顶的粘结强度。为防止在清扫过程中落碎现象，扩大混凝土涂抹工作面，将速凝混凝土干料和水直接抽送到弧形拱板的拱顶板11内，使速凝混凝土干料和水在注浆管8输送过程中充分混合，并进入凝固区。在承载车1移动的过程中，刮板7将对初凝后的表面进行平整处理。与此同时，防尘纱10将隧道开挖面内的尘土进行吸附，使得隧道内的粉尘大量减少，整个防护设备后的其他工序在进行过程中具有一个较好的工作环境。一种隧道开挖拱顶紧急支护方法，其方法步骤如下：A、在隧道岩层12的拱形壁上构筑拱顶板11，启动承载车1进入隧道内，同步调节所有支撑杆2的高度，使所有支撑杆2共同支撑的弧形拱板3与隧道的拱顶板11相距2～5cm，然后固定或定位住所有支撑杆2以保持弧形拱板3与拱顶板11的工作距离为2～5cm；B、控制器5通过毛刷开关模块打开并启动毛刷9，毛刷9将隧道中拱顶板11或拱顶不平整的局部及松动部位进行清扫；C、向混凝土盛浆箱4中分别注入速凝混凝土干料和水，控制器5通过注浆泵开关模块打开并启动注浆泵6，注浆泵6将混凝土盛浆箱4中的速凝混凝土干料和水通过注浆管8输送到弧形拱板3上部的拱顶板11中；D、启动承载车1以0.5～2m/min的速度向前移动，由弧形拱板3顶部的刮板7将对拱顶板11或拱顶初凝的混凝土进行表面刮平处理。上述实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明的实施与权利范围的，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和近似替换，均应落在本发明的保护范围内。