[发明专利]一种低碳增材支护结构施作装置、掘进机及施工方法

说明书

本发明公开了一种低碳增材支护结构施作装置、掘进机及施工方法，包括用于设置在掘进机驱动装置外周上的支护结构施作装置，支护结构施作装置上依次布设有织物输出机构、筋材输出机构和胶材输出机构用于分别向岩壁施作织物、筋材和胶材，织物、筋材和胶材形成复合支护结构。本发明通过将支护结构施作装置设置在掘进机上，开挖与衬砌支护结构同步进行，施工速度快，且刚性支护作用及时，避免施工风险；采用分层编织、逐层粘合的方式形成多层交叠的螺旋式复合支护结构，不仅充分利用筋材的抗拉性能和胶材的抗压性能，还能实现不间断施工，提高施工效率，节约综合成本。

技术领域

本发明涉及隧道支护技术领域，特别是指一种低碳增材支护结构施作装置、掘进机及施工方法。

背景技术

传统隧道支护结构施工常采用喷锚工艺，其中的打锚杆、立拱架和喷射混凝土均采用专用设备，各设备协同工作效率低下，此外，喷射混凝土还存在回弹率高、粉尘漂浮、作业环境差等问题。如何实现支护结构低碳、环保、快速施工，日益成为工程界关注的焦点。

增材建造技术发展至今，在众多领域均有应用，3D打印建筑也逐渐被人所熟知和接受，但是该技术在隧洞建造领域应用较少，其主要原因在于：（1）钢筋和混凝土难以同步打印；（2）结构抗拉、抗剪强度由基材自身提供，材料性能要求高；（3）单次打印厚度薄，太厚则基材凝固和强度上升时间长；（4）采用特殊快硬早强材料配合先进设备，综合成本高。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种低碳增材支护结构施作装置、掘进机及施工方法，解决了现有技术中3D打印用于隧道不能实现同步支护的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

低碳增材支护结构施作装置，低碳增材支护结构施作装置设置在掘进机驱动装置上的外周，可绕驱动装置外周旋转，所述支护结构施作装置上依次布设有织物输出机构、筋材输出机构和胶材输出机构用于分别向岩壁施作织物、筋材和胶材，织物、筋材和胶材形成复合支护结构。

进一步地，所述织物输出机构包括织物输出壳体，织物输出壳体上设有用于输出织物的织物输出口和用于滚压织物的织物滚压件，织物滚压件与织物输出口配合用于织物的施作。

进一步地，所述织物输出壳体上设有喷口用于喷出粘结剂，喷口与织物输出口配合以使织物粘结在岩壁上。

进一步地，所述筋材输出机构包括筋材输出壳体，筋材输出壳体上设有用于输出筋材的筋材输出口和用于滚压筋材的筋材滚压件，筋材滚压件与筋材输出口配合用于筋材的施作。

进一步地，所述筋材为网格状或条带状的筋材。

进一步地，所述胶材输出机构包括胶材输出壳体，胶材输出壳体上设有胶材输出口，胶材输出壳体的胶材输出口上设有移动模板，移动模板与岩壁配合用于将胶材挤压成形。

进一步地，所述支护结构施作装置包括同轴设置在掘进机驱动装置上的施作环，织物输出机构、筋材输出机构和胶材输出机构间隔布置在施作环的外周上。

一种可施作低碳增材支护结构的掘进机，包括上述任一项所述的低碳增材支护结构。

低碳增材支护结构的施工方法，包括如下步骤：

S1.通过喷口喷出粘结剂，且织物输出口输出织物，施作环绕轴旋转，带动织物滚压件同步工作将织物压向岩壁，使得织物通过粘结剂粘接在岩壁上；

S2. 通过筋材输出口输出筋材，施作环绕轴旋转，带动筋材滚压件同步工作将筋材压向岩壁，使得筋材与步骤S1中施作在岩壁上的织物贴合；

S3. 通过胶材输出口挤出胶材，施作环绕轴旋转，带动移动模板顺着岩壁移动将胶材向岩壁上挤压平整，使得胶材与步骤S1和步骤S2中施作在岩壁上的筋材和织物固结。

S4. 通过掘进机沿轴向掘进，间隔布置的多个施作环绕轴旋转，形成多层交叠的螺旋式复合支护结构。