1.本实用新型属于隧道工程施工技术领域，具体涉及一种隧道初支的施工装置。
背景技术：
2.随着交通行业的不断发展，修建隧道众多，由成本、地层适应性等方面综合考虑，暗挖法的应用十分广泛。在暗挖隧道施作过程中，为确保安全，每开挖一定长度（0.5m-2m）必须第一时间施作初期支护结构，即架设拱架，铺设钢筋网，喷射混凝土，快速形成支护强度，限制围岩变形。
3.为确保初支结构质量，按规范要求，在喷射混凝土作业时需分区分块施作，喷口垂直于受喷面，且根据喷料速度和材料特性，喷口距离受喷面保持恒定距离（0.5m-1m），以减少回弹，形成质地均匀的初期支护。
4.现阶段施作喷射混凝土初支，主要采用人工手持喷射和机械手喷射。其中，手持喷射劳动强度大，对工人技术和经验要求高，更换人员可能造成质量波动，对于隧道拱顶等高处部位需搭设架子或预留开挖台阶，且由于距离受喷面过近，对工人健康也会造成长期危害；机械手喷射是利用多节机械臂和多关节，通过控制台操作，将喷口定位在合适的空间位置处进行喷射作业，改善了工人作业环境，降低了高空作业难度，但操作难度高，设备故障率高，且机械臂定位后，喷头以摆动方式在一定范围内喷射，难以满足“喷口与受喷面垂直”和“喷口与受喷面保持恒定距离”的要求，而如果机械臂频繁变动空间定位，则十分耗时，使作业效率小于人工手持喷射。
技术实现要素：
5.本实用新型的目的是提供一种隧道初支的施工装置，使喷头在全过程与受喷面保持等距和垂直，提高喷砼质量，且降低操作门槛和提高施工速度，也对作业人员健康起到了良好的保护效果。
6.本实用新型采用以下技术方案： 一种隧道初支的施工装置，包括转盘、大臂和隧道轮廓对正系统，其中：
7.隧道轮廓对正系统包括从动杆、隧道轮廓对正套和隧道轮廓对正轮，其中：
8.从动杆，其为六棱柱，水平前后向设置，可前后往复运动，其后端连接有喷头固定架；
9.隧道轮廓对正套，为中段粗两端细的变截面中空圆柱体，同轴套设在从动杆上的后端，且可在从动杆上转动，以带动从动杆转动；在其中段的侧壁上绕其周向间隔设置有两根朝向远端延伸的中空管，各中空管内套设有与其走向相一致的弹簧；
10.隧道轮廓对正轮，由短杆和滚轮组成，短杆同轴套设于中空管内，其内端与弹簧相连接，外位于中空管外，与滚轮相连接，滚轮用于时刻接触于隧道轮廓线，弹簧用于提供滚轮与隧道轮廓线接触的动力；
11.转盘，其竖直设置，且中心轴沿前后走向设置，可绕中心轴旋转；
12.大臂，为可伸缩管体，其近端沿转盘的直径走向与转盘相连接，远端与隧道轮廓对正系统相连接；其可随转盘旋转，并带动隧道轮廓对正系统和喷头固定架环绕于隧道内壁旋转。
13.进一步地，该大臂的远端通过隧道轮廓工作台与隧道轮廓对正系统相连接，隧道轮廓工作台包括：双三角架工作台、滚筒轴、辐轮和滚筒，其中：
14.双三角架工作台，为双层的三角形状，其一顶点与大臂的远端相连接；
15.滚筒，为一中空管体，其水平前后向设置；
16.滚筒轴，为空心管体，同轴套设于从动杆外的前端和滚筒内，且前后两端穿出滚筒，架设于三角架工作台的与大臂连接的相对侧的外侧，且两端穿过三角架工作台两端设置的钢板基座，与钢板基座螺纹连接；
17.在滚筒轴上，且沿其轴向间隔套设有多个辐轮，且多个辐轮的外侧壁与滚筒内壁贴合连接。
18.进一步地，在滚筒外同轴套设有橡胶滚筒，橡胶滚筒的外侧壁用于贴于隧道轮廓线。
19.进一步地，在滚筒轴内套设有往复系统，往复系统包括往复动力杆和直线电机，往复动力杆的后端套设在滚筒轴内，且与从动杆的前端相连接，往复动力杆可沿滚筒轴前后往复运动，并带动从动杆前后往复运动；
20.直线电机设置于往复动力杆上，用于提供往复动力杆前后往复运动的动力。
21.进一步地，该往复动力杆和从动杆间通过杆轴连接套相连接，杆轴连接套包括套底、套盖和套芯，其中，套底为中空圆柱体，其一端封闭，一端开口；其外径与滚筒轴内径相匹配，同轴套设于滚筒轴内；其封闭端与往复动力杆相连接；
22.套盖，为圆柱壳体，其前端为敞口状，后端为半封闭状；其前端与套底的后端螺纹连接；
23.套芯，为在轴向上相连接的两个外径不同的圆柱体，其细端同轴穿出套盖的后端，与从动杆的前端相连接；可在套盖内转动；其后端位于套底和套盖围成的空间内。
24.进一步地，该转盘包括：固定基盘、主轴和可转动盖盘，其中：
25.固定基盘，竖直设置，且其中轴线前后走向水平设置，其中心同轴设置主轴，在其后端侧壁上，且靠近边缘处开设一以主轴为圆心的凹陷的环形轮齿；固定基盘可绕主轴转动；
26.可转动盖盘，为一柱状盘体，其前端为敞口状，后端为封闭状，同轴扣合在固定基盘上，且后端穿过主轴；在可转动盖盘边沿壳体上开设有一用于大臂伸出的开口；
27.在转动盖盘上，且位于开口所在直径的相对端开设有异形通孔，在各异形通孔内均设置有与其形状相一致的配重铅块。
28.进一步地，该大臂包括：行星齿轮和伸缩大臂本体，伸缩大臂本体由多节宽度不等的矩形空心管顺次嵌套在一起组成，其中宽度最大的矩形空心管的近端底板上开设有圆孔，套设在主轴的后端；在伸缩大臂本体的近端槽内设有相连接的小型电机和减速器，且减速器位于近端的末端，与行星齿轮相连接，且行星齿轮位于环形轮齿上，其环绕于环形轮齿旋转。
29.进一步地，该转盘设置于底盘系统的后端尾部，底盘系统包括控制台、重型支座和
液压支腿，控制台和重型支座前后设置，且设置于底板的后端，且重型支座的后端与主轴相连接；控制台与直线电机和小型电机相连接；
30.液压支腿为三根，其中两根安装于底板的底部左右两侧，且位于后端重型支座所放置的区域；另一根套于主轴的后端。
31.进一步地，该直线电机设置于电机仓内，电机仓为一壳体结构，套设于往复动力杆，其前后两端均卡扣有电机仓盖，且电机仓盖上开设有用于往复动力杆穿过的通孔；
32.在前端的电机仓盖上连接有杆套，杆套的与电机仓盖的连接端为敞口状，且与通孔相连通，其远离电机仓盖端为封闭状；杆套用作往复动力杆往复运动的轨道和保护套。
33.本实用新型的有益效果是：1.通过设置隧道轮廓对正系统，在喷射混凝土作业全过程，始终保持喷头与受喷面等距和垂直，提高了喷砼质量。2.大臂具有伸缩功能，同时能随转盘旋转，保持隧道轮廓工作台与隧道轮廓的密贴状态，且设定了达到密贴状态的定额压力，保证了整个喷涂过程贴合的一致性。3.喷砼过程中人员只需控制一个参数即大臂的旋转，则对施工人员的喷涂技术要求低，降低了对施工人员的依赖。4. 往复动力杆和从动杆相配合，带动喷头在隧道作业面前后往复运动，并在转盘的带动下，环绕于隧道作业面转动，实现了全断面多喷头作业，全过程无中断和调整，施作速度大幅度提高。
附图说明
34.图1为一种隧道初支的施工装置主体结构示意图；
35.图2为一种隧道初支的施工装置隧道轮廓对正系统示意图；
36.图3为一种隧道初支的施工装置隧道轮廓工作台示意图；
37.图4为一种隧道初支的施工装置大臂示意图；
38.图5为一种隧道初支的施工装置转盘示意图一；
39.图6为一种隧道初支的施工装置转盘示意图二；
40.图7为一种隧道初支的施工装置往复系统示意图；
41.图8为一种隧道初支的施工装置固定架放大示意图；
42.图9为一种隧道初支的施工装置底盘系统示意图；
43.图10为一种隧道初支的施工装置隧道轮廓对正系统工作示意图一；
44.图11为一种隧道初支的施工装置隧道轮廓对正系统工作示意图二；
45.图12为一种隧道初支的施工装置隧道轮廓对正系统工作示意图三；
46.图13为一种隧道初支的施工装置杆轴连接套示意图；
47.图14为一种隧道初支的施工装置的施工图；
48.图15为一种隧道初支的施工装置施工过程图；其中：1. 底盘系统；11.底板；12.车轮；13.控制台；14.重型支座；15.液压支腿；
49.2. 转盘；21.固定基盘；22.主轴；23.可转动盖盘；24.配重铅块；
50.3. 大臂；31.行星齿轮；32.减速器；33.小型电机；34.压力传感器；35.液压伸缩油缸；36.伸缩大臂本体；
51.4. 隧道轮廓工作台；41.双三角架工作台；42.滚筒轴；43.辐轮；44.滚筒；45.橡胶滚筒；46.侧盖板；
52.5. 往复系统；51.电机仓；52.直线电机；53.电机仓盖；54.杆套；55.往复动力杆；
53.6. 隧道轮廓对正系统；61.从动杆；62.隧道轮廓对正套；63.轻型三角架；64.弹簧；65.隧道轮廓对正轮；66.辅助支架；
54.7. 喷头固定架；71.山字架；72.管箍；
55.8.杆轴连接套；81.套底；82.套盖；83.套芯。
具体实施方式
56.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
57.本实用新型一种隧道初支的施工装置，如图1所示，包括：底盘系统1，转盘2，大臂3，隧道轮廓工作台4，往复系统5，隧道轮廓对正系统6，喷头固定架7和杆轴连接套8，其中：
58.如图2所示，隧道轮廓对正系统6包括：从动杆61、隧道轮廓对正套62、轻型三角架63、弹簧64、隧道轮廓对正轮65和辅助支架66，如图10-图12所示，其中：
59.辅助支架66，为长条钢板，其横截面呈z字形弯折，其一端竖板端通过螺栓固定于双三角架工作台41的后端钢板上，另一端竖板上开孔，并穿孔焊接一截钢管，钢管尺寸与滚筒轴42相同；
60.从动杆61，为正六边形截面钢杆，即六棱柱状 通过杆轴连接套8与往复动力杆55的后端同轴连接，并随之作同步的往复运动；
61.隧道轮廓对正套62，为中段粗两端细的三段变截面中空圆柱体，且两端的圆柱体的外径与滚筒轴42内径匹配，同轴套设在从动杆61上，以带动从动杆61转动。在隧道轮廓对正套62的中段、且沿同截面焊接轻型三角架63，轻型三脚架63，包括焊接于隧道轮廓对正套62的中段上的两根中空钢管，且该两根中空钢管的延长线相垂直，在两根中空钢管间连接有第三杆；各中空钢管内置有与其走向相一致的弹簧64，弹簧64的靠近中空钢管的开口端设置有隧道轮廓对正轮65；
62.隧道轮廓对正轮65由短杆和小滚轮组成，短杆外尺寸与中空钢管内径相匹配，同轴插中空钢管内，与其内的弹簧64相连接，短杆可在中空钢管中自由伸缩，在弹簧64的作用下，保持滚轮时刻与隧道轮廓线接触；如图10、11和12所示。
63.安装辅助支架66后，隧道轮廓对正套62即被夹持在辅助支架66与滚筒轴42之间，可以自由转动。
64.如图3所示，隧道轮廓工作台4包括：双三角架工作台41、滚筒轴42、辐轮43、滚筒44、橡胶滚筒45和侧盖板46，其中：
65.双三角架工作台41，为钢制整体焊接结构，双层结构，每层均为等腰三角形在其两个等腰相交的顶端设置于连接套，与伸缩大臂本体36相连接；在第三边的两端均连接有与其向垂直，且朝向远端延伸的钢板基座，在各钢板基座上开设有螺纹孔，且两个插入孔在同一直线上；在第三边的外侧设置有一与其并列的滚筒轴42，滚筒轴42为两端敞口的空心钢管，其两端插入螺纹孔中，与螺纹孔螺纹连接，可在螺纹孔中转动。
66.辐轮43，至少为三个，均同轴套设于滚筒轴42上，且沿滚筒轴42的长度方向间隔排布，均可绕滚筒轴42自由转动，为滚筒44提供充足支撑力；滚筒44为钢制薄壁圆筒，同轴套设于多个辐轮43外，且与各辐轮43焊接为一体；
67.橡胶滚筒45为硬质耐磨橡胶材质，橡胶厚度不小于2cm，与滚筒44匹配，同轴套设于滚筒44外，避免与隧道初支发生高压硬接触（设定压力为p），破坏初支；侧盖板46为环形
板，与滚筒轴42和滚筒44相匹配，扣合在滚筒44的两端，用于封闭滚筒44，避免喷浆作业时尘土侵入，影响构件运转。
68.如图7所示，往复系统5包括：电机仓51、直线电机52、电机仓盖53、杆套54和往复动力杆55，其中：
69.往复动力杆55，为矩形截面不锈钢杆体，其后端与滚筒轴42的前端在轴向上相连接，在往复动力杆55上套设有直线电机52，在直线电机52外包覆有电机仓51，在电机仓51的前端卡扣有电机仓盖53，且电机仓盖53套设在往复动力杆55，在电机仓盖53的前端外壁上通过螺栓连接有轴向的杆套54，且杆套54与往复动力杆55在同一直线上；电机仓51和电机仓盖53的开孔与往复动力杆55的尺寸匹配。
70.杆套54为pvc塑料材质，外截面为圆角矩形，内截面为空心矩形，内截面尺寸与往复动力杆55匹配，作为其往复运动的轨道和保护套，与电机仓盖53连接端开口，远端封闭；
71.直线电机52接通交流电后产生移动磁场，通过法拉第效应驱动往复动力杆55作直线运动，通过控制电路可以改变磁场移动方向和移动距离，从而实现往复动力杆55的往复运动，以及设定往复运动的起止位置，其工作原理已成熟应用于电控机床刀头运动，打印机喷头运动等产品。
72.如图13所示，杆轴连接套8包括：套底81、套盖82和套芯83，其中：
73.套底81，为钢制中空圆柱体，外径与滚筒轴42内径相匹配，同轴套设于滚筒轴42内；其一端封闭，一端开口，开口端内壁设有内螺纹，封闭端外侧设置有两块钢板，用于夹持往复动力杆55，并与其通过螺栓固定连接；
74.套盖82，钢制圆柱壳体，外径与滚筒轴42内径相匹配，同轴套设于滚筒轴42内；其一端开口，另一端为半封闭状，开口端设有外螺纹，与套底81开口端内螺纹匹配，半封闭端为中心开设圆孔结构；
75.套芯83，钢质材质，其在轴向上为外径不同的二段圆柱体，粗端外径与套盖82内径相匹配，细端外径与套盖82开孔内径相匹配，其插入套盖82后可自由转动，细端穿出套盖82后，插入从动杆61端头的圆孔内，并通过销杆与从动杆61连接为一体；
76.杆轴连接套8的主要功能为：将往复动力杆55的往复运动传递给从动杆61，且从动杆61可以附加轴向自由转动，与此同时，杆轴连接套8的外径与滚筒轴内径相匹配，等效于一个活塞装置，既可以帮助往复动力杆55和从动杆61的端头轴线定位，也进一步隔绝了滚筒轴42内部从动杆61一侧可能扩散的尘土，增强了往复动力杆55运动仓内的密封防尘性能。
77.如图9所示，底盘系统1包括：底板11、车轮12、控制台13、重型支座14和液压支腿15，其中：
78.底板11为平面钢板，两侧设置有车轮12，车轮半径大于0.6m，使底板11的表面距离地面高度大于0.8m，便于尾部的转盘2有足够的工作空间。
79.控制台13固定于底板11上。重型支座14，为一块状体，位于底板11的后端。
80.液压支腿15共有三根，两根安装于底板11的下壁，且位于重型支座14所放置的区域；另一根套于主轴22上，用于提供充足的支承力；
81.如图5和图6所示，转盘2包括：固定基盘21、主轴22、可转动盖盘23和配重铅块24，其中：
82.固定基盘21为钢质圆盘，直径2m，厚度不小于2cm，其竖直设置，且其一侧壁面朝向重型支座14，通过焊接或机械连接固定于重型支座14的尾部端面，固定基盘21中心设有圆孔，圆孔内同轴设置主轴22；在其另一侧壁上开设一以其中心为圆心的凹陷的环形轮齿，作为行星齿轮31的运动轨道；形轮齿位于靠近固定基盘21的远端边缘处；主轴22为不锈钢圆柱状轴，穿过固定基盘21中心的圆孔，插入重型支座14内，提高其稳定性；
83.可转动盖盘23为钢质圆柱状盖盘，中心开有轴向贯通的圆孔，与主轴22匹配，套设在主轴22上.
84.如图4所示，大臂3包括：行星齿轮31、减速器32、小型电机33、压力传感器34、液压伸缩油缸35和伸缩大臂本体36，其中：
85.伸缩大臂本体36，由多节宽度不等的矩形空心管组成，且多节矩形空心管顺次嵌套在一起，其中宽度最大的矩形空心管的近端底板上开设有圆孔，用于穿过主轴22；且伸缩大臂本体36的位于主轴22上方区域的一端为远端，向上方远端延伸，并越过固定基盘21的边沿；其位于主轴22下方区域的一端为近端，在伸缩大臂本体36的近端槽内设有相连接的小型电机33和减速器32，且减速器32位于伸缩大臂本体36的近端的末端，减速器32的输出轴朝向伸缩大臂本体36的末端，且连接行星齿轮31，且行星齿轮31位于环形轮齿上；小型电机33与控制台13相连接，通过控制台13控制小型电机33正转和反转，通过减速器32的减速，行星齿轮31转速降低，扭矩提高，行星齿轮31绕环形轮齿转动，进而使伸缩大臂本体36绕主轴22转动。在主轴22上方区域，伸缩大臂本体36 槽内由下到上依次设置有压力传感器34和液压伸缩油缸35，液压伸缩油缸35的下端连接压力传感器34，上端与最上端的矩形空心管的上端相连接，液压伸缩油缸35顶推最上端的矩形空心管使伸缩大臂本体36伸长，将隧道轮廓工作台4顶至与隧道轮廓紧密贴合，并产生压力，由压力传感器34监测，通过控制台13内置的控制程序，设定定额压力值p，在大臂3的旋转过程中实现自动伸缩，保持隧道轮廓工作台4与隧道轮廓的密贴状态。
86.由于装置布设在隧道底板，且隧道轮廓形状不同，转盘2距离隧道轮廓线不同位置的距离不同，需要的大臂长度不同，在大臂3旋转过程中，当大臂3长度逐渐不足时，隧道轮廓工作台4与隧道轮廓发生远离趋势，压力传感器34监测数据减小，反馈至控制台13，控制程序启动，向液压伸缩油缸35内注入液压油，使伸缩大臂本体36伸长，恢复至定额压力p，停止注油；同理，当大臂3长度逐渐过剩，隧道轮廓工作台4与隧道轮廓发生进一步挤压趋势，压力传感器34监测数据增大，反馈至控制台13，控制程序启动，向液压伸缩油缸35内抽出液压油，使伸缩大臂本体36缩短，恢复至定额压力p，停止抽油；
87.定额压力p值大小为：大臂3竖直时，大臂3、隧道轮廓工作台4、往复系统5、隧道轮廓对正系统6和喷头固定架7总重量的2倍的值，从而使设备工作全过程中，隧道轮廓工作台4能在克服设备自重的同时，抵消喷头喷射混凝土时的后坐力，使隧道轮廓工作台4一直紧密贴合隧道轮廓。
88.喷头固定架7包括：山字架71和管箍72，如图8所示，其中：
89.山字架71，为中空钢质材质，山字架71开口端位于后端，其前端与从动杆61的后端固定连接，具体为后端设置一正六边形箍套，通过销杆与从动杆61固定连接，三个短杆的末端分别焊接一个管箍72，各管箍72用于夹持喷砼头；其中，采用山字架71，可设置三个短杆，一方面可以增加单位时间内的喷砼量，加快施工速度；另一方面，边缘的分叉可以扩展了喷
砼范围，覆盖了隧道轮廓工作台4于起点和终点处可能存在的喷射盲区；
90.底盘系统1为一基座，起承载作用；便于隧道初支的施工装置移动和工作，底盘系统1固定在设定的位置后，转盘2为大臂3提供旋转动力，同时大臂3具有自动伸缩功能，二者共同作用，使得大臂3末端连接的隧道轮廓工作台4紧紧顶贴在隧道轮廓已施作的初支结构上，并在同一隧道断面内，沿隧道轮廓线运动；
91.在上述过程中，往复系统5提供轴向的往复运动动力，同时隧道轮廓对正系统6沿往复轴旋转，二者共同作用，使喷头固定架7上的喷浆机喷头不断往复运动，且喷头一直垂直于受喷面。
92.如图14和15所示，上述一种隧道初支的施工装置的施工方法如下：
93.步骤s1、施工装置定位：
94.确定隧道中轴线，确定已施作初支结构横断面在地面的投影线，在此两条线的交点处，沿隧道中轴线向远离开挖面的方向退后0.5m或以上，推后距离满足如下：大臂3伸长后，橡胶滚筒45和隧道轮廓对正轮65均顶贴在已完工的初支结构上；主轴22的液压支腿15位于隧道中轴线上。
95.进一步地，利用水准尺，调试三枚液压支腿15的高度，使底板11水平，由此，可使转盘2与隧道横断面平行，即大臂3旋转时，始终处于同一个隧道横断面内。
96.步骤s2、施工区域确定：
97.设备通过控制台13，启动小型电机33，旋转大臂3至水平位置，伸长伸缩大臂本体36，直至橡胶滚筒45和隧道轮廓对正轮65顶贴在已完工的隧道初支上，且压力传感器34反馈的压力达到定额压力p；
98.通过控制台13，开启直线电机52，驱动往复动力杆55，依次将驱动力传递至动轴杆连接套8、从动杆61和喷头固定架7，使喷头固定架7上的喷头对准已完工隧道初支的轴向上的轮廓边缘一侧的位置，并关闭直线电机52，控制台13记录此时位置为a；再次驱动直线电机52，使喷头固定架7中的喷头对准待施作隧道初支的轮廓边缘另一侧的位置，并关闭直线电机52，控制台13记录此时位置为b；设定施工往复运动起始点为a和b；
99.通过控制台13，开启小型电机33，驱动伸缩大臂本体36由隧道一侧边墙旋转，直至隧道轮廓工作台4运行至隧道另一侧边墙底部，此为大臂3的起始位置。
100.待喷射的混凝土材料进场，安装并连接三台混凝土喷浆机的管线，将喷浆机的三个喷头安装在喷头固定架7上。
101.步骤s3、施工：
102.步骤s3-1、连通混凝土，通过控制台13启动直线电机52，启动混凝土喷浆机，使喷头固定架7上的喷头沿ab两点前后做往复运动喷射混凝土；
103.在喷头覆盖区域的隧道初支达到设计厚度后，通过控制台13关闭直线电机52，切断混凝土；
104.步骤s3-2、开启小型电机33，驱动伸缩大臂本体36旋转，且伸缩大臂本体36自动伸缩，保持隧道轮廓工作台4与已完工的隧道初支紧紧密贴，同时隧道轮廓对正系统6扭正从动杆61和喷头固定架7，使喷头垂直于受喷面；
105.步骤s3-3、重复步骤s3-1和步骤s3-2，直至完成本循环全部初支的施作。