CN113236311A - 一种隧道施工中拱形支护结构及施工方法 - Google Patents

一种隧道施工中拱形支护结构及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了隧道施工技术领域的一种隧道施工中拱形支护结构及施工方法，双向电机、两个轨道、多个轨道轮、框架和横撑，包括多排侧滑机构，多个所述侧滑机构固定设置在框架侧壁，相邻两个侧滑机构之间同一排两个齿轮棒之间用万向节连接，所述侧滑机构包括多个支撑机构、旋转机构、传动机构和切换机构，所述轨道轮转动连接在轨道上端面，所述框架转动连接在轨道轮侧壁，所述横撑固定连接在框架的内壁，所述支撑机构固定通过铰链转动连接在框架外壁，所述旋转机构转动连接在支撑机构外壁，所述支撑机构每间隔为一组，所述传动机构固定设置在支撑机构上端面，所述切换机构固定设置在支撑机构上端面，解决了传统隧道台车在混凝土固化后才能进行向内推进移动，极大的影响了工程进度，使得工程进度缓慢的问题。

Description

一种隧道施工中拱形支护结构及施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体为一种隧道施工中拱形支护结构及施工方法。
背景技术
隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式，隧道可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道，隧道的结构包括主体建筑物和附属设备两部分，主体建筑物由洞身和洞门组成，附属设备包括避车洞、消防设施、应急通讯和防排水设施，长大隧道还有专门的通风和照明设备，隧道的开挖扰动会引起较大的围岩变形，若支护措施不到位，围岩变形可能超过其容许范围，严重时会引起隧道塌方，造成重大经济损失。
传统隧道台车的液压系统进行平移操作时，通过两侧的水平设置的液压缸直接与模板进行连接，液压缸在承受模板向两侧顶向力的同时，还需要承受模板的重力，这样容易增加液压缸的伸缩杆件的磨损，影响液压缸的使用寿命；其次，传统隧道台车在混凝土固化后才能进行向内推进移动，极大的影响了工程进度，使得工程进度缓慢。
基于此，本发明设计了一种隧道施工中拱形支护结构及施工方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道施工中拱形支护结构及施工方法，以解决上述背景技术中提出了传统隧道台车的液压系统进行平移操作时，通过两侧的水平设置的液压缸直接与模板进行连接，液压缸在承受模板向两侧顶向力的同时，还需要承受模板的重力，这样容易增加液压缸的伸缩杆件的磨损，影响液压缸的使用寿命；其次，传统隧道台车在混凝土固化后才能进行向内推进移动，极大的影响了工程进度，使得工程进度缓慢的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种隧道施工中拱形支护结构，包括双向电机、两个轨道、多个轨道轮、框架和横撑，包括多排侧滑机构，多个所述侧滑机构均固定设置在框架侧壁，相邻两个侧滑机构之间同一排两个齿轮棒之间用万向节连接，所述侧滑机构包括多个支撑机构、旋转机构、传动机构和切换机构，所述轨道轮转动连接在轨道上端面，所述框架转动连接在轨道轮侧壁，所述横撑固定连接在框架的内壁，所述支撑机构通过铰链转动连接在框架外壁，所述旋转机构转动连接在支撑机构外壁，所述支撑机构为多组，每组所述支撑机构间隔分布，且两组所述支撑机构分为a组和b组，所述传动机构固定设置在支撑机构上端面，所述切换机构固定设置在支撑机构上端面；
所述支撑机构包括安装板，所述安装板固定设置在框架外壁，所述安装板上端面中线上垂直板面方向的孔内套设安装有多个球头套，所述球头套内部滑动有多个球头，所述球头上端固定设有内纹套，所述内纹套中间螺接有外纹杆，所述外纹杆顶端铰接有支撑板，所述外纹杆轴线两侧的安装板上对称位置上布置有两个伸缩杆，所述伸缩杆一端铰接在支撑板下端面，另一端铰接在安装板上端面；
所述旋转机构包括多个对称布置的扇形齿条板，所述齿条板固定连接在伸缩杆侧壁，所述齿条板外侧啮合有齿轮棒，所述齿轮棒通过支架转动连接在安装板上端面，所述齿轮棒一端通过同步带传动连接有蜗杆，所述蜗杆通过支架转动安装在安装板上端面，所述蜗杆外壁和球头套外壁啮合，所述蜗杆一端开设有防卡槽，所述蜗杆外侧同轴转动连接有皮带轮，所述皮带轮内壁设置有与防卡槽匹配的限位块，所述皮带轮外侧与齿轮棒外侧套设有同步带；
所述传动机构包括两组同步链条，两组所述同步链条分别套设在a组支撑机构和b组支撑机构中对应的的齿轮棒一端外壁，a组支撑机构和b组支撑机构中靠近电机的齿轮棒一端均通过链条连接在对应电机一端；
每个所述球头套下端面均固定设置有一个楔形块，两个所述电机输出轴上均固定连接有切向齿轮，两个所述切向齿轮外端均啮合有通过支架转动设置在安装板上端面的非全齿轮，所述非全齿轮同轴固定设置有拨杆，两个所述拨杆下端均接触有切换座，两个所述切换座穿过安装板的下端固定连接有左右对称的切换条，其中一块所述切换条滑动连接在安装板下端面，另一块切换条滑动连接在前一块切换条下端面，下端的所述切换条后端固定连接有复位弹簧，所述复位弹簧另一端固定设置在安装板下端面，两个切换条上间歇开设有多个与楔形块相对应的波动槽，所述波动槽侧壁与楔形块斜面相接触；
设备中分为a组支撑机构和b组支撑机构，两个支撑结构的主体运动方式为交替运动，如同双脚走路，交替前进，且一组支撑机构运动的过程中，另一组支撑机构处于支撑工位且静止，当前一组支撑机构运动完毕后，后一组支撑机构可运动，如此重复。为了更清楚的理解详细的技术方案，现以其中一组支撑机构(a组支撑机构)为运动机构，另一组支撑机构(b组支撑机构)静止，为例，详细叙述装置工作过程。
工作时，先将设备组装完毕，沿着隧道内铺设好轨道，将拱形支护结构上的轨道轮卡接到轨道内侧，当混凝土浇筑好以后，需要进行步进继续浇筑时，启动a组支撑机构(以下简述为a组)对应的电机，使得电机逆时针转动(如图9所示)，电机通过皮带带动其中一组齿轮棒逆时针转动(同一组齿轮棒均套设有同步链条，使得间隔设置的齿轮棒状态同步)，齿轮棒转动时驱动齿条板绕着伸缩杆与安装板铰接部分的轴线转动(如图4和5所示，球头和球头套进行球笼万向节的铰接方式，使得两者在竖直方向上倾斜，且不发生水平方向转动，使得内纹套发生倾斜时，球头套的转动动力能完整的传输到球头上)，随着齿轮棒继续转动，齿轮棒一端的同步带驱动下方的皮带轮逆时针转动，当皮带轮内侧的限位块转动到蜗杆上的防卡槽左端时，皮带轮驱动蜗杆转动，进一步的，蜗杆通过球头套外壁的蜗齿驱动球头套转动，使得球头套转动从而驱动球头转动，球头转动后驱动内纹套转动，将外纹杆推出(如图3所示，通过齿条板的转动先将旋转机构进行倾斜，再通过防卡槽和皮带轮上的限位块之间的卡接时序差确保外纹杆先倾斜再延伸，避免了倾斜和延伸同步进行，使得外纹杆卡死在隧道内壁的模板内侧壁，造成模板损坏或者设备损坏的现象发生)，外纹杆被倾斜伸长(如图3所示，外纹杆处于两个伸缩杆之间连线中点，且外纹杆和两个伸缩杆与支撑板的铰接点处于同心状态，使得支撑板能在外纹杆伸长发生倾斜的同时使得支撑板仍然能紧贴隧道内壁模板，使得后期的设备移动过程中获得更大的摩擦力)，推动a组支撑板紧贴隧道内壁的模板有向隧道深处滑动的倾向；
同时的在a组电机转动的初期，电机上的切向齿轮逆时针转动驱动非全齿轮顺时针转动，使得拨杆拨动下方的切换座克服下方复位弹簧力向左移动，切换座拨动下方的切换条克服复位弹簧的作用力使得切换条向左滑动，使得b组支撑机构(以下简述为b组)对应的电机驱动的b组旋转机构下方的楔形块斜面与切换条上的波动槽相滑动，使得楔形块向下掉落使得楔形块斜面接触在切换条缺口边缘，从而使得球头套向下掉落一端距离，使得未被电机驱动的b组内纹套下落一小段距离，使得b组中的内纹套顶端的支撑板下降(如图5和图7所示，电机驱动的a组的旋转机构机构工作，使得b组的旋转机构发生小距离掉落，使得支撑板下降不再与隧道内壁的模板相接触，使得正在工作的a组的旋转机构在旋转过程中将整个设备能仅仅靠着正在旋转这一组的内纹套和外纹杆顶端的支撑板与隧道内壁模板之间的模板摩擦力将设备向隧道内部推动)，随着齿条板转动到最大方向且内纹套将外纹杆延伸出最长距离(此时完成设备的整体前进动作)；这时a组的电机进行反转，首先切向齿轮顺时针转动时使得非全齿轮逆时针转动，从而使得拨杆释放切换座，切换座受到下方的复位弹簧的作用力，使得切换条向右滑动，通过切换条上的波动槽接触楔形块的斜面的接触面改变，推动楔形块上升，同时b组未被a组电机所作用的间隔排布的内纹套、外纹杆和支撑板上升挤压隧道内壁模板，在内纹套受到a组电机驱动反转驱动外纹杆和支撑板缩短的同时，受到b组支撑板与隧道模板的摩擦力，设备本身不发生倒退(如图9所示，两组旋转机构分别通过两组电机分别工作控制，使得两组支撑板间歇移动，避免了集中磨损造成设备损坏，或支撑误差大的问题发生)；当a组启动完毕后，b组电机再启动，运动过程与a组相同，在此不做赘述；通过同一排两组支撑板来回的切换，使得设备本身不脱离隧道内壁模板的情况向隧道内部运动，所有同排的齿轮棒之间通过万象轴连接，使得设备本身四周运动状态相同，在不发生脱离隧道壁的情况下运行过程中，不卡死在隧道内。
本发明通过两组旋转机构的间歇降低，旋转伸长相配合，使得拱形支护结构本身能在不失去支护隧道壁本身的状况下，能向隧道深处运行，有效解决了现有设备在混凝土固化后才进行移动支护设备，造成工程进度慢，效率低的问题；其次通过单一电机控制多组设备同步运行，且通过复位弹簧控制楔形块高度再间接控制旋转机构的高度，使得设备本身具有韧性，有效避免了在遇到震动时，导致隧道模板位置发生偏移的现象产生。
作为本发明的进一步方案，所述轨道轮内部带锁；工作时，当需要进行拱形支护结构向内步进时，将轨道轮解锁，当移动结束后轨道轮锁止，有效避免出现滑移导致轨道内部模板出现偏移的现象发生。
作为本发明的进一步方案，所述切换条采用减摩材料，减小摩擦力，延长设备使用寿命。
作为本发明的进一步方案，所述皮带轮内侧涂抹有减摩材料，减小摩擦力，延长设备使用寿命。
作为本发明的进一步方案，所述支撑板外壁固定设置有橡胶板，避免了支撑板支撑侧滑过程中对隧道模板造成损坏，且获得更大摩擦力。
作为本发明的进一步方案，所述伸缩杆中间设置有保持弹簧，使得内纹套和外纹杆之间螺纹连接一直处于受力状态，避免设备启动瞬间发生冲击，造成隧道模板损坏的现象发生。
一种隧道施工拱形支护方法，该隧道施工拱形支护方法的具体步骤如下：
步骤一：先将隧道预制板运输到隧道内进行拼装；
步骤二：使用隧道施工中拱形支护结构将预制板顶好；
步骤三：向预制板与隧道壁之间灌装混凝土；
步骤四：待混凝土固化后将隧道施工中拱形支护结构前移动；
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过两组旋转机构的间歇降低，旋转伸长相配合，使得拱形支护结构本身能在不失去支护隧道壁本身的状况下，能向隧道深处运行，有效解决了现有设备在混凝土固化后才进行移动支护设备，造成工程进度慢，效率低的问题；其次通过单一电机控制多组设备同步运行，且通过复位弹簧控制楔形块高度再间接控制旋转机构的高度，使得设备本身具有韧性，有效避免了在遇到震动时，导致隧道模板位置发生偏移的现象产生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明总体结构示意图；
图2为本发明图1中E处放大结构示意图；
图3为本发明支撑机构和旋转机构局部剖视结构示意图；
图4为本发明图3中A处放大结构示意图；
图5为本发明顶部一列总体剖视结构示意图；
图6为本发明图5中B处放大结构示意图；
图7为本发明图5中C处放大结构示意图；
图8为本发明顶部一列总体结构示意图；
图9为本发明图8中D处放大结构示意图；
图10为本发明方法流程图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
电机11，轨道12，轨道轮13，框架14，横撑15，侧滑机构16，支撑机构2，安装板21，球头22，内纹套23，外纹杆24，支撑板25，伸缩杆26，球头套27，旋转机构3，齿条板31，齿轮棒32，蜗杆33，防卡槽34，皮带轮35，限位块36，同步带37，传动机构4，同步链条41，切向齿轮42，非全齿轮43，拨杆44，切换座45，切换条46，复位弹簧47，波动槽48，楔形块49，橡胶板51，保持弹簧52，皮带轮54。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：一种隧道施工中拱形支护结构，包括双向电机11、两个轨道12、多个轨道轮13、框架14和横撑15，包括多排侧滑机构，多个侧滑机构均固定设置在框架14侧壁，相邻两个侧滑机构之间同一排两个齿轮棒32之间用万向节连接，侧滑机构16包括多个支撑机构2、旋转机构3、传动机构4和切换机构5，轨道轮13转动连接在轨道12上端面，框架14转动连接在轨道轮13侧壁，横撑15固定连接在框架14的内壁，支撑机构2通过铰链转动连接在框架14外壁，旋转机构3转动连接在支撑机构2外壁，支撑机构2为多组，每组支撑机构2间隔分布，且两组支撑机构2分为a组和b组，传动机构4固定设置在支撑机构2上端面，切换机构5固定设置在支撑机构2上端面；
支撑机构2包括安装板21，安装板21固定设置在框架14外壁，安装板21上端面中线上垂直板面方向的孔内套设安装有多个球头套27，球头套27内部滑动有多个球头22，球头22上端固定设有内纹套23，内纹套23中间螺接有外纹杆24，外纹杆24顶端铰接有支撑板25，外纹杆24轴线两侧的安装板21上对称位置上布置有两个伸缩杆26，伸缩杆26一端铰接在支撑板25下端面，另一端铰接在安装板21上端面；
旋转机构3包括多个对称布置的扇形齿条板31，齿条板31固定连接在伸缩杆26侧壁，齿条板31外侧啮合有齿轮棒32，齿轮棒32通过支架转动连接在安装板21上端面，齿轮棒32一端通过同步带37传动连接有蜗杆33，蜗杆33通过支架转动安装在安装板21上端面，蜗杆33外壁和球头套27外壁啮合，蜗杆33一端开设有防卡槽34，蜗杆33外侧同轴转动连接有皮带轮35，皮带轮35内壁设置有与防卡槽34匹配的限位块36，皮带轮35外侧与齿轮棒32外侧套设有同步带；
传动机构4包括两组同步链条41，两组同步链条41分别套设在a组支撑机构2和b组支撑机构2中对应的的齿轮棒32一端外壁，a组支撑机构2和b组支撑机构2中靠近电机11的齿轮棒32一端均通过链条连接在对应电机11一端；
每个球头套27下端面均固定设置有一个楔形块49，两个电机11输出轴上均固定连接有切向齿轮42，两个切向齿轮42外端均啮合有通过支架转动设置在安装板21上端面的非全齿轮43，非全齿轮43同轴固定设置有拨杆44，两个拨杆44下端均接触有切换座45，两个切换座45穿过安装板21的下端固定连接有左右对称的切换条46，其中一块切换条46滑动连接在安装板21下端面，另一块切换条46滑动连接在前一块切换条46下端面，下端的切换条46后端固定连接有复位弹簧47，复位弹簧47另一端固定设置在安装板21下端面，两个切换条46上间歇开设有多个与楔形块相对应的波动槽48，波动槽48侧壁与楔形块49斜面相接触；
设备中分为a组支撑机构2和b组支撑机构2，两个支撑结构的主体运动方式为交替运动，如同双脚走路，交替前进，且一组支撑机构2运动的过程中，另一组支撑机构2处于支撑工位且静止，当前一组支撑机构2运动完毕后，后一组支撑机构可运动，如此重复。为了更清楚的理解详细的技术方案，现以其中一组支撑机构2(a组支撑机构2)为运动机构，另一组支撑机构2(b组支撑机构2)静止，为例，详细叙述装置工作过程。
工作时，先将设备组装完毕，沿着隧道内铺设好轨道12，将拱形支护结构上的轨道轮13卡接到轨道内侧，当混凝土浇筑好以后，需要进行步进继续浇筑时，启动a组支撑机构2(以下简述为a组)对应的电机11，使得电机11逆时针转动(如图9所示)，电机11通过皮带带动其中一组齿轮棒32逆时针转动(同一组齿轮棒32均套设有同步链条41，使得间隔设置的齿轮棒32状态同步)，齿轮棒32转动时驱动齿条板31绕着伸缩杆26与安装板21铰接部分的轴线转动(如图4和5所示，球头22和球头套27进行球笼万向节的铰接方式，使得两者在竖直方向上倾斜，且不发生水平方向转动，使得内纹套23发生倾斜时，球头套27的转动动力能完整的传输到球头22上)，随着齿轮棒32继续转动，齿轮棒32一端的同步带37驱动下方的皮带轮35逆时针转动，当皮带轮35内侧的限位块36转动到蜗杆33上的防卡槽34左端时，皮带轮35驱动蜗杆33转动，进一步的，蜗杆33通过球头套27外壁的蜗齿驱动球头套27转动，使得球头套27转动从而驱动球头22转动，球头22转动后驱动内纹套23转动，将外纹杆24推出(如图3所示，通过齿条板31的转动先将旋转机构3进行倾斜，再通过防卡槽34和皮带轮35上的限位块36之间的卡接时序差确保外纹杆24先倾斜再延伸，避免了倾斜和延伸同步进行，使得外纹杆24卡死在隧道内壁的模板内侧壁，造成模板损坏或者设备损坏的现象发生)，外纹杆24被倾斜伸长(如图3所示，外纹杆24处于两个伸缩杆26之间连线中点，且外纹杆24和两个伸缩杆26与支撑板25的铰接点处于同心状态，使得支撑板25能在外纹杆24伸长发生倾斜的同时使得支撑板25仍然能紧贴隧道内壁模板，使得后期的设备移动过程中获得更大的摩擦力)，推动a组支撑板25紧贴隧道内壁的模板有向隧道深处滑动的倾向；
同时的在a组电机11转动的初期，电机上的切向齿轮42逆时针转动驱动非全齿轮43顺时针转动，使得拨杆44拨动下方的切换座45克服下方复位弹簧47力向左移动，切换座45拨动下方的切换条46克服复位弹簧47的作用力使得切换条46向左滑动，使得b组支撑机构2(以下简述为b组)对应的电机11驱动的b组旋转机构3下方的楔形块49斜面与切换条46上的波动槽48相滑动，使得楔形块49向下掉落使得楔形块49斜面接触在切换条46缺口边缘，从而使得球头套27向下掉落一端距离，使得未被电机11驱动的b组内纹套23下落一小段距离，使得b组中的内纹套23顶端的支撑板25下降(如图5和图7所示，电机11驱动的a组的旋转机构3机构工作，使得b组的旋转机构3发生小距离掉落，使得支撑板25下降不再与隧道内壁的模板相接触，使得正在工作的a组的旋转机构3在旋转过程中将整个设备能仅仅靠着正在旋转这一组的内纹套23和外纹杆24顶端的支撑板25与隧道内壁模板之间的模板摩擦力将设备向隧道内部推动)，随着齿条板31转动到最大方向且内纹套23将外纹杆24延伸出最长距离(此时完成设备的整体前进动作)；这时a组的电机11进行反转，首先切向齿轮42顺时针转动时使得非全齿轮43逆时针转动，从而使得拨杆44释放切换座45，切换座45受到下方的复位弹簧47的作用力，使得切换条46向右滑动，通过切换条46上的波动槽48接触楔形块49的斜面的接触面改变，推动楔形块49上升，同时b组未被a组电机11所作用的间隔排布的内纹套23、外纹杆24和支撑板25上升挤压隧道内壁模板，在内纹套23受到a组电机11驱动反转驱动外纹杆24和支撑板25缩短的同时，受到b组支撑板25与隧道模板的摩擦力，设备本身不发生倒退(如图9所示，两组旋转机构3分别通过两组电机11分别工作控制，使得两组支撑板25间歇移动，避免了集中磨损造成设备损坏，或支撑误差大的问题发生)；当a组启动完毕后，b组电机11再启动，运动过程与a组相同，在此不做赘述；通过同一排两组支撑板25来回的切换，使得设备本身不脱离隧道内壁模板的情况向隧道内部运动，所有同排的齿轮棒32之间通过万象轴连接，使得设备本身四周运动状态相同，在不发生脱离隧道壁的情况下运行过程中，不卡死在隧道内。
本发明通过两组旋转机构3的间歇降低，旋转伸长相配合，使得拱形支护结构本身能在不失去支护隧道壁本身的状况下，能向隧道深处运行，有效解决了现有设备在混凝土固化后才进行移动支护设备，造成工程进度慢，效率低的问题；其次通过单一电机11控制多组设备同步运行，且通过复位弹簧47控制楔形块49高度再间接控制旋转机构3的高度，使得设备本身具有韧性，有效避免了在遇到震动时，导致隧道模板位置发生偏移的现象产生。
作为本发明的进一步方案，轨道轮13内部带锁；工作时，当需要进行拱形支护结构向内步进时，将轨道轮13解锁，当移动结束后轨道轮13锁止，有效避免出现滑移导致轨道内部模板出现偏移的现象发生。
作为本发明的进一步方案，切换条46采用减摩材料，减小摩擦力，延长设备使用寿命。
作为本发明的进一步方案，皮带轮54内侧涂抹有减摩材料，减小摩擦力，延长设备使用寿命。
作为本发明的进一步方案，支撑板25外壁固定设置有橡胶板51，避免了支撑板25支撑侧滑过程中对隧道模板造成损坏，且获得更大摩擦力。
作为本发明的进一步方案，伸缩杆26中间设置有保持弹簧52，使得内纹套23和外纹杆24之间螺纹连接一直处于受力状态，避免设备启动瞬间发生冲击，造成隧道模板损坏的现象发生。
一种隧道施工拱形支护方法，该隧道施工拱形支护方法的具体步骤如下：
步骤一：先将隧道预制板运输到隧道内进行拼装；
步骤二：使用隧道施工中拱形支护结构将预制板顶好；
步骤三：向预制板与隧道壁之间灌装混凝土；
步骤四：待混凝土固化后将隧道施工中拱形支护结构前移动；
工作原理：设备中分为a组支撑机构2和b组支撑机构2，两个支撑结构的主体运动方式为交替运动，如同双脚走路，交替前进，且一组支撑机构2运动的过程中，另一组支撑机构2处于支撑工位且静止，当前一组支撑机构2运动完毕后，后一组支撑机构可运动，如此重复。为了更清楚的理解详细的技术方案，现以其中一组支撑机构2(a组支撑机构2)为运动机构，另一组支撑机构2(b组支撑机构2)静止，为例，详细叙述装置工作过程。
工作时，先将设备组装完毕，沿着隧道内铺设好轨道12，将拱形支护结构上的轨道轮13卡接到轨道内侧，当混凝土浇筑好以后，需要进行步进继续浇筑时，启动a组支撑机构2(以下简述为a组)对应的电机11，使得电机11逆时针转动(如图9所示)，电机11通过皮带带动其中一组齿轮棒32逆时针转动(同一组齿轮棒32均套设有同步链条41，使得间隔设置的齿轮棒32状态同步)，齿轮棒32转动时驱动齿条板31绕着伸缩杆26与安装板21铰接部分的轴线转动(如图4和5所示，球头22和球头套27进行球笼万向节的铰接方式，使得两者在竖直方向上倾斜，且不发生水平方向转动，使得内纹套23发生倾斜时，球头套27的转动动力能完整的传输到球头22上)，随着齿轮棒32继续转动，齿轮棒32一端的同步带37驱动下方的皮带轮35逆时针转动，当皮带轮35内侧的限位块36转动到蜗杆33上的防卡槽34左端时，皮带轮35驱动蜗杆33转动，进一步的，蜗杆33通过球头套27外壁的蜗齿驱动球头套27转动，使得球头套27转动从而驱动球头22转动，球头22转动后驱动内纹套23转动，将外纹杆24推出(如图3所示，通过齿条板31的转动先将旋转机构3进行倾斜，再通过防卡槽34和皮带轮35上的限位块36之间的卡接时序差确保外纹杆24先倾斜再延伸，避免了倾斜和延伸同步进行，使得外纹杆24卡死在隧道内壁的模板内侧壁，造成模板损坏或者设备损坏的现象发生)，外纹杆24被倾斜伸长(如图3所示，外纹杆24处于两个伸缩杆26之间连线中点，且外纹杆24和两个伸缩杆26与支撑板25的铰接点处于同心状态，使得支撑板25能在外纹杆24伸长发生倾斜的同时使得支撑板25仍然能紧贴隧道内壁模板，使得后期的设备移动过程中获得更大的摩擦力)，推动a组支撑板25紧贴隧道内壁的模板有向隧道深处滑动的倾向；
同时的在a组电机11转动的初期，电机上的切向齿轮42逆时针转动驱动非全齿轮43顺时针转动，使得拨杆44拨动下方的切换座45克服下方复位弹簧47力向左移动，切换座45拨动下方的切换条46克服复位弹簧47的作用力使得切换条46向左滑动，使得b组支撑机构2(以下简述为b组)对应的电机11驱动的b组旋转机构3下方的楔形块49斜面与切换条46上的波动槽48相滑动，使得楔形块49向下掉落使得楔形块49斜面接触在切换条46缺口边缘，从而使得球头套27向下掉落一端距离，使得未被电机11驱动的b组内纹套23下落一小段距离，使得b组中的内纹套23顶端的支撑板25下降(如图5和图7所示，电机11驱动的a组的旋转机构3机构工作，使得b组的旋转机构3发生小距离掉落，使得支撑板25下降不再与隧道内壁的模板相接触，使得正在工作的a组的旋转机构3在旋转过程中将整个设备能仅仅靠着正在旋转这一组的内纹套23和外纹杆24顶端的支撑板25与隧道内壁模板之间的模板摩擦力将设备向隧道内部推动)，随着齿条板31转动到最大方向且内纹套23将外纹杆24延伸出最长距离(此时完成设备的整体前进动作)；这时a组的电机11进行反转，首先切向齿轮42顺时针转动时使得非全齿轮43逆时针转动，从而使得拨杆44释放切换座45，切换座45受到下方的复位弹簧47的作用力，使得切换条46向右滑动，通过切换条46上的波动槽48接触楔形块49的斜面的接触面改变，推动楔形块49上升，同时b组未被a组电机11所作用的间隔排布的内纹套23、外纹杆24和支撑板25上升挤压隧道内壁模板，在内纹套23受到a组电机11驱动反转驱动外纹杆24和支撑板25缩短的同时，受到b组支撑板25与隧道模板的摩擦力，设备本身不发生倒退(如图9所示，两组旋转机构3分别通过两组电机11分别工作控制，使得两组支撑板25间歇移动，避免了集中磨损造成设备损坏，或支撑误差大的问题发生)；当a组启动完毕后，b组电机11再启动，运动过程与a组相同，在此不做赘述；通过同一排两组支撑板25来回的切换，使得设备本身不脱离隧道内壁模板的情况向隧道内部运动，所有同排的齿轮棒32之间通过万象轴连接，使得设备本身四周运动状态相同，在不发生脱离隧道壁的情况下运行过程中，不卡死在隧道内。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种隧道施工中拱形支护结构，包括双向电机(11)、两个轨道(12)、多个轨道轮(13)、框架(14)和横撑(15)，其特征在于：包括多排侧滑机构，多个所述侧滑机构均固定设置在框架(14)侧壁，相邻两个侧滑机构之间同一排两个齿轮棒(32)之间用万向节连接，所述侧滑机构(16)包括多个支撑机构(2)、旋转机构(3)、传动机构(4)和切换机构(5)，所述轨道轮(13)转动连接在轨道(12)上端面，所述框架(14)转动连接在轨道轮(13)侧壁，所述横撑(15)固定连接在框架(14)的内壁，所述支撑机构(2)通过铰链转动连接在框架(14)外壁，所述旋转机构(3)转动连接在支撑机构(2)外壁，所述支撑机构(2)为多组，每组所述支撑机构(2)间隔分布，且两组所述支撑机构(2)分为a组和b组，所述传动机构(4)固定设置在支撑机构(2)上端面，所述切换机构(5)固定设置在支撑机构(2)上端面；
所述支撑机构(2)包括安装板(21)，所述安装板(21)固定设置在框架(14)外壁，所述安装板(21)上端面中线上垂直板面方向的孔内套设安装有多个球头套(27)，所述球头套(27)内部滑动有多个球头(22)，所述球头(22)上端固定设有内纹套(23)，所述内纹套(23)中间螺接有外纹杆(24)，所述外纹杆(24)顶端铰接有支撑板(25)，所述外纹杆(24)轴线两侧的安装板(21)上对称位置上布置有两个伸缩杆(26)，所述伸缩杆(26)一端铰接在支撑板(25)下端面，另一端铰接在安装板(21)上端面；
所述旋转机构(3)包括多个对称布置的扇形齿条板(31)，所述齿条板(31)固定连接在伸缩杆(26)侧壁，所述齿条板(31)外侧啮合有齿轮棒(32)，所述齿轮棒(32)通过支架转动连接在安装板(21)上端面，所述齿轮棒(32)一端通过同步带(37)传动连接有蜗杆(33)，所述蜗杆(33)通过支架转动安装在安装板(21)上端面，所述蜗杆(33)外壁和球头套(27)外壁啮合，所述蜗杆(33)一端开设有防卡槽(34)，所述蜗杆(33)外侧同轴转动连接有皮带轮(35)，所述皮带轮(35)内壁设置有与防卡槽(34)匹配的限位块(36)，所述皮带轮(35)外侧与齿轮棒(32)外侧套设有同步带；
所述传动机构(4)包括两组同步链条(41)，两组所述同步链条(41)分别套设在a组支撑机构(2)和b组支撑机构(2)中对应的的齿轮棒(32)一端外壁，a组支撑机构(2)和b组支撑机构(2)中靠近电机11的齿轮棒(32)一端均通过链条连接在对应电机(11)一端；
每个所述球头套(27)下端面均固定设置有一个楔形块(49)，两个所述电机(11)输出轴上均固定连接有切向齿轮(42)，两个所述切向齿轮(42)外端均啮合有通过支架转动设置在安装板(21)上端面的非全齿轮(43)，所述非全齿轮(43)同轴固定设置有拨杆(44)，两个所述拨杆(44)下端均接触有切换座(45)，两个所述切换座(45)穿过安装板(21)的下端固定连接有左右对称的切换条(46)，其中一块所述切换条(46)滑动连接在安装板(21)下端面，另一块切换条(46)滑动连接在前一块切换条(46)下端面，下端的所述切换条(46)后端固定连接有复位弹簧(47)，所述复位弹簧(47)另一端固定设置在安装板(21)下端面，两个切换条(46)上间歇开设有多个与楔形块相对应的波动槽(48)，所述波动槽(48)侧壁与楔形块(49)斜面相接触。
2.根据权利要求1所述的一种隧道施工中拱形支护结构，其特征在于：所述轨道轮(13)内部带锁。
3.根据权利要求1所述的一种隧道施工中拱形支护结构，其特征在于：所述切换条(46)采用减摩材料。
4.根据权利要求1所述的一种隧道施工中拱形支护结构，其特征在于：所述皮带轮(54)内侧涂抹有减摩材料。
5.根据权利要求1所述的一种隧道施工中拱形支护结构，其特征在于：所述支撑板(25)外壁固定设置有橡胶板(51)。
6.根据权利要求1所述的一种隧道施工中拱形支护结构，其特征在于：所述伸缩杆(26)中间设置有保持弹簧(52)。
7.一种隧道施工中拱形支护方法，适用于权利要求1-6任意一项所述的一种隧道施工中拱形支护结构装置，其特征在于：该隧道施工中拱形支护方法的具体步骤如下：
步骤一：先将隧道预制板运输到隧道内进行拼装；
步骤二：使用隧道施工中拱形支护结构将预制板顶好；
步骤三：向预制板与隧道壁之间灌装混凝土；
步骤四：待混凝土固化后将隧道施工中拱形支护结构前移动。
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