一种隧洞衬砌结构修复加固施工设备的制作方法

本发明属于隧道衬砌施工技术设备领域，具体涉及一种可在隧洞内自动开进，同时对隧洞衬砌结构进行环向粘贴碳纤维布并在表面涂覆环氧树脂浸渍胶的行走施工设备。

背景技术：

隧洞衬砌结构在使用过程中会出现不同程度的裂缝，由此导致衬砌漏水、侵蚀等多种危害，削弱隧洞衬砌结构承载力及耐久性，影响隧洞正常使用。针对这些情况，需要对隧洞衬砌进行局部修复与加固补强，约束裂纹扩展，保证隧洞运行安全。目前对隧洞衬砌裂缝处理常采用喷射钢纤维混凝土、补做混凝土套衬、粘贴钢板等方法。这些方法各有特点，但存在施工工期长、影响隧道断面尺寸、增加结构物自重、维护成本高等缺陷。

近几年来采用碳纤维增强复合材料对隧洞衬砌裂缝进行修复加固的技术在国际上得到越来越多的应用。通过将碳纤维布用环氧树脂类胶结材料浸润后粘贴于隧洞衬砌结构表面，利用高强度的碳纤维与混凝土结构共同受力，对隧洞衬砌进行补强加固。可以在不明显改变隧洞内壁轮廓的同时，限制裂纹发育，提高衬砌结构承载力，并通过环氧树脂胶结材料，有效隔绝水汽，防止衬砌侵蚀。碳纤维复合材料在隧洞衬砌裂缝修复加固工程中有很好的发展前景。

目前，碳纤维复合材料加固施工多采用人工粘贴的方式，对于隧洞内壁的加固施工，由于施工空间较小，工人施工难度大，施工质量与施工效率无法保障；由于隧洞内通风条件较差，工人施工安全存在威胁；由于隧洞衬砌结构内轮廓为圆形，不利于碳纤维布的粘贴。隧洞衬砌结构的修复加固工程不仅工期长，且施工效果不佳。对于中小直径隧洞衬砌结构裂缝进行碳纤维复合材料加固施工，目前尚无成熟的解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可在隧洞内行走，对隧洞衬砌裂缝进行环向粘贴碳纤维布并在表面均匀涂覆环氧树脂浸渍胶的修复加固施工设备，显著提高隧洞衬砌修复加固施工效率及施工可靠性。

为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案：一种用于修复加固隧洞衬砌结构的环向施工装置，包括具有一固定端和一自由端的支撑臂，以及安装在支撑臂自由端上的涂胶模块和粘布模块；支撑臂能够绕固定端转动，使涂胶模块和粘布模块分别对隧洞内壁进行涂胶和粘布。

优选的，涂胶模块包括两组注胶机构，注胶机构的出口端均连接一根出胶管，其中一根出胶管为硬管，另一根出胶管为软管；每根出胶管的出口端均设置有一个毛刷辊；还包括一个能够带动软管的出口端及设置在该端的毛刷辊共同转动的旋转支座。

优选的，注胶机构包括兼具储胶作用的注射筒，活动装配在注射筒里的活塞，连接在注射筒底部向其内输送气体以推动活塞运动的输气管，以及气源。

优选的，毛刷辊的两端还设置有圆形的止漏挡板，止漏挡板的直径大于毛刷辊的直径并与出胶管的两侧连接。

优选的，粘布模块包括用于放置碳纤维布卷的卷筒支架，一对用于输送碳纤维布的滚筒，以及位于滚筒前方的裁剪机构。

优选的，裁剪机构包括截断轨道，滑动装配在截断轨道上的刀架，以及安装在刀架一端的刀片；刀架沿截断滑轨运动时能够带动刀片将碳纤维布裁断。

优选的，还包括位于涂胶模块前方用于改变碳纤维布运动方向的导向板。

优选的，还包括压实气管，压实气管中输送高压气体将碳纤维布压实在隧洞内壁上，压实气管的一端与气源连接。

优选的，支撑臂包括能绕固定端转动的内管，套设在内管外壁、并能够伸缩的外管，以及能够锁紧内管和外管的锁紧机构；内管为空心管。

本发明还公开了一种隧洞衬砌结构修复加固施工设备，包括行走装置，环向施工装置，具有一升降平台的升降装置，控制该施工设备工作的控制装置，以及驱动支撑臂转动的驱动装置；升降装置安装在行走装置上；环向施工装置和驱动装置均安装在升降平台上；控制装置安装在行走装置或升降平台上。

本发明具有的有益效果：

1.该设备掌控施工流程，自动化程度高，无需工人进入隧洞内施工，节省人工成本。

2.机械化施工质量高于人为施工，环氧树脂胶涂覆均匀，碳纤维布粘贴紧密平整，保证修复加固效果和施工效率。

3.适用于不同尺寸隧洞衬砌结构修复加固施工，适用于多种天气条件和工程环境的施工，工程适应性好。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明环向施工装置及支撑臂横截面示意图；

图3是图2中A处局部放大图；

图4是图3中B向视图；

图5是图3中C向视图；

图6是本发明中涂胶模块和粘布模块的结构示意图；

图7是图6中D处涂胶状态下的局部放大图；

图8是图6中D处粘布状态下的局部放大图；

图9是本发明施工轨迹示意图。

附图标记：1注射筒；2碳纤维布卷；3卷筒支架；4输布滚筒；5活动毛刷辊；6支撑臂；7输气软管；9螺纹接头；10空心外管；11空心内管；12定位卡扣；13定位卡槽；16升降装置；17升降平台；18气泵；19气室；20活塞；21出胶硬管；22出胶软管；23旋转支座；24旋转电机；25活动低速电机；26固定低速电机；27驱动装置；28输布电机；29导向板；30压实气管；31裁剪机构；32截断电机；33刀架；34截断轨道；35刀片；36控制装置；37行走装置；38止漏挡板；39隧洞内壁；40固定毛刷辊。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种隧洞衬砌结构修复加固施工设备，包括行走装置37，环向施工装置，升降装置16，控制装置36，以及驱动装置27。升降装置16和控制装置36均安装在行走装置37上，升降装置16具有一升降平台17，控制装置36用于控制各个执行部件正常运行。驱动装置27安装在升降平台17上，环向施工装置通过销轴结构转动安装在升降平台17上并与驱动装置27相连接，驱动装置27能够带动环向施工装置绕销轴转动。

如图2至8所示，环向施工装置主要包括：支撑臂6，安装在支撑臂6上的涂胶模块和粘布模块。

支撑臂6包括空心内管11，套设在空心内管11外壁的空心外管10，以及能够锁紧内管和外管的锁紧机构，通过该种连接方式能够实现伸缩调节支撑臂6的长度。空心内管11的固定端通过销轴结构转动安装在升降平台17上并与驱动装置27相连接，空心外管10的自由端上安装涂胶模块和粘布模块。锁紧机构包括设置在空心内管11的外壁上的定位卡扣12，设置在空心外管10的内壁上的锯齿状的定位卡槽13；通过调整定位卡扣12在定位卡槽13中的位置能够改变空心外管10与空心内管11的相对位置从而调整支撑臂6的长度。锁紧机构并不限于上述结构，还可以是现有技术中的其它能够实现锁紧功能的其它结构，故不再做赘述。

涂胶模块包括一对注胶机构，每个注胶机构包括兼具储胶作用的注射筒1，活动装配在注射筒1里的活塞20，输气软管7，以及用作气源的气泵18。其中一个注射筒1的出口端连接一根出胶硬管21，另一个注射筒1的出口端连接一根出胶软管22。注射筒1的入口端与带有螺纹接头9的输气软管7连接。以活塞20为界，靠近入口端的一侧为气室19，靠近出口端的一侧则用于储存环氧树脂胶。

出胶软管22的出口端处设置有活动毛刷辊5，出胶硬管21的出口端处设置有固定毛刷辊40，活动毛刷辊5由活动低速电机25驱动，固定毛刷辊40由固定低速电机26驱动。为了实现出胶软管22出口端的转动，还设置一个由旋转电机24带动的旋转支座23，出胶软管22的出口端固定在该旋转支座23上。如图7所示，当涂胶时，旋转电机24带动出胶软管22的出口端旋转至活动毛刷辊5与隧洞内壁39垂直的状态。如图8所示，当粘布时，旋转电机24带动出胶软管22的出口端旋转至活动毛刷辊5与固定毛刷辊40相对的状态。

除此之外，还设置有一导向板29，当粘布时，导向板29将垂直方向输送的碳纤维布转向成与隧洞内壁39相切或以极小的角度涂覆碳纤维布。毛刷辊的两端还设置有圆形的止漏挡板38，止漏挡板38的直径大于毛刷辊的直径并与出胶管的两侧连接，其作用一方面防止环氧树脂胶泄露，另一方面作为连接件实现毛刷辊与出胶管的连接。

粘布模块包括用于放置碳纤维布卷2的卷筒支架3，一对用于输送碳纤维布的输布滚筒4，以及裁剪机构31。碳纤维布卷2的外布头引出后被一对输布滚筒4夹住并向外持续输出。该输布滚筒4由输布电机28驱动，也可以直接选择输布滚筒4电机。裁剪机构31位于毛刷辊与导向板29之间用于裁断碳纤维布。裁剪机构31包括截断轨道34，滑动装配在截断轨道34上的刀架33，以及安装在刀架33一端的刀片35；刀架33由截断电机32带动沿截断滑轨运动从而令刀片35将碳纤维布裁断。

为了更好地实现碳纤维布与隧洞内壁39牢固贴合，还设置有一压实气管30，压实气管30的入口端与气泵18连接，通过从出口端输出的高压气体将碳纤维布压实在隧洞内壁39上。输气软管7和压实气管30均可以收纳在空心内管11与空心外管10中。

本发明的原理为：

以某隧洞为例，该隧洞全长300米，隧址周边环境复杂，所处地层为砂岩地层，地下水渗透作用明显。采用整体灌注混凝土衬砌，内壁轮廓为单心圆。隧洞在使用过程中出现衬砌开裂的现象，渗水流量增加，地下水侵蚀破坏衬砌体。经勘察，隧洞衬砌裂纹以环向为主，裂纹宽度在0.2mm左右，裂纹发育较为稳定。针对此情况，采用碳纤维增强复合材料对隧洞衬砌进行局部修复加固是优选方法。现利用本发明隧洞衬砌结构修复加固施工设备对隧洞衬砌内壁进行局部修复与加固补强。

在施工现场,先对混凝土基层进行打磨平滑，除去混凝土表面风化层，对局部裂纹较大处刮找平胶修复平整，并将隧洞内清理干净，散去灰尘，以便碳纤维布粘贴。准备工作完毕后，将环氧树脂胶按比例在干净的容器中调和拌均匀，注入注射筒1。将碳纤维布卷2套于卷筒支架3上，并拉出一段碳纤维布从两个输布滚筒4和两个毛刷辊之间穿出至合适位置。将施工设备安置于隧洞中，根据隧洞直径，调整支撑臂6长度，并开动升降装置16调节升降平台17的高度，使环向施工装置运行轨迹与隧洞内壁39轮廓贴合。

如图9所示，施工设备开进至待加固施工区域，控制装置36开启气泵18，恒压气体进入注射筒1内并压迫活塞20，环氧树脂胶分别经过出胶硬管21和出胶软管22到达固定毛刷辊40和活动毛刷辊5处。旋转电机24开动，调整活动毛刷辊5方向使其朝向待加固内壁，活动低速电机25开启，活动毛刷辊5滚动出胶。此时由驱动装置27驱动支撑臂6转动，环氧树脂胶均匀涂抹于隧洞内壁39，完成涂刷底胶一圈后，支撑臂6暂停转动，完成底胶涂刷工序。

然后由旋转电机24调整活动毛刷辊5方向使其与碳纤维布垂直，输布电机28开动，输布输布滚筒4开始滚动，带动碳纤维布卷2出布，同时固定低速电机26和活动低速电机25开启，环氧树脂胶通过固定毛刷辊40和活动毛刷辊5均匀涂覆在碳纤维布上，充分浸润碳纤维布。支撑臂6继续转动，浸润后的碳纤维布在导向板29引导下与隧洞内壁39贴合，并在压实气管30的气流压力作用下牢牢粘贴于隧洞内壁39，如此粘贴完整一圈碳纤维布后，支撑臂6暂停转动，输布电机28、固定低速电机26和活动低速电机25均停止工作，截断电机32启动，带动刀架33沿截断轨道34移动，刀片35将碳纤维布截断，完成粘贴碳纤维布工序。

然后再按照底胶涂刷过程，涂刷一层面胶，完成涂刷面胶工序。暂停环向施工装置，控制装置36激活行走装置37，设备步进一个步长，到达下一待加固位置。重复上述动作，直至目标加固施工区域均完成碳纤维布粘贴过程。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。