一种衬砌台车模板自动调整系统的制作方法

本实用新型涉及隧道施工技术领域，具体来说，涉及一种衬砌台车模板自动调整系统。

背景技术：

二次衬砌是隧道重要的结构，它的施工质量直接影响到隧道运营安全和外观质量，施工效率、使用人员数量直接影响经济效益。

二次衬砌施工过程中，模板台车是隧道施工过程中不可或缺的非标产品，主要有简易模板台车、自行式整体液压模板台车和网架式模板台车，其中以自行式整体液压模板台车为主。自行式整体液压模板台车一般设计为整体钢模板、液压油缸脱立模，丝杆支撑，电动减速机自动行走或油缸步进式自动行走。在浇筑砼前，需要精确调整模板台车的姿态。目前，调整模板台车姿态主要采用两种方式:

调整模板台车姿态的现有技术一：由测量技术人员使用全站仪等仪器在隧道中放样出隧道中线、高程控制线或高程控制点，并根据设计二衬拱顶高程计算台车拱顶与测量放样的高程控制线或高程控制点的设计高差；然后由模板台车姿态调整的作业人员依所放样出的隧道中线、高程控制线或高程控制点为参考标准来调整台车的姿态。调整的方法是：将垂球置于预先标记好的衬砌台车中心位置，依靠垂球提供的垂线，调整台车平移油缸，使预先标记好的衬砌台车中心位置与测量放样的中心线重合；由模板台车姿态调整的作业人员用钢尺量取台车拱顶至所放样的高程控制线或高程控制点的实测高差，通过调整台车升降油缸使实测高差与设计高差一致；通过调整边模油缸（侧油缸），使边模底部实际宽度与设计宽度一致，然后人工扳动侧向支撑丝杆，使之达到侧油缸支撑位置并旋紧；再由测量技术人员使用全站仪等仪器复核台车中心、拱顶高度、边模底部实际宽度是否符合要求，甚至是进行断面尺寸的复核。测量、调整主要是针对台车前进方向一端，另一端一般只需要将台车模板压紧前一循环砼即可。该技术存在功效低、精度低、成本高等缺陷。

功效低主要表现在台车调整时需要测量技术人员与台车姿态调整工人的紧密配合。第一步，测量技术人员需用全站仪等仪器在隧道中放样出隧道中线和高程控制线或高程控制点。第二步，台车姿态调整工人依所放样的隧道中线、高程控制线或高程控制点按上述方法手工操作各种油缸调整台车姿态，在调整油缸时，很难一次调整油缸使台车就位，需要重复多次调整油缸，直至姿态合格。第三步，测量技术人员复核台车中心、拱顶高度、边模底部实际宽度、断面尺寸等。以此技术调整台车，调整一次一般耗时1-2小时。

精度低主要是受垂球铅垂线与放样的隧道中线的对中误差、钢尺量取台车拱顶高差和边模底部边缘到铅垂线的平距的误差、隧道中线和高程控制线或控制点的放样误差，以及手工控制液压油缸来调整台车姿态导至难于将姿态调整到设计位置的误差，以上误差综合影响台车实际中线与设计中线的偏差能达10mm以上，拱顶模板高程偏差能达5mm以上。

成本高除了上述功效低带来的时间成本外，还包括较高的人工成本。该调整技术需要最少包括2名测量技术人员、3名台车姿态调整工人。

调整模板台车姿态的现有技术二：专利ZL 2012 1 0232498.5（发明名称：一种隧道衬砌台车定位系统）还提供了另一种隧道衬砌台车定位系统。该发明采用激光测距和基于图像处理的平面定位相结合的方法实现台车模板的空间定位。在隧道内已知点作为控制点，架设激光测距仪和高分辨率长焦数字相机，在台车模板上固定点光源作为相机成像目标，在台车上固定反光片作为激光测距仪的激光反射靶，激光测距仪的测量数据和相机的成像信息传入工控机进行分析和处理，得到台车模板当前位置相对于隧道设计位置的偏移量，该偏移数据通过无线模块发送到定位测量控制终端上显示并通过调节电磁液压阀来实现台车的定位。该系统研发的目标是实现模板的自动定位，即通过自动控制液压系统将工控机发送来的偏移数据直接作为控制量，操作人员仅仅通过定位测量控制终端发送测量工作的启动命令，整个测量、 分析、液控、定位、误差校核等工作全部自动完成。

该发明虽然在一定程度上实现了自动化、提高施工效率，但仍然存在如下两个主要技术缺陷：一是通过点光源在数字相机上的成像来测量这些光源的空间坐标，精度较低，难于满足二衬台车姿态定位的精度要求。二是当数字相机上置于台车衬砌前进方向的后方时，点光源需设置于台车衬砌前进方向的后端，不能测定台车前端姿态；当数字相机上置于台车衬砌前进方向的前方时，由于受隧道施工干绕、围岩变形等影响，数字相机无法做到固定在某处，在调整台车前需要临时安置、定向数字相机，而数字相机的安置、定向，较全站仪设站更为复杂，功效低；三是该方法未能实时计算台车模板当前位置相对于隧道设计位置的偏移量。据了解，目前市场上该技术并未推广，该方法实用推广性较差。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种衬砌台车模板自动调整系统，能够解决上述技术问题。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种衬砌台车模板自动调整系统，包括模板，模板内侧设有台车，模板包括顶模和边模，台车的侧面与边模之间连接有若干侧向伸缩支撑装置，台车的顶面与顶模或顶模托架之间连接有若干竖向伸缩支撑装置，台车的顶面上连接有平移伸缩装置，所述侧向伸缩支撑装置、竖向伸缩支撑装置、平移伸缩装置均与控制系统连接。

本实用新型的有益效果：通过智能化的伸缩支撑装置代替传统液压油缸，并通过控制系统控制智能化的伸缩支撑装置，能够实现隧道衬砌台车的自动化，提高施工效率，节约人工成本,避免人为因素的干扰，保证隧道二次衬砌施工质量，提高施工进度,功效高、精度高、成本低、实用性强，推广范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中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实用新型的一些实施例，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是根据本实用新型实施例的一种衬砌台车模板自动调整系统的结构示意图。

图2是根据本实用新型实施例的一种衬砌台车模板自动调整方法的控制系统的第一种计算方法示意图。

图3是根据本实用新型实施例的一种衬砌台车模板自动调整方法的控制系统的第二种计算方法示意图。

图中：1.模板；2.台车；3.模板轮廓；4.侧向伸缩支撑装置；5.竖向伸缩支撑装置；6.平移伸缩装置；7.模板测量标志；8.支撑测量标志；9.顶模托架。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-3所示，根据本实用新型实施例的一种衬砌台车模板自动调整系统，包括模板1，模板1内侧设有台车2，模板1包括顶模和边模，台车2的侧面与边模之间连接有若干侧向伸缩支撑装置4，台车2的顶面与顶模或顶模托架9之间连接有若干竖向伸缩支撑装置5，台车2的顶面上连接有平移伸缩装置6，侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6均与控制系统连接。

侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6分别可以依给定的调整量或实际行程的数值带动模板1进行放大或缩小、升降、平移，将模板1调整到设计位置。

调整的方法是通过控制系统的计算与执行实现的。

控制系统的计算方法主要通过两种方式计算侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6的调整量或实际行程。

第一种方法为：在控制系统中输入工程的平曲线、纵坡参数和模板轮廓3曲线或与轮廓线偏离某固定值的轮廓曲线, 一般是在控制系统里提前输好平曲线、纵坡参数、模板轮廓3曲线或与轮廓线偏离某固定值的轮廓曲线，在模板1上或与模板1距离固定的位置上布置模板测量标志7,这些模板测量标志7与模板轮廓3线的距离D0已知，D0通过设置标志后可用直尺等方法测量得知。模板测量标志7一般设置3个或3个以上，对应侧向伸缩支撑装置4的模板测量标志7一般安装在侧向伸缩支撑装置4的端头附近且与模板1相对距离固定的部位（即D0已知），对应平移伸缩支撑装置和竖向伸缩支撑装置5的模板测量标志7，可设于模板1拱部中心附近固定位置（即D0已知），数量为1个；也可设于竖向可伸缩支撑装置上方附近且与模板1相对距离固定（即D0已知）的部位，两个竖向可伸缩支撑装置各设置1个模板测量标志7。在模板1姿态调整过程中测量各模板测量标志7的三维坐标值,然后根据各自平面坐标值反算模板测量标志7的里程值以及与设计线路的横向偏距,进而计算模板测量标志7与设计路面(如铁路轨面、公路路面等)的高差，并依算得的横向偏距、与设计路面的高差以及模板轮廓3线,可推算出各模板测量标志7与设计位置的偏差,这些偏差分别对应为侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6所需调整量。然后将计算所得调整量或实际行程输入或传入相应侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6,驱动侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6带动模板1至设计位置。

具体计算方法为：以设计线路中线或隧道中线与对应的设计路面(如铁路轨面、公路路面等)交点为原点O，建立断面独立坐标系，如图2所示，根据计算得到的模板测量标志7与设计线路的横向偏距以及与设计路面(如铁路轨面、公路路面等)的高差即分别为X、Y坐标分量，用P(Xp,Yp)表示。

当模板测量标志7的坐标P对应的模板1为圆曲线时，对应的圆心O坐标为O(XO,YO)，从而可计算出P、O的距离Di，可见侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6对应的调整量s应为：

s=R-D0-Di

其中：R为模板测量标志7对应模板1设计半径；

D0为模板测量标志7到模板1的距离，为已知固定值。

Di为实时测量得到的模板测量标志7P与对应圆心O的距离。

s的正负值代表可伸缩支撑装置伸缩方向。

当模板测量标志7的坐标P对应的模板1为直线时，该直线的两个端点P1、P2的坐标则可从设计轮廓图中查得，从而可以计算出P与直线P1-P2的距离s以及位于P1-P2的哪一侧。s即为侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6的调整量，P在P1-P2的哪一侧代表侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6伸缩方向。

第二种方式是: 在控制系统中输入工程的平曲线、纵坡参数,在台车2门架上或与侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6相对位置固定的部位设支撑装置测量标志。将侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6安装在特定位置后并设支撑装置测量标志，在该特定位置处对应有设定的侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6的行程L0以使模板1处于设计位置，此时该侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6对应的支撑装置测量标志相对于隧道中线的偏距、与设计路面(如铁路轨面、公路路面等)的高差也有理论固定值Dy0、Dh0。模板1姿态调整时，根据平曲线、纵坡参数以及侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6或与侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6固定的支撑装置测量标志,可计算得到对应侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6与特定位置的偏差值dL，实际上此偏差值即是支撑装置测量标志理论位置Dy0或/和Dh0的偏差值，平移可伸缩支撑装置、侧向伸缩支撑装置4调整量一般计算Dy偏差即可，竖向可伸缩支撑装置一般计算Dh偏差，这些对应各可伸缩装置的偏差值dL即为侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6的调整量,可以此调整量或以之对上述特定的侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6行程L0修正得到实际行程,输入或传入到对应侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6,驱动侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6带动模板1至设计位置。

具体计算方法为：平移伸缩支撑装置、侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5，在安装时都有自己的理论行程L0以使模板1处于设计位置。按上述第一种方式建立断面独立坐标系，此时平移伸缩支撑装置、侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5均对应有各自的与设计线路的横向偏距Dy0以及与设计路面(如铁路轨面、公路路面等)的高差Dh0。用Dy0与Dy的偏差值、Dh与Dh0的偏差值对各平移伸缩支撑装置、侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5的L0进行修正，将模板1调整至设计位置，其中平移伸缩支撑装置、侧向伸缩支撑装置4使用Dy0与Dy的偏差值、竖向伸缩支撑装置5使用Dh与Dh0的偏差值进行修正。

其中，模板测量标志7一般设置至少3个，对应侧向伸缩支撑装置4的模板测量标志7设置在侧向伸缩支撑装置4的端头附近且与模板1相对距离固定的部位；对应平移伸缩支撑装置和竖向伸缩支撑装置5的模板测量标志7，设于模板1拱部中心附近，数量各为1个，或设于竖向伸缩支撑装置5上方附近且与模板1相对距离固定的部位，两个竖向伸缩支撑装置5各设置1个模板测量标志7。

模板测量标志7和支撑测量标志8可采用反射片粘贴或其他棱镜等标志代替。

用数字油缸等智能化的伸缩支撑装置代替传统液压油缸，并编制软件控制数字油缸伸缩量。编制控制系统软件,系统软件应具有输入或读取平曲线、纵坡参数的功能,当采用第一种方式来计算修正值或实际行程时,还应有输入或读取模板轮廓线的功能。此外,还必须具备依第一种方式或第二种方式或两者结合来计算可伸缩支撑装置调整量或实际行程的功能,依调整量或实际行程来控制侧向伸缩支撑装置4、竖向伸缩支撑装置5、平移伸缩装置6带动模板1运动的功能。控制指令可采用无线传输的方式以达到较佳的效果。

综上，借助于本实用新型的上述技术方案，通过控制系统与侧向伸缩支撑装置、竖向伸缩支撑装置、平移伸缩装置的配合，能够实现隧道衬砌台车的自动化，提高施工效率，节约人工成本，避免人为因素的干扰，保证隧道二次衬砌施工质量，提高施工进度，实现功效高、精度高、成本低、实用性强，推广范围广。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。