一种钢壳混凝土的定位浇筑装置的制作方法

本实用新型涉及土木工程装备技术领域，具体涉及一种钢壳混凝土的定位浇筑装置。

背景技术：

深中通道是连接珠江两岸的战略性跨江通道，是集超宽海底隧道、超大跨桥梁、深水人工岛、水下互通"四位"一体的集群工程，规模空前、建设条件异常复杂、综合技术难度再上新高，是继港珠澳大桥之后，我国又一项世界级重大跨海交通工程。

深中通道将采用“三明治”结构钢壳混凝土沉管（以下简称钢壳混凝土沉管），其总长5035m、拟划分为33个节段（26m×165m+6m×123m+7m），标准横断面尺寸46.0m×10.6m，钢壳管节总重约37万吨，混凝土约90万m³。

钢壳混凝土沉管作为一种新型的跨海隧道结构，具有如下普通钢筋混凝土沉管不可比拟的优点：具有优良的防水性能，不存在因混凝土开裂引起渗、漏水问题；结构断面尺寸小，结构工程量、基槽和航道开挖量小；结构承载力强、整体性好，对地基适应能力强；混凝土可浮态浇筑，无需庞大的干坞结构，临时设施简单、规模小；钢壳可提前加工，与混凝土施工形成流水作业，且无需模板、钢筋等施工环节，工艺简单、施工高效、进度快。

深中通道钢壳沉管具有结构复杂、尺寸大的特点，要实现自密实混凝土免振捣、自填充，以及与钢壳长期协同受力，面临关键技术难题如下：

（1）钢壳沉管混凝土具有大断面、免振捣、自填充的特点，若混凝土流动性不足，则混凝土很难完全填充钢壳，形成局部空洞；若粘聚性不足，流动性稍大，则容易造成浆骨分离，同时，浇筑速率过快，混凝土中气泡未能及时排出，容易在表面聚集，在钢壳与混凝土结合面形成大面积气孔和蜂窝麻面。

（2）自密实混凝土水胶比低、胶凝材料用量高，容易导致混凝土早期收缩大，容易造成钢壳与混凝土脱空现象。

（3）浮态浇筑工艺可能导致混凝土分层，造成浮浆或浆骨分离等现象；高温天气下，浇筑间隔期间容易发生假凝现象。

（4）混凝土钢壳隔舱数量繁多，浇筑混凝土高度重复性和一致性的人工施工，会导致疏忽麻痹，合格率得不到保证。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种钢壳混凝土的定位浇筑装置，操作简便，可靠性高，单人操作即可，自动、手动功能兼具，依靠plc程序设定，实现了自动往返接料，行走定位精度在3cm误差以内，降低了人力、材料等产品生产成本。同时，程序化的控制混凝土灌注速率，使得混凝土灌注过程掺入的气泡数量可控，气泡排出也更充分，大大降低了钢壳混凝土的脱空风险，保障了工程质量。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种钢壳混凝土的定位浇筑装置，包括台车、浇筑料斗、钢轨道。台车架设在纵向钢轨道上方，浇筑料斗架设在台车顶部横向轨道上方。

其中，台车包括台车框架、控制机箱、双向轮、变频器和电机，控制机箱设置在台车框架支腿上，支腿底部设置四个双向轮，左侧两个双向轮内侧设置减速变频器，变频器线路与电机连通，台车框架顶部横梁铺设横向轨道。

浇筑料斗包括料斗、控制机箱、双向轮、变频器、下料阀和电机，料斗下端设置四个双向轮，左侧两个双向轮内侧设置变频器，减速变频器线路与电机连通，料斗下端的出口连接下料阀，下料阀下方设置出料口。

进一步地，所述的纵向钢轨道上设置1个以上的行程感应装置。

进一步地，所述的纵向钢轨道两端设有的轨道限位器。

进一步地，所述浇筑料斗其控制系统集成电路设置在浇筑料斗的控制机箱内。

进一步地，所述台车的台车横梁的一侧设置有扶手护栏，以焊接的方式连接。

进一步地，所述台车的台车支腿上设置有爬梯。

进一步地，所述纵向钢轨道和横向轨道，其轨道选用v型滚轮导轨。

进一步地，所述浇筑料斗和台车，其双向轮采用v型滚轮。

按照上述技术方案，依靠plc程序设定，双向轮可以自行走至指定位置。

按照上述技术方案，具备多个行程感应装置，可以往返于多个设定的浇筑位置。

按照上述技术方案，电机转动时，通过变频器的频率调节，可以调整浇筑料斗支腿底部双向轮的行走速度。

按照上述技术方案，电机转动时，通过变频器的频率调节，可以调整台车支腿底部双向轮的行走速度。

按照上述技术方案，下料阀可按设定程序自行打开或关闭，并控制下料阀阀门大小。

按照上述技术方案，浇筑料斗其控制系统集成在台车框架的控制机箱内。

按照上述技术方案，台车其控制系统集成在台车框架的控制机箱内。

采用以上所述的钢壳混凝土的浇筑系统的灌注方法，包括以下步骤：

1）将台车架设在纵向轨道上；

2）将浇筑料斗拼装后架设在台车顶部的横向轨道上，连接好相关电路；

3）对台车和浇筑料斗的设备运转功能系统进行检测；

4）通过对控制机箱plc程序设定，台车和浇筑料斗自动纵、横行走至设定的装料处；

5）将混凝土泵送装入至浇筑料斗中；

6）通过对控制机箱plc程序设定，台车和浇筑料斗自动纵、横行走至设定的浇筑点进行浇筑；

7）自动打开下料阀，控制出料口大小，使混凝土灌注至钢壳内部；

8）混凝土灌注满钢壳后，自动关闭下料阀，停止混凝土灌注。

9）通过对控制机箱plc程序设定，台车和浇筑料斗自动纵、横行走回归至设定的装料处。

10）等待装料并准备浇筑下一个隔舱。

按照上述技术方案，所述的步骤4）、步骤6）、步骤9）中，对控制机箱plc程序设定后，可以指定台车和浇筑料斗的行走距离、行走时间、行走速度，定位精准，可控制在3cm误差以内。

按照上述技术方案，所述的步骤7）中，依靠plc程序设定，控制下料阀阀门大小，根据下料阀阀门大小进而确定混凝土的通过量，使钢壳混凝土灌注速率为：混凝土从钢壳底部灌注至钢壳中部时的灌注速度为25m³/h~35m³/h，混凝土从钢壳中部灌注至距离钢壳顶部15cm~25cm时灌注速度为15m³/h~25m³/h，混凝土从距离钢壳顶部15cm~25cm至钢壳灌满时的灌注速度为5m³/h~10m³/h。

按照上述技术方案，所述灌注的混凝土为自密实混凝土。

本实用新型具有以下有益效果：

本系统及方法的应用，程序智能化操作简便，可靠性高，单人操作即可，自动、手动功能兼具，依靠plc程序设定，实现了自动往返接料，行走定位精度在3cm误差以内，降低了人力、材料等产品生产成本。同时，程序化的控制混凝土灌注速率，使得混凝土灌注过程掺入的气泡数量可控，气泡排出也更充分，解决了钢壳面层混凝土的局部空洞、大面积气孔和蜂窝麻面富集难题，避免了结构缺陷，保障了工程质量，尤其适用于大型钢壳结构的混凝土灌注施工。

附图说明

图1是本实用新型实施例中钢壳混凝土的定位浇筑装置的结构示意图；

图中，1-浇筑料斗，101-料斗，102-下料阀，2-台车，201-横向轨道，202-台车横梁，203-台车支腿，3-纵向钢轨道，4-控制机箱，5-电机，6-双向轮，7-减速变频器，8-出料口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

参照图1所示，本实用新型提供的一个实施例中的钢壳混凝土的定位浇筑装置，浇筑料斗1、包括台车2、纵向钢轨道3。台车2架设在纵向钢轨8道上方，浇筑料斗1架设在台车2顶部横向轨道201上方；

其中，台车2包括台车框架（含台车横梁202和台车支腿203）、控制机箱4、双向轮6、减速变频器7和电机5，控制机箱4设置在台车框架支腿203上，支腿203底部设置四个双向轮6，左侧两个双向轮6内侧设置减速变频器7，减速变频器7线路与电机5连通，台车框架顶部横梁202上铺设横向轨道201；

浇筑料斗1包括料斗101、控制机箱4、双向轮6、减速变频器7、下料阀102和电机5，料斗1下端设置四个双向轮6，左侧两个双向轮6内侧设置减速变频器7，减速变频器7线路与电机5连通，料斗101下端的出口连接下料阀102，下料阀102下方设置出料口8；

进一步地，依靠plc程序设定，双向轮6可以自行走至指定位置。

进一步地，具备多个行程感应装置，可以往返于多个设定的浇筑位置。

进一步地，电机5转动时，通过减速变频器7的频率调节，可以调整浇筑料斗1的支腿203底部双向轮6的行走速度。

进一步地，电机5转动时，通过减速变频器7的频率调节，可以调整台车2的支腿203底部双向轮6的行走速度。

进一步地，下料阀102可按设定程序自行打开或关闭，并控制下料阀102的阀门大小。

进一步地，浇筑料斗1其控制系统集成在台车2的台车框架控制机箱4内。

进一步地，台车2其控制系统集成在台车2的台车框架控制机箱4内。

进一步地，台车2和浇筑料斗1的结构构造为角钢、钢管和钢板。

进一步地，台车2外形尺寸为18m*3m*2.5m，料斗101的尺寸为2.4m*2.4m*2.1m，体积约9m³。

进一步地，电机5设计功率为11kw（变频调速），混凝土输送量为3m³/h-40m³/h。

采用以上所述的钢壳混凝土的可智能定位浇筑系统的灌注方法，包括以下步骤：

1）将台车2架设在纵向轨道8上；

2）将浇筑料斗1拼装后架设在台车2顶部的横向轨道201上，连接好相关电路；

3）对台车2和浇筑料斗1的设备运转功能系统进行检测；

4）通过对控制机箱4的plc程序设定，台车2和浇筑料斗1自动纵、横行走至指定的装料处；

5）将混凝土泵送装入至浇筑料斗1的料斗101中；

6）通过对控制机箱4的plc程序设定，智能定位台车2和浇筑料斗1自动纵、横行走至指定的浇筑点进行浇筑；

7）自动打开下料阀102，使混凝土灌注至钢壳内部；

8）混凝土灌注满钢壳后，自动关闭下料阀102，停止混凝土灌注；

9）通过对控制机箱4的plc程序设定，智能定位台车2和浇筑料斗1自动纵、横行走回归至指定的装料处；

10）等待装料并准备浇筑下一个隔舱。

进一步地，所述步骤10）之后，还包括以下步骤：

11)24h后拆模观察浇筑效果，浇筑外观达到预期效果，高性能自密实混凝土填充密实，混凝土表面无结构性缺陷。

进一步地，所述的步骤4）、步骤6）、步骤9）中，通过控制机箱4的plc程序，可以设定台车2和浇筑料斗1的行走距离、行走时间、行走速度，定位精准，可控制在3cm误差以内。

进一步地，所述的步骤7）中，依靠plc程序设定，控制下料阀102的阀门大小，根据下料阀102阀门大小进而确定混凝土的通过量，使钢壳混凝土的灌注速率为：混凝土从钢壳底部灌注至钢壳中部时的灌注速度为25m³/h~35m³/h，混凝土从钢壳中部灌注至距离钢壳顶部15cm~25cm时灌注速度为15m³/h~25m³/h，混凝土从距离钢壳顶部15cm~25cm至钢壳灌满时的灌注速度为5m³/h~10m³/h。

进一步地，在所述步骤7）中，混凝土灌注过程中严格控制灌注速度，灌注速度过快严重影响混凝土的填充效果及气泡的排除，灌注速度过慢严重影响浇筑的工效，为了有效控制灌注速度，采用泵机将混凝土泵送装入浇筑料斗1的料斗101中，通过料斗101缓存及下料阀102对放料速度的控制，混凝土的灌注速率具体如下：灌注壳体底面时控制灌注速度在25m³/h~35m³/h，灌注壳体的中间部分时控制灌注速度在15m³/h~25m³/h，直至灌注离顶面20cm时控制灌注速度在5m³/h~10m³/h。

进一步地，灌注的混凝土为自密实混凝土，充分发挥自密实混凝土的高流动性、抗离析、低热以及高体积稳定等优良工作性能，保证钢壳混凝土的填充密实。高性能自密实混凝土的制备，需要采用自主研发的复合型碱水剂，根据环境温度、原材料波动范围等，调整其配合比，使自密实混凝土性能满足表1相关指标：

表1自密实混凝土性能指标

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。