隧道二衬混凝土浇筑控制系统及控制方法与流程

本发明涉及一种控制系统，更具体的说涉及隧道二衬混凝土浇筑控制系统及控制方法，属于隧道衬砌施工技术领域。

背景技术：

目前，随着我国高铁的飞速发展，隧道越来越多；随着隧道衬砌质量及标准化施工要求不断提高，隧道衬砌混凝土质量要求越来越高。

传统的隧道衬砌工艺中，混凝土浇筑前二衬台车钢模板直接与上板混凝土搭接，且无相关顶压力控制，很容易将搭接混凝土顶裂，造成施工缝处掉块；浇筑过程，地泵将混凝土泵送至二衬台车每个进料口，并在进料口使用手持式振捣棒进行振捣，在浇筑拱顶时采用电动附着式振捣器振捣，但是，由于二衬拱顶钢筋密集，拱顶混凝土人工无法振捣，且振捣器频率不足、振捣半径小，因此无法保证拱顶混凝土是否密实、饱满，易导致隧道衬砌拱顶混凝土空洞、混凝土强度不足等质量问题；二衬拱顶冲顶过程，因混凝土施工不可视，传统的靠观察端头模板有没有漏浆，无法准确判断二衬拱顶混凝土是否打满，易导致隧道衬砌拱顶混凝土脱空；隧道衬砌拱顶质量问题，给后期列车运行造成极大的安全风险，因此传统的隧道衬砌工艺已经无法满足施工需求。如何避免隧道衬砌拱顶混凝土掉块、空洞等质量缺陷，确保后期隧道运营安全，成为目前亟需解决的问题。

目前现有隧道二衬混凝土浇筑中，都是通过简单人眼观测，工人手持振捣，附着式振捣也是通过人工电源开关控制，凭借打泵人员或二衬施工人员的经验来判别，二衬拱顶混凝土是否打满，混凝土是否密实，有无空洞。主要存在的问题：1、容易导致隧道拱顶二衬混凝土因多种原由造成脱空。2、容易导致隧道台车顶裂上板二衬端头。3、容易因振捣不到位导致隧道衬砌拱顶混凝土强度不均匀、蜂窝麻面、不密实、冷缝等。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有的隧道二衬混凝土振捣存在的上述问题，提供隧道二衬混凝土浇筑控制系统及控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：隧道二衬混凝土浇筑控制系统，其中隧道二衬混凝土浇筑系统包括三维激光扫描仪、流量传感器、温度传感器、压力可视化软搭接装置、高频气动振捣器、自动插入式振捣装置、压力感应片和气体压缩机，所述的流量传感器安装在混凝土主输送泵管上，所述温度传感器安装在隧道二衬台车钢模板的背面上，所述的压力可视化软搭接装置包括橡胶板，所述的橡胶板加装在二衬台车靠近上一板二衬搭接板底部，橡胶板上安装有压力感应芯片，高频气动振捣器通过分流管与气体压缩机的主气管路连接，所述的分流管上设置有气动开关电磁阀，所述的自动插入式振捣装置包括钢机架、气动顶升器、顶升滑道和高频振捣棒，所述钢机架安装在隧道二衬台车钢模板的背面上，所述的气动顶升器安装在钢机架底部中心，所述的顶升滑道包括滑道钢板和设置在钢机架两内侧的安装滑槽，所述的滑道钢板与顶升滑槽滑动连接，所述的气动顶升器与气体压缩机连接，所述高频振捣棒底端固定在滑道钢板上，气动顶升器的顶升气缸柱顶部与滑道钢板连接，高频振捣棒上部插置在二衬台车钢模板中，高频振捣棒顶部与二衬台车钢模板表面平齐，所述的压力感应片安装在二衬台车拱顶，本控制系统包括台车软搭接控制模块、通信模块、plc控制分析模块、报警模块、气动振捣控制模块、插入式振捣控制模块、温度模块和压力模块，所述的台车软搭接控制模块、报警模块，气动振捣控制模块，插入式振捣控制模块、通信模块、温度模块、压力模块均与plc控制分析模块连接，所述的气动振捣控制模块用于设置气动真到时间和振捣顺序并将其发送给plc控制分析模块，发出启动信号给plc控制分析模块；所述的插入式振捣控制模块用于设置插入式振捣时间和振捣深度并将其发送给plc控制分析模块，发出启动信号给plc控制分析模块，发出振捣信号给plc控制分析模块；所述的台车软搭接控制模块用于中设置上一板二衬混凝土最大可承受压力值；所述的温度模块用于设置二衬混凝土标准入模温度值；所述的压力模块压力模块用于根据二衬混凝土浇筑厚度和混凝土密度计算出混凝土标准压力值；所述的报警模块用于接收plc控制分析模块发送的报警指令并发出报警信号；所述的plc控制分析模块用于接收气动振捣控制模块、台车软搭接控制模块、插入式振捣控制模块、温度模块和压力模块发送的指令，发送控制指令给通信模块，发送报警指令给报警模块；所述的通信模块用于传送plc控制分析模块发送的指令信号，并将接收的信号发送给plc控制分析模块。

隧道二衬混凝土浇筑控制方法，包括下面的内容：s1、气动振捣控制模块设置气动振捣时间和振捣顺序并将其发送给plc控制分析模块，当混凝土浇筑至高频气动振捣器位置时，气动振捣控制模块发出启动信号给plc控制分析模块，plc控制分析模块接收该指令并通过通信模块传送给气动开关电磁阀，气动开关电磁阀打开、高频气动振捣器进行振捣，当振捣时间到达设定时间时plc控制分析模块发出指令关闭气动开关电磁阀，高频气动振捣器停止振捣；s2、插入式振捣控制模块设置插入式振捣时间和振捣深度并将其发送给plc控制分析模块，当混凝土浇筑至高频振捣棒时，插入式振捣控制模块发出启动信号给plc控制分析模块，plc控制分析模块接收该指令并控制开启气体压缩机，气体压缩机推动气动顶升器使高频振捣棒上升、至高频振捣棒达到插入深度时停止，插入式振捣控制模块发出振捣信号给plc控制分析模块，plc控制分析模块接收该指令并通过通信模块发出指令控制高频振捣棒进行振捣，振捣时间到达设定时间时，plc控制分析模块发出指令停止高频振捣棒振捣，插入式振捣控制模块发出下降信号给plc控制分析模块，plc控制分析模块接收该指令并控制气体压缩机关闭，高频振捣棒下降复位；s3、三维激光扫描仪对初支断面进行全覆盖扫描计算出预估浇筑二衬混凝土方量并通过通信模块传输给plc控制分析模块，plc控制分析模块记录并存储该预估浇筑二衬混凝土方量值，流量传感器1实时采集混凝土流量数据并将其传输给plc控制分析模块，plc控制分析模块将预估浇筑二衬混凝土方量值与混凝土流量数据进行比较，当混凝土流量数据大于预估浇筑二衬混凝土方量值时plc控制分析模块发出指令给报警模块，报警模块发出报警信号，停止混凝土浇筑；

还包括下面的内容：台车软搭接控制模块中设置上一板二衬混凝土最大可承受压力值，在二衬台车搭接板底部的橡胶板与上一板混凝土搭接时，橡胶板上的压力感应芯片测得该搭接压力值并通过通信模块传输给plc控制分析模块，plc控制分析模块将该搭接压力值与一板二衬混凝土最大可承受压力值进行比较，当该该搭接压力值大于一板二衬混凝土最大可承受压力值时，plc控制分析模块发出指令给报警模块，报警模块发出报警信号，停止二衬台车液压杆顶伸。

还包括下面的内容：温度模块设置二衬混凝土标准入模温度值并将其发送给plc控制分析模块，当混凝土浇筑至温度感传感器时，温度传感器测得混凝土实际温度值并将其通过通信模块传输给plc控制分析模块，plc控制分析模块将该混凝土实际温度值与二衬混凝土标准入模温度值进行比较，当混凝土实际温度值大于二衬混凝土标准入模温度值时，plc控制分析模块发出指令给报警模块，报警模块发出报警信号，中止混凝土的浇筑。

还包括下面的内容：三维激光扫描仪扫描二衬混凝土浇筑厚度，压力模块根据二衬混凝土浇筑厚度和混凝土密度计算出混凝土标准压力值并将其发送给plc控制分析模块，当混凝土浇筑至拱顶部位时，压力感应片将测得的实际压力值通过通信模块传送给plc控制分析模块，plc控制分析模块将混凝土标准压力值与测得的实际压力值比较，当测得的实际压力值等于或大于混凝土标准压力值时，plc控制分析模块发出指令给报警模块，报警模块发出报警信号，中止混凝土的浇筑。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1、本发明实现了实现了隧道二衬拱顶内部自动化振捣、隧道二衬混凝土自动化浇注，使得二衬混凝土浇筑过程更加直观，数据可靠、科学；防止了二衬拱顶混凝土局部堵塞导致的脱空、不均匀、蜂窝麻面、不密实等问题。

2、本发明实现了二衬混凝土实际浇筑量正确监测，避免了拱顶无法打满导致的脱空问题。

3、本发明通过多种控制方法辅助保证了隧道二衬拱顶浇筑满、无空洞，解决了二衬混凝土端头顶裂问题，改善了混凝土相邻板接缝质量。

附图说明

图1是本发明结构框图。

图2是本发明中流量传感器布置图。

图3是本发明中温度传感器布置图。

图4是本发明中压力可视化软搭接装置结构示意图。

图5是本发明中高频气动振捣器布置图。

图6是本发明中压力感应片布置图。

图7是本发明中自动插入式振捣装置结构示意图。

图8是本发明中自动插入式振捣装置使用状态图。

图中，流量传感器1，混凝土主输送泵管2，二衬台车钢模板3，地泵4，温度传感器5，橡胶板６，搭接板７，压力感应芯片８，半圆形橡胶封端９，固定螺栓1０，高频气动振捣器１１，分流管12，气体压缩机１３，主气管路１４，气动开关电磁阀１５，压力感应片１６，钢机架1７，气动顶升器1８，顶升滑道1９，高频振捣棒２０，滑道钢板2１，橡胶密封圈2２，减震橡胶柱2３，顶升气缸柱２４。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

参见图2至图8，隧道二衬混凝土浇筑控制系统，其中隧道二衬混凝土浇筑系统包括三维激光扫描仪、流量传感器1、温度传感器５、压力可视化软搭接装置、高频气动振捣器１１、自动插入式振捣装置、压力感应片１６和气体压缩机１３。所述的流量传感器1安装在混凝土主输送泵管2上，所述温度传感器5安装在隧道二衬台车钢模板3的背面上，所述的压力可视化软搭接装置包括橡胶板６，所述的橡胶板６加装在二衬台车靠近上一板二衬搭接板７底部，橡胶板６上安装有压力感应芯片８。高频气动振捣器１１通过分流管12与气体压缩机１３的主气管路１４连接，所述的分流管12上设置有气动开关电磁阀１５。所述的自动插入式振捣装置包括钢机架1７、气动顶升器1８、顶升滑道1９和高频振捣棒２０，所述钢机架１７安装在隧道二衬台车钢模板３的背面上，所述的气动顶升器１８安装在钢机架１７底部中心，所述的顶升滑道１９包括滑道钢板2１和设置在钢机架１７两内侧的安装滑槽，所述的滑道钢板２１与顶升滑槽滑动连接，所述的气动顶升器１８与气体压缩机１３连接，所述高频振捣棒２０底端固定在滑道钢板２１上，气动顶升器１８的顶升气缸柱２４顶部与滑道钢板２１连接，高频振捣棒２０上部插置在二衬台车钢模板３中，高频振捣棒２０顶部与二衬台车钢模板３表面平齐。所述的压力感应片１６安装在二衬台车拱顶。

参见图1，本控制系统包括台车软搭接控制模块、通信模块、plc控制分析模块、报警模块、气动振捣控制模块、插入式振捣控制模块、温度模块和压力模块，所述的台车软搭接控制模块、报警模块，气动振捣控制模块，插入式振捣控制模块、通信模块、温度模块、压力模块均与plc控制分析模块连接，

所述的气动振捣控制模块用于设置气动真到时间和振捣顺序并将其发送给plc控制分析模块，发出启动信号给plc控制分析模块。

所述的插入式振捣控制模块用于设置插入式振捣时间和振捣深度并将其发送给plc控制分析模块，发出启动信号给plc控制分析模块，发出振捣信号给plc控制分析模块。

所述的台车软搭接控制模块用于中设置上一板二衬混凝土最大可承受压力值。

所述的温度模块用于设置二衬混凝土标准入模温度值。

所述的压力模块压力模块用于根据二衬混凝土浇筑厚度和混凝土密度计算出混凝土标准压力值。

所述的报警模块用于接收plc控制分析模块发送的报警指令并发出报警信号。

所述的plc控制分析模块用于接收气动振捣控制模块、台车软搭接控制模块、插入式振捣控制模块、温度模块和压力模块发送的指令，发送控制指令给通信模块，发送报警指令给报警模块。

所述的通信模块用于传送plc控制分析模块发送的指令信号，并将接收的信号发送给plc控制分析模块。

隧道二衬混凝土浇筑控制方法，其特征在于，包括下面的内容s1、s2和s3：

s1、气动振捣控制模块设置气动振捣时间和振捣顺序并将其发送给plc控制分析模块，当混凝土浇筑至高频气动振捣器１１位置时，气动振捣控制模块发出启动信号给plc控制分析模块，plc控制分析模块接收该指令并通过通信模块传送给气动开关电磁阀1５，气动开关电磁阀1５打开、高频气动振捣器１１进行振捣，当振捣时间到达设定时间时plc控制分析模块发出指令关闭气动开关电磁阀1５，高频气动振捣器１１停止振捣。

s2、插入式振捣控制模块设置插入式振捣时间和振捣深度并将其发送给plc控制分析模块，当混凝土浇筑至高频振捣棒２０时，插入式振捣控制模块发出启动信号给plc控制分析模块，plc控制分析模块接收该指令并控制开启气体压缩机１３，气体压缩机１３推动气动顶升器1８使高频振捣棒２０上升、至高频振捣棒２０达到插入深度时停止，插入式振捣控制模块发出振捣信号给plc控制分析模块，plc控制分析模块接收该指令并通过通信模块发出指令控制高频振捣棒２０进行振捣，振捣时间到达设定时间时，plc控制分析模块发出指令停止高频振捣棒２０振捣，插入式振捣控制模块发出下降信号给plc控制分析模块，plc控制分析模块接收该指令并控制气体压缩机１３关闭，高频振捣棒２０下降复位。

s3、三维激光扫描仪对初支断面进行全覆盖扫描计算出预估浇筑二衬混凝土方量并通过通信模块传输给plc控制分析模块，plc控制分析模块记录并存储该预估浇筑二衬混凝土方量值，流量传感器1实时采集混凝土流量数据并将其传输给plc控制分析模块，plc控制分析模块将预估浇筑二衬混凝土方量值与混凝土流量数据进行比较，当混凝土流量数据大于预估浇筑二衬混凝土方量值时plc控制分析模块发出指令给报警模块，报警模块发出报警信号，停止混凝土浇筑。

进一步的，本隧道二衬混凝土浇筑控制方法还包括下面的内容：台车软搭接控制模块中设置上一板二衬混凝土最大可承受压力值，在二衬台车搭接板７底部的橡胶板６与上一板混凝土搭接时，橡胶板６上的压力感应芯片８测得该搭接压力值并通过通信模块传输给plc控制分析模块，plc控制分析模块将该搭接压力值与一板二衬混凝土最大可承受压力值进行比较，当该该搭接压力值大于一板二衬混凝土最大可承受压力值时，plc控制分析模块发出指令给报警模块，报警模块发出报警信号，停止二衬台车液压杆顶伸。

进一步的，本隧道二衬混凝土浇筑控制方法还包括下面的内容：温度模块设置二衬混凝土标准入模温度值并将其发送给plc控制分析模块，当混凝土浇筑至温度感传感器５时，温度传感器５测得混凝土实际温度值并将其通过通信模块传输给plc控制分析模块，plc控制分析模块将该混凝土实际温度值与二衬混凝土标准入模温度值进行比较，当混凝土实际温度值大于二衬混凝土标准入模温度值时，plc控制分析模块发出指令给报警模块，报警模块发出报警信号，中止混凝土的浇筑。

进一步的，本隧道二衬混凝土浇筑控制方法还包括下面的内容：三维激光扫描仪扫描二衬混凝土浇筑厚度，压力模块根据二衬混凝土浇筑厚度和混凝土密度计算出混凝土标准压力值并将其发送给plc控制分析模块，当混凝土浇筑至拱顶部位时，压力感应片１６将测得的实际压力值通过通信模块传送给plc控制分析模块，plc控制分析模块将混凝土标准压力值与测得的实际压力值比较，当测得的实际压力值等于或大于混凝土标准压力值时，plc控制分析模块发出指令给报警模块，报警模块发出报警信号，中止混凝土的浇筑。

参见图1，本隧道二衬混凝土浇筑控制系统及控制方法实现了二衬混凝土浇筑自动化，使得二衬混凝土浇筑过程更加直观，数据可靠、科学；实现了隧道二衬拱顶内部自动化振捣，防止了二衬拱顶混凝土局部堵塞导致的脱空、不均匀、蜂窝麻面、不密实等问题。并通过多种控制方法辅助保证了隧道二衬拱顶浇筑满、无空洞，解决了二衬混凝土端头顶裂问题，改善了混凝土相邻板接缝质量。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。