隧道二衬混凝土浇筑系统的制作方法

本发明涉及一种混凝土浇筑系统，更具体的说涉及隧道二衬混凝土浇筑系统，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。

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浇筑存在的上述问题，提供隧道二衬混凝土浇筑系统。

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系统，包括流量监测装置、入模温度监测装置、压力可视化软搭接装置、多个高频气动振捣器、气体压缩机和电控箱，所述的流量监测装置包括三维激光扫描仪和流量传感器，所述的流量传感器安装在混凝土主输送泵管上，三维激光扫描仪、流量传感器计均与电控箱连接，所述的入模温度监测装置包括温度传感器，所述温度传感器安装在隧道二衬台车钢模板的背面上，温度传感器与电控箱连接，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，所述的橡胶板与二衬台车钢模板在环向上弧长一致，橡胶板上安装有压力感应芯片，所述的压力感应芯片与电控箱连接，所述的多个高频气动振捣器布置在二衬台车钢模板的背面上，多个高频气动振捣器分别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，所述的气体压缩机和电控箱连接。

所述的橡胶板靠近上一板二衬端设置有半圆形橡胶封端，所述的压力感应芯片为多个，相邻压力感应芯片环向间距为1m。

所述的高频气动振捣器沿纵向在相邻两个边墙进料口之间呈梅花型布置。

所述的高频气动振捣器布置在二衬台车钢模板的背面两侧，单侧环向三排，第一排高频气动振捣器位于仰拱与二衬纵向施工缝上1.5m处，相邻高频气动振捣器环向间距2m。

还包括有多个自动插入式振捣装置，所述的多个自动插入式振捣装置设置在隧道二衬台车钢模板的背面上，多个自动插入式振捣装置均与气体压缩机连接。

所述的自动插入式振捣装置沿纵向布置在二衬台车拱顶及拱部两侧，布置在二衬台车拱顶的自动插入式振捣装置分别布置在二衬台车钢模板端头与拱顶进料口之间及相邻拱顶进料口之间，布置在二衬台车拱部两侧的自动插入式振捣装置分别布置在环向上距拱顶进料口为1.8m位置处。

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，所述的滑道钢板包括上层钢板和下层钢板，所述高频振捣棒底端固定在滑道钢板上层钢板上，气动顶升器的顶升气缸柱顶部与滑道钢板下层钢板连接，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，所述的二衬台车钢模板与高频振捣棒之间加装有橡胶密封圈，且橡胶密封圈紧贴于高频振捣棒上，所述滑道钢板的上层钢板和下层钢板之间设置有减震橡胶柱。

还包括有拱顶内窥防脱空装置，所述的拱顶内窥防脱空装置包括内窥镜和透明管，所述的透明管沿线路方向安装在拱顶防水板上，所述内窥镜的探头置于透明管内，透明管端头外露于二衬台车端头20cm。

还包括有压力感应片和压力感应垫片，所述的压力感应片安装在二衬台车拱顶，所述的压力感应垫片安装在土工布上，压力感应片和压力感应垫片均与电控箱连接。

还包括拱顶排气溢浆注浆装置，所述拱顶排气溢浆注浆装置包括设置在二衬台车钢模板上的综合管预留口，所述的综合管预留口与拱顶进料口间隔布置，综合管预留口中插有综合管，所述的综合管与二衬台车钢模板顶部交接处刻画有插入标识线，综合管顶端设置有排气溢浆注浆齿，所述的排气溢浆注浆齿顶贴在防水板层上。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1、本发明中压力可视化软搭接装置中的橡胶板能够保护混凝土边缘不会被二衬台车挤裂，保证了隧道两板二衬混凝土之间搭接处外观质量和实体质量；其中的半圆形橡胶封端能够确保混凝土与橡胶板之间严密贴合，形成密封端，确保不出现溢浆漏浆；且电控箱压力感应芯片读取压力感应值，当该值接近上一板二衬混凝土抗压值时，停止顶伸，从而进一步确保不顶裂上一板二衬混凝土，实现可视化操作，满足施工需求。

2、本发明中自动插入式振捣装置实现将高频振捣棒顶入混凝土自动控制振捣，从而实现了隧道二衬混凝土自动插入式振捣，弥补隧道二衬混凝土振捣的空白；解决了目前存在的拱顶二衬脱空及混凝土不密实问题。

3、本发明中温度传感器实现混凝土入模温度采集频率高、数据准确、且能全过程、全方位的显示整板二衬混凝土温度分布情况，保证了混凝土的施工质量。

4、本发明中流量监测装置实现了对输送的混凝土实际方量的测量记录，同时准确的监控混凝土入模方量，并将其与预估浇筑二衬混凝土方量对比，从而保证了二衬混凝土浇筑满。

5、本发明中拱顶压力感应片能够直观的看到二衬拱顶混凝土对压力片的压力值，确保了二衬拱顶混凝土已打满，有效解决了二衬拱顶混凝土脱空现象。

6、本发明中通过电控箱控制实现自动振捣，从而实现二衬振捣自动化、机械化、标准化。

7、本发明中拱顶排气溢浆注浆装置中通过检查综合管上插入标示线位置，判断防水板层是否切割二衬混凝土即防水板层与初支面是否存在空洞；通过综合管排气，能够将拱顶空气排出，杜绝了因拱顶混凝土压缩的空气形成的空洞，因此能够减少、规避拱顶混凝土不饱满现象，提高隧道二衬拱顶混凝土质量；且通过综合管溢浆能够清楚的看到混凝土浆液流出，杜绝了因拱顶混凝土施工不可视、无法明确的判断拱顶混凝土是否打满而可能形成的空洞；同时通过综合管注浆实现后期对隧道二衬进行检测，若发现存在空洞，能够通过本发明综合管进行注浆处理，避免了对二衬混凝土凿孔破坏。

8、本发明减少了带模注浆，减少了操作人员，节省了人工﹑降低工人劳动量，经济、实用、简便；同时相应降低了作业劳动强度及安全风险，且提高了施工效率和质量，提高了隧道高空安全系数。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明中流量监测装置结构示意图。

图3是本发明中入模温度监测装置结构示意图。

图4是本发明中压力可视化软搭接装置断面图。

图5是图4的a-a剖视图。

图6是图5的局部放大图。

图7是本发明中高频气动振捣器布置图。

图8是本发明中高频气动振捣器和自动插入式振捣装置布置断面图。

图9是本发明中高频气动振捣器和自动插入式振捣装置布置展开图。

图10是本发明中自动插入式振捣装置结构示意图。

图11是本发明中自动插入式振捣装置俯视图。

图12是本发明中自动插入式振捣装置使用状态图。

图13是本发明中拱顶内窥防脱空装置结构示意图。

图14是本发明中拱顶内窥防脱空装置断面图。

图15是本发明中压力感应片布置示意图。

图16是本发明中压力感应垫片结构示意图。

图17是本发明中综合管预留口布孔示意图。

图18是本发明中综合管安装示意剖面图。

图19是本发明中综合管结构示意图。

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6，二衬台车7，搭接板8，压力感应芯片9，半圆形橡胶封端10，固定螺栓11，高频气动振捣器12，气体压缩机13，分流管14，主气管路15，气动开关电磁阀16，边墙进料口17，自动插入式振捣装置18，拱顶进料口19，钢机架20，气动顶升器21，顶升滑道22，高频振捣棒23，滑道钢板24，顶升气缸柱25，橡胶密封圈26，减震橡胶柱27，连接螺栓28，内窥镜29，透明管30，防水板31，压力感应片32，压力感应垫片33，土工布34，热熔垫片35，综合管预留口36，综合管37，插入标识线38，排气溢浆注浆齿39，电控箱40。

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1，隧道二衬混凝土浇筑系统，包括流量监测装置、入模温度监测装置、压力可视化软搭接装置、多个高频气动振捣器12、气体压缩机13和电控箱40。

参见图2，所述的流量监测装置包括三维激光扫描仪和流量传感器1，所述的流量传感器1安装在混凝土主输送泵管2上；所有进入二衬的混凝土全部经过混凝土主输送泵管2输送，流量传感器1记录通过混凝土主输送泵管2的混凝土方量。三维激光扫描仪、流量传感器计1均与电控箱40连接，电控箱40接收三维激光扫描仪和流量传感器传输的信号，实现实时监控。施工时，二衬浇筑前，三维激光扫描仪对初支断面进行全覆盖扫描，扫描结束计算出预估浇筑二衬混凝土方量并将其与流量传感器1实时测得输送的混凝土实际方量进行对比，当混凝土实际浇筑方量大于预估浇筑二衬混凝土方量时，电控箱40发出报警信号，则暂停或终止混凝土浇筑。

参见图3，所述的入模温度监测装置包括温度传感器5，所述的温度传感器5安装在隧道二衬台车钢模板2的背面上，二衬台车钢模板2的背面即二衬台车钢模板3朝向台车内部的面；温度传感器5与电控箱40连接。通常温度传感器5为多个，在二衬台车7两侧中部沿边墙至拱顶按1米间距均匀安装有温度传感器5、二衬台车7拱顶均布有三个温度传感器5。工作时，温度传感器5实时监测二衬台车钢模板3面温度并传输给电控箱40，当二衬台车钢模板3面温度达到设置临界值时，电控箱40发出报警信号，则暂停混凝土浇筑；从而保证了入模混凝土温度符合要求，保证了混凝土强度。

参见图4至图6，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7靠近上一板二衬搭接板8底部，所述的橡胶板6与二衬台车钢模板3在环向上弧长一致，橡胶板6上安装有压力感应芯片9，所述的压力感应芯片9与电控箱40连接。所述的橡胶板6通常厚度为12mm、宽度为10cm、压缩变形量控制为2～3mm，橡胶板6高出二衬台车钢模板3为2mm；橡胶板6通过固定螺栓11固定，固定螺栓11沿二衬台车7纵向布置，此处的纵向指的是线路方向。进一步的，所述的橡胶板6靠近上一板二衬端设置有半圆形橡胶封端10，半圆形橡胶封端10高度为10mm，此处的半圆形橡胶封端10高度指的是半圆形橡胶封端10外表面与橡胶板6之间的最远距离；半圆形橡胶封端10压缩弹性模量控制为5～8mm，半圆形橡胶封端10与橡胶板6之间采用胶水粘接，半圆形橡胶封端10用于确保软搭接端头不会出现漏浆现象。进一步的，所述的压力感应芯片9为多个，相邻压力感应芯片9环向间距为1m。施工时，在二衬台车7展开时，让二衬台车7的二衬台车钢模板3缝隙正好对应上一板二衬混凝土端头，从而使本软搭接装置位置正好对齐混凝土面，利用橡胶板6橡胶的弹性确保二衬混凝土施工缝位置津贴密实；且利用橡胶板6橡胶的弹性缓冲，确保混凝土边角不至于被挤裂。同时，橡胶板6与上一板二衬混凝土搭接时，挤压压力感应芯片9，通过电控箱40读取该压力感应值，当电控箱40上该压力感应值接近上一板二衬混凝土抗压值时，停止顶伸，从而进一步确保不顶裂上一板二衬混凝土。

参见图7至图9，所述的多个高频气动振捣器12布置在二衬台车钢模板3的背面上，多个高频气动振捣器12分别通过分流管14与气体压缩机13的主气管路15连接，所述的分流管14上设置有气动开关电磁阀16，所述的气体压缩机13和电控箱40连接；此处的多个指的是二个或二个以上。进一步的，所述的高频气动振捣器12沿纵向在相邻两个边墙进料口17之间呈梅花型布置。进一步的，所述的高频气动振捣器12布置在二衬台车钢模板3的背面两侧，单侧环向三排，第一排高频气动振捣器12位于仰拱与二衬纵向施工缝上1.5m处，相邻高频气动振捣器12环向间距2m。施工时，通过电控箱40开启气体压缩机2进行气体压缩，在混凝土浇筑过程中通过电控箱40开启气动开关电磁阀16，使得高频气动振捣器12能够根据电控箱40设置的振捣时间进行振捣。高频气动振捣器12振捣频率高、振捣半径大，能够实现对深厚混凝土进行振捣；从而解决了深厚混凝土振捣不到位、混凝土不密实等问题，且操控简单、便捷。

参见图8至图12，本系统还包括有多个自动插入式振捣装置18，所述的多个自动插入式振捣装置18设置在隧道二衬台车钢模板3的背面上，多个自动插入式振捣装置18均与气体压缩机13连接。进一步的，所述的自动插入式振捣装置18沿纵向布置在二衬台车7拱顶及拱部两侧，布置在二衬台车7拱顶的自动插入式振捣装置18分别布置在二衬台车钢模板3端头与拱顶进料口19之间、及相邻拱顶进料口19之间，布置在二衬台车7拱部两侧的自动插入式振捣装置18分别布置在环向上距拱顶进料口19为1.8m位置处。施工时，通过电控箱40控制自动插入式振捣装置18插入混凝土深度及振捣时间，从而实现插入式振捣自动控制。

参见图10至图12，具体的，所述的自动插入式振捣装置18包括钢机架20、气动顶升器21、顶升滑道22和高频振捣棒23；所述钢机架20安装在隧道二衬台车钢模板3的背面上，即钢机架20安装在隧道二衬台车钢模板3朝向台车内部的面上。所述的气动顶升器21安装在钢机架20底部中心；所述的顶升滑道22包括滑道钢板24和设置在钢机架20两内侧的安装滑槽，所述的滑道钢板24与顶升滑槽滑动连接，滑道钢板24可以沿着顶升滑槽上下滑动。所述的滑道钢板24包括上层钢板和下层钢板，所述高频振捣棒23底端固定在滑道钢板24上层钢板上，气动顶升器21的顶升气缸柱25顶部与滑道钢板24下层钢板连接，所述的气动顶升器21与气体压缩机13连接；通过气体压缩机13顶升气缸柱25，同时带动滑道钢板24在顶升滑槽中上升。高频振捣棒10上部插置在二衬台车钢模板4中；高频振捣棒10顶部与二衬台车钢模板4表面平齐，从而保证二衬混凝土表面平整。所述的二衬台车钢模板3与高频振捣棒23之间加装有橡胶密封圈26，且橡胶密封圈26紧贴于高频振捣棒23上，橡胶密封圈26固定在二衬台车钢模板3上；橡胶密封圈26用于防止高频振捣棒23顶升过程中漏浆液，减少高频振捣棒23振动力对二衬台车钢模板3刚度的影响。所述滑道钢板24的上层钢板和下层钢板之间设置有减震橡胶柱27，减震橡胶柱27通过连接螺栓28与滑道钢板24的上层钢板和下层钢板进行连接；减震橡胶柱27能够有效减小高频振捣棒23振动力对气动顶升器21及钢机架20的影响。进一步的，所述的钢机架7上设置有拉拔开关，所述拉拔开关在钢机架7的位置与滑道钢板11底部平齐，拉拔开关与滑道钢板11铰接，拉拔开关与电控箱40连接。

参见图13至图14，本系统还包括有拱顶内窥防脱空装置，所述的拱顶内窥防脱空装置包括内窥镜29和透明管30。所述的透明管30沿线路方向安装在拱顶防水板31上，所述内窥镜29的探头可置于透明管30内；透明管30密贴于防水板31上，透明管30端头外露于二衬台车7端头20cm。隧道二衬施工时，在防水板31铺挂完成后，将一根透明管30安装在拱顶防水板31上，使透明管30外露于二衬台车7端头20cm。当二衬混凝土浇筑至拱顶时，打开内窥镜29开关，将内窥镜29探头伸入透明管30中来回插拔，利用透明管30对管外的可视化，将内窥镜29的探头采集的影像传输至内窥镜29的显示器，通过观察混凝土包裹透明管30情况，从而观察拱顶混凝土浇筑饱满情况。

参见图15，本系统还包括有压力感应片32，所述的压力感应片32安装在二衬台车7拱顶，压力感应片32与电控箱40连接。进一步的，所述的压力感应片32位于二衬台车7拱顶中心线上；且所述的压力感应片32为多个，多个压力感应片32均布于二衬台车7拱顶中心线上，此处的多各位二个或二个以上。安装时，需在二衬台车7定位前在二衬台车7拱顶中心线位置铺设多个压力感应片32，通过电控箱40实时读取混凝土对二衬台车7顶部产生的压力值；当压力值达到要求时，从而确定混凝土泵送完成，进而控制混凝土浇筑质量。

参见图16，本系统还包括有压力感应垫片33，所述的压力感应垫片33安装在土工布34上，压力感应垫片33与电控箱40连接。进一步的，所述的压力感应垫片33位于土工布34对应隧道拱顶中心线位置。且所述的压力感应垫片33为条带状，该条带状压力感应垫片33沿隧道拱顶中心线布置，其长度与整板二衬一致。安装时，需在防水板31铺设前在土工布24对应隧道拱顶中心线位置铺设该压力感应垫片33；当混凝土泵送饱和时，传导给压力感应垫片33压力，从而确保混凝土灌注饱满，防止出现隧道拱顶混凝土脱空现象的出现。

参见图17至图19，本系统还包括有拱顶排气溢浆注浆装置，所述的拱顶排气溢浆注浆装置包括设置在二衬台车钢模板3上的综合管预留口36，所述的综合管预留口36与拱顶进料口19间隔布置。所述的综合管预留口36中插有综合管37，所述的综合管37与二衬台车钢模板3顶部交接处刻画有插入标识线38，插入标识线38用来标识综合管37插入二衬深度，综合管37顶端设置有排气溢浆注浆齿39，所述的排气溢浆注浆齿39顶贴在防水板层31上；即综合管37一端通过综合管预留口36插入二衬中，当综合管37完全插入后，排气溢浆注浆齿39顶贴紧防水板31，保障了综合管37顶部的排气溢浆注浆齿39位于断面最高点。进一步的，所述的综合管37长度=设计衬砌厚度+超欠数据+伸出台车预留长10cm，此处的超欠数据=隧道二衬混凝土设计轮廓线法线厚度-衬砌混凝土设计厚度。施工时，通过检查插入标识线38位置，判断防水板31是否切割二衬混凝土即防水板31与初支面是否存在空洞；而通过综合管37排气，能够将拱顶空气排出，杜绝了因拱顶混凝土压缩的空气形成的空洞，因此能够减少、规避拱顶混凝土不饱满现象，提高隧道二衬拱顶混凝土质量。且通过综合管37溢浆能够清楚的看到混凝土浆液流出，杜绝了因拱顶混凝土施工不可视、无法明确的判断拱顶混凝土是否打满而可能形成的空洞。同时能够通过综合管37注浆实现后期对隧道二衬进行检测，若发现存在空洞，可以通过综合管37进行注浆处理，避免了对二衬混凝土凿孔破坏。

参见图1至图19，本发明混凝土浇筑系统，在防水板31铺挂前利用三维激光扫描仪计算出预估浇筑二衬混凝土方量，并输入电控箱40中。土工布34铺挂完后，在隧道拱顶土工布34上安设好压力感应垫片33，同时在二衬台车7拱顶安装压力感应片32、在橡胶板6上安装好压力感应芯片9，二衬台车7定位后，顶升二衬台车钢模板3，通过读取压力感应芯片9压力值确保搭接处混凝土不被顶裂。浇筑混凝土时，流量监测装置实现检测输送的混凝土实际方量；通过电控箱40高频气动振捣器12和自动插入式振捣装置1实现自动振捣。混凝土浇筑即将结束时，观察拱顶压力值、压力感应垫片33的感应灯是否亮起、且综合管37是否溢浆，再利用透明管30结合内窥镜观察混凝土是否包裹透明管30；同时通过电控箱40将预估浇筑二衬混凝土方量与流量传感器1实时测得输送的混凝土实际方量进行对比，综合判断拱顶混凝土已打满，确保打满后停止浇筑混凝土。

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。