CN117536648A - 一种隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车及浇筑方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于隧道浇筑设备技术领域，公开了一种隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车及浇筑方法；以解决隧道两侧分层浇筑中自动化程度低、混凝土离析现象严重的问题；其具体包括门架机构、自行走机构、自动注浆机构和浇筑模板；自行走机构顶部承载有门架机构；门架机构上支撑有浇筑模板；自动注浆机构设于门架机构上；自动注浆机构包括混凝土布料机和混凝土输送泵，混凝土布料机输出端连接注浆管；注浆管上设有注浆管推进机构。本发明的隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车在注浆时无需人工进行接管、换管，自动化程度高，施工速度快；本发明的隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑方法采用分层浇筑方式，所浇筑的隧道两侧混凝土密实度高，质量好，强度高。

Description

一种隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车及浇筑方法
技术领域
本发明涉及隧道浇筑设备技术领域，尤其涉及一种隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车及浇筑方法。
背景技术
隧道是修建公路、铁路、高铁等交通道路中常见的路段，交通路线通过山区时通常采用挖掘隧道的方式穿越山区。隧道施工中需要对隧道衬砌边墙进行混凝土浇筑，浇筑中需要用到浇筑台车。现有技术中的浇筑台车主要有两种，一种是利用溜槽装置进行分层逐窗浇筑，这也是国内隧道施工主要采取的浇筑方式；该类型的浇筑台车主要由主进料斗、分料斗、截止插板和通向各窗口的溜槽等组成，通过溜槽将混凝土送进浇筑腔内，但是其安装空间要求高，自动化程度低，人工操作工序多，非带压浇筑；另一种是采用小车式自动浇筑布料机进行分料再浇筑，其主要由布料小车、通向各层浇筑窗口和顶部浇筑口的混凝土泵管、管道清洗系统等组成，浇筑时混凝土从分料机通过浇筑管流向浇筑窗口；该类型的浇筑台车在进行分层浇筑时每浇筑一层便需切换一次注浆管，施工步骤多，施工效率低。现有技术中的这两种浇筑台车同时还存在一个缺陷就是混凝土从浇筑窗口进入浇筑腔后容易出现离析现象，具体表现为混凝土在浇筑腔内靠近浇筑窗口正下方的位置沙石含量较大，而位于相邻浇筑窗口之间的位置沙石含量较少；这种离析现象导致隧道内壁混凝土成型后质地不均，从而降低了隧道内壁的强度。所以本发明提供了一种自动化浇筑、浇筑过程不用频繁切换注浆管、且能避免混凝土离析的自动化分层逐窗浇筑台车。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车及浇筑方法，以解决现有技术中隧道两侧分层逐窗浇筑中自动化程度低、混凝土离析现象严重的问题。
第一方面，为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车，包括：门架机构、自行走机构、自动注浆机构和浇筑模板；自行走机构铺设于地面，自行走机构顶部承载有门架机构；门架机构上方支撑有浇筑模板；自动注浆机构设于门架机构上；自动注浆机构包括混凝土布料机，混凝土布料机设于门架机构顶部；混凝土布料机输入端连接有混凝土输送泵，混凝土布料机输出端连接若干根注浆管的一端，若干根注浆管的另一端均设有旋转注浆头；若干根注浆管的管体上均连接有注浆管推进机构。
在本方案中，对隧道两侧进行混凝土浇筑时，混凝土被混凝土输送泵送入混凝土布料机，再经过混凝土布料机分料后通过注浆管进行注浆，注浆管上设置注浆管推进机构，需要注浆时注浆管推进机构将注浆管设有旋转注浆头的一端推进浇筑窗口；该设计在注浆时无需人工进行接管、换管，自动化程度高，施工速度快；浇筑中旋转注浆头可改变混凝土浆液的喷射方向，使混凝土浆液均匀的散入隧道两侧的浇筑腔内，避免出现离析现象，提高了衬砌外观质量和混凝土实体的密实度。
进一步地，门架机构包括若干个门型钢架，若干个门型钢架顶部通过横梁连接，若干个门型钢架底部均连接自行走机构；
浇筑模板包括一块顶模板和两块侧模板，两块侧模板铰接在顶模板两侧；侧模板上开设有若干个浇筑窗口；顶模板通过液压杆连接在横梁上，两块侧模板分别通过液压杆连接在门型钢架两侧。
在本方案中，液压杆连接顶模板和侧模板，组模时通过液压杆将顶模板向上支撑，顶模板支撑到位后，两侧液压杆推动侧模板向两侧扩张，直至侧模板和顶模板组合形成隧道浇筑模板；脱模时先将侧模板撤回原位，再将顶模板下落回来，脱模完成，该设计有利于顶模板和侧模板的安装和拆卸，降低了工作强度。
进一步地，注浆管推进机构包括安装板，安装板设于门型钢架上；安装板上沿注浆管的管体方向上设有螺纹杆，螺纹杆的一端连接有推进电机，螺纹杆的另一端通过支撑板转动连接于安装板上；螺纹杆上螺纹连接有推进块，推进块与注浆管的管体固定连接；推进块底部设有限位滑块，安装板表面沿螺纹杆长度方向开设有限位滑槽，限位滑块容置在限位滑槽内；推进电机带动螺纹杆转动，螺纹杆驱动推进块和注浆管沿着限位滑槽运动。
在本方案中，注浆管连接于推进块，需要注浆时推进电机驱动推进块沿着螺纹杆前进，推进块前进带动注浆管向浇筑窗口方向移动，该设计注浆效率高，无需人工进行换管，减轻了工作量；且注浆完成后推进电机驱动注浆管自动退出浇筑窗口，施工效率高。
进一步地，旋转注浆头包括固定外管和旋转内管，固定外管与注浆管连通，旋转内管通过轴承套设于固定外管内部；固定外管内壁上设有注浆电机，注浆电机的输出轴设有第一齿轮，第一齿轮和旋转内管外壁上的齿槽啮合连接；
旋转内管管体侧壁开设有注浆口，注浆口的开口角度的范围为/>注浆电机通过齿轮带动旋转内管相对固定外管旋转，旋转角度β的范围为/>
固定外管下方设有超声波测距仪，超声波测距仪和控制系统连接，控制系统分别与推进电机和注浆电机连接。
在本方案中，在固定外管内壁设计注浆电机，注浆电机驱动旋转内管相对固定外管转动，旋转内管转动时其上注浆口的注浆方向也跟随其转动，注浆方向发生转动使得混凝土浆液呈旋转式的喷入浇筑腔内部，该浇筑方式能保证混凝土浆液均匀落入浇筑腔内部，防止混凝土浆液因下落点始终位于浇筑窗口正下方而产生离析现象；在旋转注浆头底部设计超声波测距仪，利用超声波原理检测混凝土浆液面高度，控制系统根据混凝土浆液面高度控制注浆管退出浇筑窗口，实现了注浆后注浆管自动退管。
进一步地，侧模板上开设有三层浇筑窗口，门型钢架上对应设有三层安装板，每层安装板上均对应设有一根注浆管，三根注浆管通过三通管连接于混凝土布料机的输出端；三根注浆管上分别设有低层电磁阀、中层电磁阀和高层电磁阀；低层电磁阀、中层电磁阀和高层电磁阀均与控制系统连接。
在本方案中，设计三层安装板，每层安装板对应的设有一根注浆管，对隧道两侧进行注浆时，先通过低层的注浆管进行注浆，再依次通过中间的和高层的注浆管进行注浆，三根注浆管上均设计电磁阀，便于控制在那条注浆管进行注浆，实现了隧道两侧的分层逐窗浇筑，所浇筑的混凝土密实度较高；
进一步地，自行走机构包括钢壳，钢壳连接于门型钢架底部；钢壳内部横向设有承载轴，承载轴一端转动连接于钢壳内壁，承载轴另一端通过减速器连接行走电机输出轴，行走电机设于钢壳内壁；承载轴上设有承载轮，承载轮下方设有钢轨，钢轨铺设于地面；钢轨为工字型钢轨，工字型钢轨的轨头底部两侧分别设有提升轮，提升轮通过提升轴连接于钢壳内壁；承载轴上设有驱动齿轮，提升轴上设有从动齿轮，驱动齿轮和从动齿轮啮合连接；行走电机通过驱动齿轮和从动齿轮带动承载轮和提升轮同步转动；
承载轮半径R和提升轮半径r的关系为：
其中，T为驱动齿轮半径，t为从动齿轮半径；
自行走机构还包括液压升降系统，液压升降系统设于门架机构底部。
在本方案中，在钢轨顶部和底部分别设计承载轮和提升轮，承载轮用于隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车行走时承载其整体，提升轮用于运输钢轨时将钢轨提升，并驱动钢轨向前运输；该设计不仅可以通过行走电机使隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车沿着钢轨行驶，还可以通过行走电机的驱动作用使钢轨向前运输，无需在行驶中人工拖运钢轨，降低了施工强度，提高了施工效率。
第二方面，本发明基于第一方面提供的隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车，提供一种隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑方法，包括以下步骤：
S1：搭设隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车，准备浇筑；
S2：自上而下依次在三层浇筑窗口分层进行混凝土浇筑；
S3：浇筑完成，将隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车行驶至下一浇筑地点。
在本方案中，先在低层浇筑窗口进行混凝土浇筑，浇筑后再向上一层进行混凝土浇筑，依次浇筑，直至浇筑到高层浇筑窗口；该方法逐窗的对隧道两侧进行混凝土浇筑，所浇筑的隧道两侧混凝土密实度高，质量好，强度高。
进一步地，S1包括：
S101：安装浇筑模板；通过顶部的液压杆向上支撑顶模板，再通过两侧的液压杆分别向两侧推动两块侧模板，使顶模板和侧模板支撑在隧道内部；
S102：连接混凝土输送泵和混凝土布料机，准备浇筑。
在本方案中，两块侧模板链接在顶模板两端，对其进行安装时先向上支撑顶模板，再向两侧推动侧模板，使其与顶模板形成拱形的圆弧结构即可，该方法安装方便，安装速度快。
进一步地，S2包括：
S201：开启低层电磁阀，在低层浇筑窗口进行浇筑；
S202：控制推进电机运转，推进电机通过螺纹杆推动注浆管向低层浇筑窗口运动，使旋转注浆头从低层浇筑窗口伸出；
S203：启动连接混凝土输送泵进行混凝土浇筑；
S204：注浆电机驱动旋转内管旋转，旋转内管上的注浆口的注浆方向跟随旋转内管旋转；
S205：注浆中超声波测距仪实时检测混凝土浆液面高度并发送至控制系统；控制系统判断混凝土浆液面高度到达设定高度后，控制低层电磁阀关闭；同时控制系统还控制推进电机反向运转，使注浆管退出低层浇筑窗口，低层浇筑完成；
S206：重复操作S201-S205，在中层浇筑窗口进行浇筑，浇筑完成后进入S207；
S207：继续重复操作S201-S205，在高层浇筑窗口进行浇筑，浇筑完成后进入S208；
S208：对隧道顶端进行浇筑。
在本方案中，先在低层浇筑窗口浇筑混凝土，推动电机推动注浆管伸入低层浇筑窗口中进行注浆，注浆完成后控制系统控制低层电磁阀关闭，同时控制系统通过推动电机驱动注浆管退出低层浇筑窗口；低层注浆完成后控制系统控制中层电磁阀开启，在中层浇筑窗口进行混凝土注浆；该注浆过程中通过控制系统自动化控制，过程中无需人工进行接管或开关阀门，自动化程度高，减少了人工操作工序，提高了施工效率。
进一步地，S3包括：
S301：启动行走电机，行走电机驱动承载轮和提升轮沿着钢轨滚动，承载轮带动隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车向前行驶；行驶至钢轨端部，停止行驶；
S302：通过液压升降系统支撑隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车，使隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车连同钢轨同步升起；
S303：在钢轨两端以及钢轨中间支垫若干个滚筒；
S304：控制行走电机反向运转，行走电机驱动承载轮和提升轮同步转动，钢轨在提升轮驱动下向前运行；
S305：钢轨运行至目的地后，通过液压升降系统下落隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车和钢轨，使钢轨铺设于地面。
在本方案中，钢轨铺设于地面时，通过行走电机驱动隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车沿着钢轨行走；通过液压升降系统将钢轨悬空时，行走电机可以带动钢轨向前运输，节省人工运输钢轨或拖车托运钢轨的时间，提高了隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车向前行驶的行驶效率。
本发明的有益效果是：
本发明提供的隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车在每根注浆管上均设有注浆管推进机构；进行混凝土浇筑时控制系统通过注浆管推进机构控制注浆管自动伸入和退出浇筑窗口，从低层浇筑窗口依次向高层浇筑窗口进行分层浇筑，浇筑中无需人工连接管路和开启阀门，实现了自动化浇筑；且在注浆管的注浆端设置旋转注浆头，旋转注浆头通过控制旋转内管的旋转使注浆口的注浆方向发生变化，从而使得混凝土浆液均匀的落入隧道两侧的注浆腔内，避免了混凝土浆液因下落点集中而出现离析现象；在门型钢架下方设计自行走机构，既可以实现隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车沿着铁轨行驶，又可以运输铁轨，减少施工程序。
本发明提供的隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑方法采用分层逐窗浇筑的方式，先从低层浇筑窗口开始浇筑，然后依次在中层浇筑窗口和高层浇筑窗口进行浇筑，所浇筑的混凝土密实度高；浇筑中控制系统根据混凝土浆液面高度控制注浆管退出浇筑窗口以及控制电磁阀的关闭，实现了自动化的分层逐窗浇筑，浇筑效率大大提升。
附图说明
图1为本发明一种隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车自动注浆机构结构示意图；
图2为本发明一种隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车门架机构和浇筑模板结构示意图；
图3为本发明一种隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车门型钢架和安装板结构示意图；
图4为本发明一种隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车注浆管推进机构结构示意图；
图5为图4中A-A截面结构示意图；
图6为本发明一种隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车旋转注浆头剖面结构示意图；
图7为图6中B-B截面结构示意图；
图8为本发明一种隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车自行走机构结构示意图。
附图标记：
1、门架机构；11、门型钢架；2、自行走机构；21、钢轨；22、钢壳；23、行走电机；24、提升轮；25、驱动齿轮；26、从动齿轮；27、承载轮；3、自动注浆机构；31、混凝土布料机；32、混凝土输送泵；33、注浆管；331、注浆软管；332、注浆钢管；34、旋转注浆头；341、固定外管；342、旋转内管；343、注浆电机；35、注浆管推进机构；351、安装板；352、螺纹杆；353、推进电机；354、推进块；355、限位滑块；36、高层电磁阀；37、中层电磁阀；38、低层电磁阀；4、浇筑模板；41、顶模板；42、侧模板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
本实施例提供一种隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车，用于对隧道两侧进行混凝土浇筑，该隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车可自动控制注浆管伸入浇筑窗口进行混凝土浇筑，浇筑完成后自动控制注浆管退出浇筑窗口，减少了人工操作工序，提高了施工效率；且在注浆管的注浆端连接旋转注浆头，能防止混凝土出现离析现象；其具体包括：
门架机构1、自行走机构2、自动注浆机构3和浇筑模板4；
其中，自行走机构2铺设于地面，自行走机构2顶部承载有门架机构1；门架机构1上方支撑有浇筑模板4；自动注浆机构3设于门架机构1上。
如图1所示，自动注浆机构3用于实现自动化注浆，其包括混凝土布料机31、混凝土输送泵32、注浆管33和旋转注浆头34；混凝土布料机31设于门架机构1顶部；混凝土布料机31输入端连接有混凝土输送泵32；混凝土输送泵32为混凝土浆液提供注浆压力；混凝土布料机31的输出端连接若干根注浆管33的一端，若干根注浆管33的另一端均设有旋转注浆头34；若干根注浆管33管体上均连接有注浆管推进机构35；进行混凝土浇筑时，混凝土被混凝土输送泵32送入混凝土布料机31，再经过混凝土布料机31分料后通过注浆管33进行注浆。
如图3所示，门架机构1用于支撑浇筑模板4和自动注浆机构3；其包括若干个门型钢架11，若干个门型钢架11顶部通过横梁连接，门型钢架11底部连接自行走机构2。
如图2所示，浇筑模板4包括一块顶模板41和两块侧模板42，两块侧模板42铰接在顶模板41两侧；侧模板42上开设有若干个浇筑窗口；顶模板41通过液压杆连接在横梁上，两块侧模板42分别通过液压杆连接在门型钢架11两侧；在组模时先通过液压杆将顶模板41向上支撑，再通过两侧液压杆推动侧模板42向两侧扩张，直至侧模板42和顶模板41组合形成隧道浇筑模板4；脱模时先将侧模板42撤回原位，再将顶模板41下落回来；该设计顶模板41和侧模板42的安装或拆卸较为方便，降低了工作强度。
如图4所示，注浆管推进机构35用于带动注浆管33进入或退出浇筑窗口；其包括安装板351，安装板351设于门型钢架11上；安装板351上沿注浆管33的管体方向上设有螺纹杆352，螺纹杆352的一端连接有推进电机353，螺纹杆352的另一端通过支撑板转动连接于安装板351上；螺纹杆352上螺纹连接有推进块354，推进块354固定连接于注浆管33管体上；如图5所示，推进块354底部设有限位滑块355，安装板351表面沿螺纹杆352长度方向开设有限位滑槽，限位滑块355容置在限位滑槽内；推进电机353带动螺纹杆352转动，螺纹杆352驱动推进块354和注浆管33沿着限位滑槽运动；需要注浆时推进电机353驱动推进块354沿着螺纹杆352前进，推进块354前进带动注浆管33伸入浇筑窗口；注浆完成时推进电机353反向运转控制注浆管33退出浇筑窗口；该设计无需人工进行换管，减轻了工作量，提高了注浆效率。
如图6和图7所示，旋转注浆头34用于改变注浆口的注浆方向；其包括固定外管341和旋转内管342，固定外管341与注浆管33连通，旋转内管342通过轴承套设于固定外管341内部；固定外管341内壁上设有注浆电机343，注浆电机343的输出轴设有第一齿轮，第一齿轮和旋转内管342外壁上的齿槽啮合连接；旋转内管342管体侧壁开设有注浆口，注浆口的开口角度的范围为/>注浆电机343通过齿轮带动旋转内管342相对固定外管341旋转，旋转角度β的范围为/>
固定外管341下方设有超声波测距仪，超声波测距仪和控制系统连接，控制系统分别与推进电机353和注浆电机343连接；注浆时注浆电机343驱动旋转内管342转动，旋转内管342转动时其上注浆口的注浆方向也跟随其转动，注浆方向发生转动使得混凝土浆液呈旋转式的喷入浇筑腔内部，保证混凝土浆液均匀落入浇筑腔内部，防止混凝土浆液因下落点始终位于浇筑窗口正下方而产生离析现象；在旋转注浆头34底部设计超声波测距仪，利用超声波原理检测混凝土浆液面高度，控制系统根据混凝土浆液面高度控制推进电机353，推进电机353驱动注浆管33退出浇筑窗口，实现了注浆后注浆管33自动退管。
侧模板42上开设有三层浇筑窗口，门型钢架11上对应设有三层安装板351，每层安装板351上均对应设有一根注浆管33，三根注浆管33通过三通管连接于混凝土布料机31的输出端；三根注浆管33上分别设有低层电磁阀38、中层电磁阀37和高层电磁阀36；低层电磁阀38、中层电磁阀37和高层电磁阀36均与控制系统连接；
作为本实施例的优选，注浆管33包括注浆软管331和注浆钢管332，注浆软管331和注浆钢管332连接；注浆管推进机构35固定于注浆钢管332上；设计注浆软管331，方便于注浆管推进机构35带动注浆钢管332移动时跟随其移动。
如图8所示，自行走机构2用于隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车行驶以及钢轨21的运输；其包括钢壳22，钢壳22连接于门型钢架11底部；钢壳22内部横向设有承载轴，承载轴一端转动连接于钢壳22内壁，承载轴另一端通过减速器连接行走电机23输出轴，行走电机23设于钢壳22内壁；承载轴上设有承载轮27，承载轮27下方设有钢轨21，钢轨21铺设于地面；
钢轨21为工字型钢轨21，工字型钢轨21的轨头底部两侧分别设有提升轮24，提升轮24通过提升轴连接于钢壳22内壁；承载轴上设有驱动齿轮25，提升轴上设有从动齿轮26，驱动齿轮25和从动齿轮26啮合连接；行走电机23通过驱动齿轮25和从动齿轮26带动承载轮27和提升轮24同步转动；承载轮27半径R和提升轮24半径r的关系为：
其中，T为驱动齿轮25半径，t为从动齿轮26半径；
自行走机构2还包括液压升降系统，液压升降系统设于门架机构1底部；承载轮27用于隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车行走时承载其整体，提升轮24用于运输钢轨21时将钢轨21提升，并驱动钢轨21向前运动；该设计不仅可以通过行走电机23使隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车沿着钢轨21行驶，还可以通过行走电机23的驱动作用使钢轨21向前运输，无需在行驶中人工拖运钢轨21，降低了施工强度，提高了施工效率。
本实施例的工作原理：
本实施例提供的隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车进行混凝土浇筑时，先在低层浇筑窗口进行浇筑；控制系统控制低层电磁阀38开启；注浆管推进机构35通过推动电机将注浆管设有旋转注浆头34的一端送进低层浇筑窗口；启动混凝土输送泵32和混凝土布料机31；混凝土被混凝土输送泵32送入混凝土布料机31，再经过混凝土布料机31分料后通过注浆管33进入浇筑腔内实现注浆；浇筑中超声波测距仪实时检测混凝土浆液面高度并发送至控制系统，控制系统根据混凝土浆液面高度控制注浆管33退出浇筑窗口，同时控制低层电磁阀38关闭，低层注浆完成；重复上述注浆过程，先后在中层浇筑窗口和高层浇筑窗口进行混凝土浇筑。
实施例2
本实施例基于实施例1提供的隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车，提供一种隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑方法，该方法采用分层逐窗浇筑的方式对隧道两侧进行浇筑，浇筑效果好，浇筑效率高；其包括以下步骤：
S1：搭设隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车，准备浇筑；具体包括：
S101：安装浇筑模板4；通过顶部的液压杆向上支撑顶模板41，再通过两侧的液压杆分别向两侧推动两块侧模板42，使顶模板41和侧模板42支撑在隧道内部；
S102：连接混凝土输送泵32和混凝土布料机31，准备浇筑。
在本实施例中，两块侧模板42链接在顶模板41两端，对其进行安装时先向上支撑顶模板41，再向两侧推动侧模板42，使其与顶模板41形成拱形的圆弧结构即可，该方法安装方便，安装速度快。
S2：自上而下依次在三层浇筑窗口分层进行浇筑混凝土；具体包括：
S201：开启低层电磁阀38，在低层浇筑窗口进行浇筑；
S202：推进电机353运转，推进电机353通过螺纹杆352推动注浆管33向低层浇筑窗口运动，使旋转注浆头34从低层浇筑窗口伸出；
S203：启动连接混凝土输送泵32进行混凝土浇筑；
S204：注浆电机343驱动旋转内管342旋转，旋转内管342上注浆口的注浆方向跟随旋转内管342旋转；
S205：注浆中超声波测距仪实时检测混凝土浆液面高度并发送至控制系统；控制系统判断混凝土浆液面高度到达设定高度后，控制低层电磁阀38关闭；同时控制系统还控制推进电机353反向运转，使注浆管33退出低层浇筑窗口，低层浇筑完成；
S206：重复操作S201-S205，在中层浇筑窗口进行浇筑，浇筑完成后进入S207；
S207：继续重复操作S201-S205，在高层浇筑窗口进行浇筑，浇筑完成后进入S208；
S208：对隧道顶端进行浇筑。
在本实施例中，先在低层浇筑窗口浇筑混凝土，推动电机推动注浆管33伸入低层浇筑窗口中进行注浆，注浆完成后控制系统控制低层电磁阀38关闭，同时控制系统通过推动电机驱动注浆管33退出低层浇筑窗口；该注浆过程中通过控制系统自动化控制，过程中无需人工进行接管或开关阀门，自动化程度高，减少了人工操作工序，提高了施工效率。
S3：浇筑完成，将隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车行驶至下一浇筑地点；具体包括：
S301：启动行走电机23，行走电机23驱动承载轮27和提升轮24沿着钢轨21滚动，承载轮27带动隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车向前行驶；行驶至钢轨21端部，停止行驶；
S302：通过液压升降系统支撑隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车，使隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车连同钢轨21同步升起；
S303：在钢轨21两端以及钢轨21中间支垫若干个滚筒；
S304：控制行走电机23反向运转，行走电机23驱动承载轮27和提升轮24同步转动，钢轨21在提升轮24驱动下向前运行；
作为本实施例的优选，钢轨21向前运行时需要在钢轨21端部控制其前进的方向，保证钢轨铺设在预设线路上；
S305：钢轨21运行至目的地后，通过液压升降系统下落隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车和钢轨21，使钢轨21铺设于地面；
作为本实施例的优选，钢轨21铺设于地面后可采用膨胀螺栓或接地螺栓将钢轨21固定于地面，固定好钢轨21后再行驶隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车。
在本实施例中，钢轨21铺设于地面时，通过行走电机23驱动隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车沿着钢轨21行走；液压升降系统将钢轨21悬空时，行走电机23可以带动钢轨21向前运输，节省人工运输钢轨21或使用拖车托运钢轨21的时间，提高了隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车向前行驶的行驶效率。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车，其特征在于，包括：门架机构(1)、自行走机构(2)、自动注浆机构(3)和浇筑模板(4)；所述自行走机构(2)铺设于地面，所述自行走机构(2)顶部承载有所述门架机构(1)；所述门架机构(1)上方支撑有所述浇筑模板(4)；所述自动注浆机构(3)设于所述门架机构(1)上；
所述自动注浆机构(3)包括混凝土布料机(31)，所述混凝土布料机(31)设于所述门架机构(1)顶部；所述混凝土布料机(31)的输入端连接有混凝土输送泵(32)，所述混凝土布料机(31)的输出端连接若干根注浆管(33)的一端，若干根所述注浆管(33)的另一端均设有旋转注浆头(34)；若干根所述注浆管(33)的管体上均连接有注浆管推进机构(35)。
2.根据权利要求1所述的隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车，其特征在于：所述门架机构(1)包括若干个门型钢架(11)，若干个所述门型钢架(11)顶部通过横梁连接，若干个所述门型钢架(11)底部均连接所述自行走机构(2)；
所述浇筑模板(4)包括一块顶模板(41)和两块侧模板(42)，两块所述侧模板(42)铰接在所述顶模板(41)两侧；所述侧模板(42)上开设有若干个浇筑窗口；所述顶模板(41)通过液压杆连接在所述横梁上，两块所述侧模板(42)分别通过液压杆连接在所述门型钢架(11)两侧。
3.根据权利要求2所述的隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车，其特征在于：所述注浆管推进机构(35)包括安装板(351)，所述安装板(351)设于所述门型钢架(11)上；所述安装板(351)上沿所述注浆管(33)的管体方向上设有螺纹杆(352)，所述螺纹杆(352)的一端连接有推进电机(353)，所述螺纹杆(352)的另一端通过支撑板转动连接于所述安装板(351)上；所述螺纹杆(352)上螺纹连接有推进块(354)，所述推进块(354)与所述注浆管(33)管体固定连接；所述推进块(354)底部设有限位滑块(355)，所述安装板(351)表面沿所述螺纹杆(352)长度方向开设有限位滑槽，所述限位滑块(355)容置在所述限位滑槽内；所述推进电机(353)带动所述螺纹杆(352)转动，所述螺纹杆(352)驱动所述推进块(354)和所述注浆管(33)沿着所述限位滑槽运动。
4.根据权利要求3所述的隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车，其特征在于：所述旋转注浆头(34)包括固定外管(341)和旋转内管(342)，所述固定外管(341)与所述注浆管(33)连通，所述旋转内管(342)通过轴承套设于所述固定外管(341)内部；所述固定外管(341)内壁上设有注浆电机(343)，所述注浆电机(343)的输出轴设有第一齿轮，所述第一齿轮和所述旋转内管(342)外壁上的齿槽啮合连接；
所述旋转内管(342)管体侧壁开设有注浆口，所述注浆口的开口角度的范围为
所述注浆电机(343)通过齿轮带动所述旋转内管(342)相对所述固定外管(341)旋转，旋转角度β的范围为
所述固定外管(341)下方设有超声波测距仪，所述超声波测距仪和控制系统连接，所述控制系统分别与所述推进电机(353)和所述注浆电机(343)连接。
5.根据权利要求4所述的隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车，其特征在于：所述侧模板(42)上开设有三层浇筑窗口，所述门型钢架(11)上对应设有三层所述安装板(351)，每层所述安装板(351)上均对应设有一根所述注浆管(33)，三根所述注浆管(33)通过三通管连接于所述混凝土布料机(31)的输出端；三根所述注浆管(33)上分别设有低层电磁阀(38)、中层电磁阀(37)和高层电磁阀(36)；所述低层电磁阀(38)、所述中层电磁阀(37)和所述高层电磁阀(36)均与所述控制系统连接。
6.根据权利要求5所述的隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车，其特征在于：所述自行走机构(2)包括钢壳(22)，所述钢壳(22)连接于所述门型钢架(11)底部；所述钢壳(22)内部横向设有承载轴，所述承载轴一端转动连接于所述钢壳(22)内壁，所述承载轴另一端通过减速器连接行走电机(23)输出轴，所述行走电机(23)设于所述钢壳(22)内壁；所述承载轴上设有承载轮(27)，所述承载轮(27)下方设有钢轨(21)，所述钢轨(21)铺设于地面；
所述钢轨(21)为工字型钢轨(21)，所述工字型钢轨(21)的轨头底部两侧分别设有提升轮(24)，所述提升轮(24)通过提升轴连接于所述钢壳(22)内壁；
所述承载轴上设有驱动齿轮(25)，所述提升轴上设有从动齿轮(26)，所述驱动齿轮(25)和所述从动齿轮(26)啮合连接；所述行走电机(23)通过所述驱动齿轮(25)和所述从动齿轮(26)带动所述承载轮(27)和所述提升轮(24)同步转动；
所述承载轮(27)半径R和所述提升轮(24)半径r的关系为：
其中，T为驱动齿轮(25)半径，t为从动齿轮(26)半径；
所述自行走机构(2)还包括液压升降系统，所述液压升降系统设于所述门架机构(1)底部。
7.一种采用如权利要求6所述的隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车的浇筑方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：搭设隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车，准备浇筑；
S2：自上而下依次在三层浇筑窗口分层进行混凝土浇筑；
S3：浇筑完成，将所述隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车行驶至下一浇筑地点。
8.根据权利要求7所述的隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车的浇筑方法，其特征在于，所述S1包括：
S101：安装浇筑模板(4)；通过顶部的液压杆向上支撑顶模板(41)，再通过两侧的液压杆分别向两侧推动两块侧模板(42)，使所述顶模板(41)和所述侧模板(42)支撑在隧道内部；
S102：连接混凝土输送泵(32)和混凝土布料机(31)，准备浇筑。
9.根据权利要求8所述的隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车的浇筑方法，其特征在于，所述S2包括：
S201：开启低层电磁阀(38)，在低层浇筑窗口进行浇筑；
S202：控制推进电机(353)运转，所述推进电机(353)通过螺纹杆(352)推动注浆管(33)向所述低层浇筑窗口运动，使旋转注浆头(34)从所述低层浇筑窗口伸出；
S203：启动所述连接混凝土输送泵(32)进行混凝土浇筑；
S204：注浆电机(343)驱动旋转内管(342)旋转，所述旋转内管(342)上的注浆口的注浆方向跟随所述旋转内管(342)旋转；
S205：注浆中超声波测距仪实时检测混凝土浆液面高度并发送至控制系统；所述控制系统判断所述混凝土浆液面高度到达设定高度后，控制所述低层电磁阀(38)关闭；同时所述控制系统还控制推进电机(353)反向运转，使所述注浆管(33)退出所述低层浇筑窗口，低层浇筑完成；
S206：重复操作S201-S205，在中层浇筑窗口进行浇筑，浇筑完成后进入S207；
S207：继续重复操作S201-S205，在高层浇筑窗口进行浇筑，浇筑完成后进入S208；
S208：对隧道顶端进行浇筑。
10.根据权利要求9所述的隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车的浇筑方法，其特征在于，所述S3包括：
S301：启动行走电机(23)，所述行走电机(23)驱动所述承载轮(27)和所述提升轮(24)沿着钢轨(21)滚动，所述承载轮(27)带动所述隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车向前行驶；行驶至所述钢轨(21)端部，停止行驶；
S302：通过液压升降系统支撑所述隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车，使所述隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车连同钢轨(21)同步升起；
S303：在所述钢轨(21)两端以及所述钢轨(21)中间支垫若干个滚筒；
S304：控制所述行走电机(23)反向运转，所述行走电机(23)驱动所述承载轮(27)和提升轮(24)同步转动，所述钢轨(21)在所述提升轮(24)驱动下向前运行；
S305：所述钢轨(21)运行至目的地后，通过液压升降系统下落所述隧道衬砌自动化分层逐窗浇筑台车和所述钢轨(21)，使所述钢轨(21)铺设于地面。
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