本发明涉及一种用于隧道二衬施做混凝土的自动振捣系统及振捣方法。
背景技术：
随着西部大开发的进行和一带一路战略的实施，我国的隧道建设得到了前所未有的发展。其中二衬混凝土施工质量是影响隧道整体施工质量和美观的关键因素之一。二衬出现的壁后脱空，不密实等问题，常常是由于混凝土浇筑时振捣不适当等原因造成。混凝土浇筑过程振捣质量是影响混凝土强度的关键因素。振捣的目的是减少混凝土内部的孔隙，并使混凝土与钢筋及预埋件紧密结合，从而保证混凝土的最大密实度，提高混凝土质量。因此隧道二次衬砌混凝土质量的提高也应以振捣质量为主。目前二衬混凝土施工捣固方式基本采用插入式振捣棒结合普通附着式振动器的方式进行，而且由于现场工人对于附着式振动器时间不易控制，容易造成振捣不足或者过振，出现“空隙”或者“砂线”，很多时候附着式振捣器成为摆设。而完全依靠传统的插入式振捣棒振捣有以下弊端，二衬厚度较小，一般只有35cm～55cm厚，台车混凝土窗口间距较大，插入式振捣棒无法全面覆盖，容易造成漏振；而且在有钢筋衬砌中捣固更是不易，即使捣固也是窗口左右50～80cm范围，两窗口间的混凝土捣固不到位。因此脱模后二衬表观质量较差，边墙容易出现蜂窝麻面、露骨的情况，拱顶则经常会出现脱空现象，混凝土强度难以达到设计要求。
技术实现要素：
本发明的目的在于设计一种用于隧道二衬施做混凝土的自动振捣系统及振捣方法，该系统可以搭载在二衬施做台车上，实现振捣全面覆盖，精细化、自动化程度高。
为实现上述目的，本设计采用如下技术方案：
一种用于隧道二衬施做混凝土自动振捣系统，其特征在于，包括：
二衬模板，其上预留有以设定间距规则排列的振捣孔；
振捣装置，具有若干可沿轴向伸缩的振捣棒和设于所述振捣棒一侧用以连接所述振捣棒的水平设置的纵向行走杆，所述振捣棒之间的间距与所述预留振捣孔的设定间距相应；
水平支杆，用以固定所述振捣装置并为其提供纵向行走路径，其中所述振捣装置的纵向行走杆以可沿所述水平支杆轴向运动的方式套装在所述水平支杆上；
具有设定弧度的设于所述水平支杆两端并支撑于地面的两个环向支杆，所述水平支杆的两端以可沿所述环向支杆运动的方式固定在所述环向支杆上。
所述纵向行走杆通过纵向行走机构以可自动行走的方式套装在所述水平支杆上。
所述纵向行走机构包括纵向行走轨道、第二马达、齿轮和滑动套管；所述纵向行走轨道由圆柱钢纵向剖切制成，剖切面设有凹槽，凹槽可以与所述齿轮咬合；所述齿轮由马达提供转动力转动，通过连接件与所述滑动套管连接为一体；所述滑动套管上固定有振捣装置；通过齿轮的转动带动滑动套管水平移动，实现振捣装置的水平移动。
所述水平支杆通过环向行走机构以可自动行走的方式固定在所述环向支杆上。
所述环向行走轨道由具有设定弧度的工字钢组成，轨道的设定弧度与所述二衬模板断面的弧度相应；所述第一马达提供行走动力，带动所述滚轮转动实现沿所述环向行走轨道行走；所述滚轮连接件与所述水平支杆连接。
所述振捣孔内侧设有用以封堵所述振捣孔的止浆塞，所述止浆塞包括位于后端的止塞部和位于前端的连接部，所述止塞部的外径大于所述振捣孔的外径，所述连接部为具有内螺纹的筒状结构，并且可以穿过所述振捣孔；所述振捣孔的外侧设有止浆塞锁卡，所述止浆塞锁卡可拆卸的与所述止浆塞连接部的端部固定连接；所述振捣棒可沿轴向旋转，其端部具有与所述止浆塞连接部的内螺纹配合的外螺纹。
所述止浆塞的连接部的端部设有环向凹槽，所述止浆塞锁卡为环形锁卡，所述环形锁卡闭合成环时与所述环向凹槽紧密咬合从而实现二者的连接。
所述二衬模板在振捣孔的外侧设有螺纹连接的振捣孔封盖。
所述振捣孔的设定间距为20-50cm。
一种用于隧道二衬施做混凝土自动振捣系统的振捣方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将振捣装置通过水平支杆移动到环向支杆的最下端，使振捣棒可自由通过相应的振捣孔；
步骤2：灌注混凝土，将振捣棒通过自动伸缩结构迅速插入灌注混凝土，将振捣棒通过自动伸缩结构迅速插入混凝土中，进行混凝土振捣，振捣完成后，将振捣棒缓慢抽出，并封堵振捣孔；
步骤3：将振捣装置通过环向行走机构向上移动到下一排预留振捣孔位置处，如果振捣孔是梅花形布置，则振捣装置还需要通过纵向行走机构沿水平移动；
步骤4：进行下一个循环关注混凝土并振捣。
本发明的收敛测量工作具有以下优点：
本发明通过二衬模板上的预留振捣孔控制振捣的全面覆盖，克服了传统振捣工艺漏振的不足，振捣棒的精确定位防止了振捣过程对钢筋的震动影响；通过自动伸缩机构控制振捣棒的伸缩速到和伸缩距离，实现了混凝土振捣的精细化控制；通过环向行走机构和纵向行走机构，控制振捣装置的移动，自动化程度高；并通过止浆塞防止混凝土溢出，控制了二衬质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图a；
图2为本发明的结构示意图b；
图3环向行走机构示意图
图4环向行走机构与纵向行走轨道连接详图
图5环向行走机构马达1#与滚轮详图
图6纵向行走机构分解图
图7纵向行走机构马达2#与齿轮详图
图8纵向行走机构示意图
图9纵向行走轨道凹槽
图10振捣装置示意图
图11止浆塞、止浆塞锁卡与二衬模板关系图
图12止浆塞与止浆塞锁卡作用关系图
图13止浆塞锁卡结构示意图
图14止浆塞结构示意图
其中包括1振捣装置；2自行走机构；3二衬模板；4预留振捣孔；5止浆塞；6止浆塞锁卡；7振捣棒；8自动伸缩结构；9纵向行走机构；10环向行走机构；11环向行走轨道；12马达1#；13滚轮；14滚轮连接件；15纵向行走轨道；16马达2#；17齿轮；18滑动套管；19凹槽；20环向凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明做进一步说明：
实施例1：
一种用于隧道二衬施做混凝土自动振捣系统，其主要包括振捣装置1；自行走机构2；二衬模板3；预留振捣孔4；止浆塞5；止浆塞锁卡6；振捣棒7；自动伸缩结构8；纵向行走机构9；环向行走机构10。振捣装置1包括振捣棒7和自动伸缩结构8；自行走机构2包括纵向行走机构9和环向行走机构10；二衬模板3包括预留振捣孔4、止浆塞5和止浆塞锁卡6。其中，止浆塞5安放在预留振捣孔4内，止浆塞锁卡6可以将止浆塞5锁住在预留振捣孔4内，振捣棒7和伸缩结构8可以沿着纵向行走机构9水平移动，纵向行走机构9可以沿着环向行走机构10环向移动，振捣棒7与止浆塞5可以通过螺纹连接。
所述振捣装置1由一系列振捣棒7和自动伸缩结构8组成；振捣棒7可由自动伸缩结构8控制改变插入混凝土的深度，振捣棒7可以旋转，与止浆塞5通过螺纹连接；振捣装置1与所述纵向行走机构9的滑动套管18连接，通过纵向行走结构实现水平移动。
所述自行走机构2包括环向行走机构10和纵向行走机构9；所述纵向行走机构9与振捣装置1连接，实现振捣装置1的水平移动；所述环向行走机构10带动纵向行走机构9沿隧道洞周环向行走，实现了振捣装置1的环向移动。
所述环向行走机构10包括环向行走轨道11、马达1#12、滚轮13和滚轮连接件14；所述环向行走轨道11由具有设定弧度的工字钢组成，轨道设定弧度与所述二衬模板3断面的弧度相应；所述马达1#12提供行走动力，带动所述滚轮13转动实现沿所述环向行走轨道11行走；滚轮连接件14与所述纵向行走机构9的行走轨道连接。
所述纵向行走机构9包括纵向行走轨道15、马达2#16、齿轮17和滑动套管18；所述纵向行走轨道15由圆柱钢纵向剖切制成，剖切面设有凹槽19，凹槽19可以与所述齿轮17咬合；所述齿轮17由马达2#16提供转动力转动，通过连接件与所述滑动套管18连接为一体；所述滑动套管18上固定有振捣装置1；通过齿轮17的转动带动滑动套管18水平移动，实现振捣装置1的水平移动。
所述二衬模板3预留有设定间距20～50cm规则排列的振捣孔4，振捣棒7可以穿过振捣孔4进行混凝土振捣施工，振捣完成后止浆塞5将振捣孔4封堵，防止混凝土通过振捣孔4溢出。
所述止浆装置包括止浆塞5、止浆塞锁卡6；所述止浆塞5上前端设有环向凹槽20，后端半径大于前端，止浆塞5不能通过振捣孔4，止浆塞5与振捣棒7通过螺纹连接；所述止浆塞锁卡6为环形锁卡，环形锁卡闭合成环时可以与所述止浆塞5上的环向凹槽20紧密咬合，实现将止浆塞5锁住在二衬模板3上。
一种用于隧道二衬施做混凝土自动振捣系统，其特征在于，实现方法包括以下几步：
1)将振捣装置1通过自行走机构2移动到最下端，将振捣棒7与止浆塞5通过螺纹连接，打开止浆塞锁卡6，使振捣棒7可以自由通过二衬模板3。
2)灌注混凝土，将振捣棒7通过自动伸缩结构8迅速插入混凝土中，进行混凝土振捣，振捣完成后，将振捣棒7缓慢抽出，当止浆塞5恢复至二衬模板3原位时，将振捣棒7和止浆塞5脱离，此时止浆塞5可以起到防止浆液通过预留振捣孔4溢出。
3)将振捣装置1通过环向行走机构10向上移动到下一排预留振捣孔4位置处，如果振捣孔4是梅花形布置，则振捣装置1还需要通过纵向行走机构9沿水平移动。
4)进行下一个循环关注混凝土并振捣
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。
技术特征：
1.一种用于隧道二衬施做混凝土自动振捣系统，其特征在于，包括：
二衬模板，其上预留有以设定间距规则排列的振捣孔；
振捣装置，具有若干可沿轴向伸缩的振捣棒和设于所述振捣棒一侧用以连接所述振捣棒的水平设置的纵向行走杆，所述振捣棒之间的间距与所述预留振捣孔的设定间距相应；
水平支杆，用以固定所述振捣装置并为其提供纵向行走路径，其中所述振捣装置的纵向行走杆以可沿所述水平支杆轴向运动的方式套装在所述水平支杆上；
具有设定弧度的设于所述水平支杆两端并支撑于地面的两个环向支杆，所述水平支杆的两端以可沿所述环向支杆运动的方式固定在所述环向支杆上。
2.根据权利要求1所述的一种用于隧道二衬施做混凝土的自动振捣系统，其特征在于：所述纵向行走杆通过纵向行走机构以可自动行走的方式套装在所述水平支杆上。
3.根据权利要求2所述的一种用于隧道二衬施做混凝土的自动振捣系统，其特征在于：所述纵向行走机构包括纵向行走轨道、第二马达、齿轮和滑动套管；所述纵向行走轨道由圆柱钢纵向剖切制成，剖切面设有凹槽，凹槽可以与所述齿轮咬合；所述齿轮由马达提供转动力转动，通过连接件与所述滑动套管连接为一体；所述滑动套管上固定有振捣装置；通过齿轮的转动带动滑动套管水平移动，实现振捣装置的水平移动。
4.根据权利要求1所述的一种用于隧道二衬施做混凝土的自动振捣系统，其特征在于：所述水平支杆通过环向行走机构以可自动行走的方式固定在所述环向支杆上。
5.根据权利要求4所述的一种用于隧道二衬施做混凝土的自动振捣系统，其特征在于：所述环向行走机构包括环向行走轨道、第一马达、滚轮和滚轮连接件；所述环向行走轨道由具有设定弧度的工字钢组成，轨道的设定弧度与所述二衬模板断面的弧度相应；所述第一马达提供行走动力，带动所述滚轮转动实现沿所述环向行走轨道行走；所述滚轮连接件与所述水平支杆连接。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种用于隧道二衬施做混凝土的自动振捣系统，其特征在于：所述振捣孔内侧设有用以封堵所述振捣孔的止浆塞，所述止浆塞包括位于后端的止塞部和位于前端的连接部，所述止塞部的外径大于所述振捣孔的外径，所述连接部为具有内螺纹的筒状结构，并且可以穿过所述振捣孔；所述振捣孔的外侧设有止浆塞锁卡，所述止浆塞锁卡可拆卸的与所述止浆塞连接部的端部固定连接；所述振捣棒可沿轴向旋转，其端部具有与所述止浆塞连接部的内螺纹配合的外螺纹。
7.根据权利要求6所述的一种用于隧道二衬施做混凝土的自动振捣系统，其特征在于：所述止浆塞的连接部的端部设有环向凹槽，所述止浆塞锁卡为环形锁卡，所述环形锁卡闭合成环时与所述环向凹槽紧密咬合从而实现二者的连接。
8.根据权利要求1-5任一所述的一种用于隧道二衬施做混凝土的自动振捣系统，其特征在于：所述二衬模板在振捣孔的外侧设有螺纹连接的振捣孔封盖。
9.根据权利要求1-5任一所述的一种用于隧道二衬施做混凝土的自动振捣系统，其特征在于：所述振捣孔的设定间距为20-50cm。
10.一种用于隧道二衬施做混凝土自动振捣系统的振捣方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将振捣装置通过水平支杆移动到环向支杆的最下端，使振捣棒可自由通过相应的振捣孔；
步骤2：灌注混凝土，将振捣棒通过自动伸缩结构迅速插入灌注混凝土，将振捣棒通过自动伸缩结构迅速插入混凝土中，进行混凝土振捣，振捣完成后，将振捣棒缓慢抽出，并封堵振捣孔；
步骤3：将振捣装置通过环向行走机构向上移动到下一排预留振捣孔位置处，如果振捣孔是梅花形布置，则振捣装置还需要通过纵向行走机构沿水平移动；
步骤4：进行下一个循环关注混凝土并振捣。
技术总结
本发明涉及一种用于隧道二衬施做混凝土的自动振捣系统及振捣方法，系统，包括：二衬模板，其上预留有以设定间距规则排列的振捣孔；振捣装置，具有若干可沿轴向伸缩的振捣棒和设于所述振捣棒一侧用以连接所述振捣棒的水平设置的纵向行走杆，所述振捣棒之间的间距与所述预留振捣孔的设定间距相应；水平支杆，用以固定所述振捣装置并为其提供纵向行走路径，其中所述振捣装置的纵向行走杆以可沿所述水平支杆轴向运动的方式套装在所述水平支杆上；具有设定弧度的设于所述水平支杆两端并支撑于地面的两个环向支杆，所述水平支杆的两端以可沿所述环向支杆运动的方式固定在所述环向支杆上。
技术研发人员：宋贵杰;许振浩;张文坤;何树江;王焕;苏国举;梁金宝;李兴刚
受保护的技术使用者：中铁十四局集团第二工程有限公司;山东大学
文档号码：201611124161
技术研发日：2016.12.08
技术公布日：2017.05.10
声明：
“用于隧道二衬施做混凝土的自动振捣系统及振捣方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中铁十四局集团第二工程有限公司;山东大学
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2024年12月06日 ~ 08日 
