一种隧道施工用管片外止水环化学成型装置

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道施工用管片外止水环化学成型装置。

背景技术

水利和交通隧道是目前城市建设中必要的建设项目，现有的隧道通常深度较深，并且随着城市规模的扩大，其长度也较长。在硬岩地质，通常使用TBM（全断面岩石掘进机，英文为Full Face Rock Tunnel Boring Machine，取隧洞掘进机首字母即为TBM）施工，软岩地质则用盾构机施工，两种方法刀盘开挖断面和衬砌管片之间的空间一般先用豆砾石通过管片预制孔吹填，再进行水泥回填灌浆把豆砾石固结，以保证管片与围岩密接。但由于纵向（轴线方向）没有分割成仓，灌浆从后往前、从下往上实际为水泥浆积层法，前端浆液处于自由流动状态，向掘进方向延伸达200多米，后端高处还难以起压，而因为水泥浆液没有压力，造成回填灌浆不密实、前端漏浆很容易固结掘进设备等问题，难以提高灌浆成芯强度，影响隧道长期安全运行。

如中国专利CN105626096A，公开了一种TBM用豆砾石吹填施工工艺，在管片拼装完成后，进行管片全环豆砾石均匀回填，降低成型管片错台，取得了预期效果。管片与围岩壁四周之间形成约140mm空腔间隙，这部分空间与洞内预制管片的吊装孔相通，为了稳定混凝土预制构件，将粒径为5～10mm的豆砾石用高压风从吊装孔喷入，填充管片与围岩间的空间，然后进行灌浆，凝结豆砾石，使管片得到稳定，同时传递山岩压力或内水压力，使管片、凝结的豆砾石和围岩形成密实整体，这就是豆砾石吹填工艺。虽然该种回填方式保证了豆砾石回填的密实效果，但是仍然无法保证灌浆过程中，灌浆回填的密实程度。

因此，需要一种隧道施工用管片外止水环化学成型装置，以解决上述问题。

发明内容

为了解决上述问题，即为了解决隧道回填灌浆过程中无法保证灌浆密实的问题，本发明提供了一种隧道施工用管片外止水环化学成型装置。

一种隧道施工用管片外止水环化学成型装置，包括架体，所述架体包括两个对称设置的第一圆筒，两个所述第一圆筒的相背端分别固定套设有安装盘，每个所述安装盘上固定连接有两个支撑杆，四个所述支撑杆的底端共同固定连接有底座，其中一个所述安装盘上开设有通孔，所述通孔连通设置有外部输送设备，两个所述第一圆筒之间对称设置有两个输出机构；所述输出机构包括转动套设在所述第一圆筒上的安装筒，两个所述输出机构中的两个所述安装筒的相邻端密封转动连接，所述安装筒上开设有第二圆筒，所述第二圆筒上连通设置有输送管。通过成型装置的设置，使得豆砾石在吹填完毕后，通过输送管能够将化学浆液输送到豆砾石中，并且根据安装筒的转动，能够通过输送管对隧道管片圆周方向上的豆砾石进行化学浆液的灌浆，从而形成止水环，将两个止水环之间的豆砾石封堵，方便后续水泥浆液的灌入，使得水泥浆液灌入时容易与豆砾石形成紧密结构，同时避免掘进设备的前端漏浆。

优选的，所述输出机构还包括搅拌件，所述搅拌件包括固定连接在所述安装盘上的电机，所述电机的输出端贯穿所述安装盘进入到所述安装筒中，所述电机的输出端上沿其轴线方向固定套设有两组搅拌杆组，每组搅拌杆组包括沿圆周方向固定套设在所述电机输出端上的四个搅拌杆。使用时，化学浆料输送进入到安装筒中时，启动电机，电机的输出端转动，电机的输出端带动搅拌杆转动，搅拌杆带动搅拌叉转动，搅拌杆与搅拌叉共同对安装筒中的化学浆料进行搅拌，使得化学浆料中的两种材料充分混合，方便化学浆料后续的发泡。

优选的，每个所述搅拌杆上设置有搅拌叉。

优选的，所述输出机构还包括摆动件，安装筒的内壁上沿圆周方向均匀设置有四个所述摆动件，所述摆动件包括开设在所述安装筒内壁上的安装槽，所述安装槽中滑动连接有抵接块，所述抵接块与所述安装槽之间连接有第一弹簧，所述抵接块的端面为斜面，所述搅拌杆能够与所述抵接块抵接。使用时，当电机正向转动时，电机带动搅拌杆转动，搅拌杆转动过程中与摆动件中的抵接块的斜面抵接，由于抵接块的阻挡作用，使得搅拌杆转动时通过抵接块带动安装筒转动一定的角度，同时由于抵接块上的斜面作用，使得搅拌杆与抵接块的抵接过程中带动抵接块向安装槽中移动，同时压缩第一弹簧，当抵接块与搅拌杆脱离抵接后，安装筒在输送管的重力作用下复位，当下一个搅拌杆与抵接块抵接后，重复上述动作，从而使得安装筒不断进行正反转动，从而安装筒带动输送管摆动，方便化学浆液在输送管中的输送；当装置使用完毕后，反向启动电机，使得电机的输出端反向转动，电机带动搅拌杆转动，搅拌杆转动过程中与抵接块上的平面抵接，使得搅拌杆通过抵接块带动安装筒转动，安装筒带动输送管缠绕在安装筒上，方便装置的收纳。

优选的，输送管为橡胶材料制成的软管。

优选的，所述输出机构还包括挤出件，所述挤出件包括固定连接在所述底座上的两个杆套，每个所述杆套中滑动连接有连接杆，每个所述连接杆与所述杆套的底部之间连接有第二弹簧，两个所述连接杆的顶端共同固定连接有抵接板，所述抵接板与所述安装筒之间的距离为2-3cm。

优选的，所述挤出件还包括开设在所述抵接板中的两个流通槽，每个所述流通槽的顶壁开设有多个流出孔，每个所述连接杆中开设有连通槽，所述连通槽与所述流通槽连通，所述杆套中容纳有养护液。

优选的，所述挤出件还包括连通设置在所述杆套底端的加液管，所述加液管中螺纹连接有封堵盖。

优选的，所述安装筒与安装盘之间设置有连接机构，所述连接机构包括固定连接在所述安装盘上的滑轨，所述滑轨为环形，所述滑轨的轨道槽开口朝向所述安装筒，所述滑轨中对称设置有两个滑块，所述滑块与所述滑轨滑动连接，每个所述滑块与所述安装筒固定连接，所述滑轨中的轨道槽为T形滑槽，所述滑块为T形滑块。

优选的，所述第一圆筒中设置有加热机构，所述加热机构包括开设在所述第一圆筒中的加热槽，所述加热槽中设置有环形的加热棒，所述加热棒与外部电源电性连接。使用时，外部电源向加热棒供电，使得加热棒加热，从而对第一圆筒之间的化学浆料进行加热，提高其中的化学浆料的活性。

本发明的有益效果为：

1、本发明通过成型装置的设置，使得豆砾石在吹填完毕后，通过输送管能够将化学浆液输送到豆砾石中，并且根据安装筒的转动，能够通过输送管对隧道管片圆周方向上的豆砾石进行化学浆液的灌浆，从而形成止水环，将两个止水环之间的豆砾石封堵，方便后续水泥浆液的灌入，使得水泥浆液灌入时容易与豆砾石形成紧密结构，同时避免掘进设备的前端漏浆。

2、本发明通过搅拌件的设置，使得化学浆料在通过输送管进入到豆砾石之前，搅拌件能够对化学浆料进行搅拌，使得化学浆料中的两种材料充分混合，方便化学浆料后续与豆砾石的发泡固结，使得止水环更加紧密。

3、本发明通过摆动件的设置，使得搅拌杆转动时，能够通过摆动件带动安装筒进行正反转动，从而使得安装筒带动输送管不断进行摆动，方便化学浆液在安装筒中的输送，避免输送管发生弯折，导致化学浆液输送不畅，同时使得化学浆液在输送管中输送的过程中混合的更加均匀，并且输送管的摆动，能够使得输送管插入隧道管片与隧道孔洞之间的部分能够进行摆动，增加化学浆液直接喷向的方向，从而使得化学浆液的分布更加均匀；同时通过摆动件的设置，使得搅拌杆反向转动时，能够通过摆动件带动安装筒持续朝一个方向转动，从而将输送管缠绕在安装筒上，方便装置进行收纳。

4、本发明通过挤出件的设置，使得输送管缠绕在安装筒上时，抵接板与安装筒配合能够将输送管中残留的化学浆液挤出，防止化学浆液在输送管中大量残留，导致堵塞输送管，同时抵接板能够对输送管起限制作用，方便装置的收纳。

5、本发明通过流通槽以及流出孔的设置，使得输送管进入到抵接板与安装筒之间时，流出孔能够不断输出养护液到输送管的表面上，防止输送管在长时间使用过程中发生老化开裂，提高输送管的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明的主视图；

图4为本发明图3中A-A处的等轴侧剖视图；

图5为本发明图4中B处的局部放大图；

图6为本发明图4中C处的局部放大图；

图7为本发明的右视图；

图8为本发明图7中D-D处的等轴侧剖视图；

图9为本发明图7中E-E处的等轴侧剖视图；

图10为本发明图9中F处的局部放大图；

图11为本发明图9中G处的局部放大图。

图中：

1、架体；11、第一圆筒；12、安装盘；13、支撑杆；14、底座；

2、输出机构；21、安装筒；22、第二圆筒；23、输送管；24、搅拌件；241、电机；242、搅拌杆；243、搅拌叉；25、摆动件；251、安装槽；252、抵接块；253、第一弹簧；26、挤出件；261、杆套；262、连接杆；263、第二弹簧；264、抵接板；265、流通槽；266、流出孔；267、连通槽；268、加液管；269、封堵盖；

3、连接机构；31、滑轨；32、滑块；33、加热槽；34、加热棒。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

如图1、2、4、8所示，本发明实施例公开了一种隧道施工用管片外止水环化学成型装置，包括架体1，所述架体1包括两个对称设置的第一圆筒11，两个所述第一圆筒11的相背端分别固定套设有安装盘12，每个所述安装盘12上固定连接有两个支撑杆13，四个所述支撑杆13的底端共同固定连接有底座14，其中一个所述安装盘12上开设有通孔，所述通孔连通设置有外部输送设备，两个所述第一圆筒11之间对称设置有两个输出机构2；所述输出机构2包括转动套设在所述第一圆筒11上的安装筒21，两个所述输出机构2中的两个所述安装筒21的相邻端密封转动连接，所述安装筒21上开设有第二圆筒22，所述第二圆筒22上连通设置有输送管23。

具体的，隧道管片上沿其轴线方向开设有两组灌入孔组，每组灌入孔组包括沿管片圆周方向均匀开设的多个灌入孔；使用时，待隧道管片与隧道孔洞之间充满豆砾石后，将成型装置中的两个输送管23分别插入同一组灌入孔组中底部的两个灌入孔中，之后通过外部输送设备将化学浆液灌入隧道管片与隧道孔洞之间，待该部分化学浆液灌入后，将两个输送管23插入更高位置的灌入孔中，继续灌入化学浆液，依次操作，使得化学浆液与豆砾石发泡固结，在隧道管片与隧道孔洞之间形成止水环，从而使得两个止水环之间的豆砾石得以封堵，方便后续水泥浆液的灌入。

通过成型装置的设置，使得豆砾石在吹填完毕后，通过输送管23能够将化学浆液输送到豆砾石中，并且根据安装筒21的转动，能够通过输送管23对隧道管片圆周方向上的豆砾石进行化学浆液的灌浆，从而形成止水环，将两个止水环之间的豆砾石封堵，方便后续水泥浆液的灌入，使得水泥浆液灌入时容易与豆砾石形成紧密结构，同时避免掘进设备的前端漏浆。

进一步的，化学浆液为聚氨酯类的预聚体，分A、B两种料。两种料混合后快速发泡并具有粘结力和一定强度，不同的掺和配比将获得不同的发泡膨化比或抗压强度。每孔灌浆用料量取决于管片与围岩之间的空间大小、豆砾石充盈饱满度、需要的单孔渗透扩散半径，可在现场试验确定。

进一步的，外部输送设备为现有技术，不再赘述，外部输送设备能够将化学浆液通过通孔输送进入到安装筒21中。

如图2、4所示，所述输出机构2还包括搅拌件24，所述搅拌件24包括固定连接在所述安装盘12上的电机241，所述电机241的输出端贯穿所述安装盘12进入到所述安装筒21中，所述电机241的输出端上沿其轴线方向固定套设有两组搅拌杆组，每组搅拌杆组包括沿圆周方向固定套设在所述电机241输出端上的四个搅拌杆242。

进一步的，每个所述搅拌杆242上设置有搅拌叉243。

具体的，使用时，化学浆料输送进入到安装筒21中时，启动电机241，电机241的输出端转动，电机241的输出端带动搅拌杆242转动，搅拌杆242带动搅拌叉243转动，搅拌杆242与搅拌叉243共同对安装筒21中的化学浆料进行搅拌，使得化学浆料中的两种材料充分混合，方便化学浆料后续的发泡。

通过搅拌件24的设置，使得化学浆料在通过输送管23进入到豆砾石之前，搅拌件24能够对化学浆料进行搅拌，使得化学浆料中的两种材料充分混合，方便化学浆料后续与豆砾石的发泡固结，使得止水环更加紧密。

如图4、5所示，所述输出机构2还包括摆动件25，安装筒21的内壁上沿圆周方向均匀设置有四个所述摆动件25，所述摆动件25包括开设在所述安装筒21内壁上的安装槽251，所述安装槽251中滑动连接有抵接块252，所述抵接块252与所述安装槽251之间连接有第一弹簧253，所述抵接块252的端面为斜面，所述搅拌杆242能够与所述抵接块252抵接。

具体的，使用时，当电机241正向转动时，电机241带动搅拌杆242转动，搅拌杆242转动过程中与摆动件25中的抵接块252的斜面抵接，由于抵接块252的阻挡作用，使得搅拌杆242转动时通过抵接块252带动安装筒21转动一定的角度，同时由于抵接块252上的斜面作用，使得搅拌杆242与抵接块252的抵接过程中带动抵接块252向安装槽251中移动，同时压缩第一弹簧253，当抵接块252与搅拌杆242脱离抵接后，安装筒21在输送管23的重力作用下复位，当下一个搅拌杆242与抵接块252抵接后，重复上述动作，从而使得安装筒21不断进行正反转动，从而安装筒21带动输送管23摆动，方便化学浆液在输送管23中的输送，同时使得化学浆液在输送管23中输送的过程中混合的更加均匀；当装置使用完毕后，反向启动电机241，使得电机241的输出端反向转动，电机241带动搅拌杆242转动，搅拌杆242转动过程中与抵接块252上的平面抵接，使得搅拌杆242通过抵接块252带动安装筒21转动，安装筒21带动输送管23缠绕在安装筒21上，方便装置的收纳。

通过摆动件25的设置，使得搅拌杆242转动时，能够通过摆动件25带动安装筒21进行正反转动，从而使得安装筒21带动输送管23不断进行摆动，方便化学浆液在安装筒21中的输送，避免输送管23发生弯折，导致化学浆液输送不畅，同时使得化学浆液在输送管中输送的过程中混合的更加均匀，并且输送管的摆动，能够使得输送管插入隧道管片与隧道孔洞之间的部分能够进行摆动，增加化学浆液直接喷向的方向，从而使得化学浆液的分布更加均匀；同时通过摆动件25的设置，使得搅拌杆242反向转动时，能够通过摆动件25带动安装筒21持续朝一个方向转动，从而将输送管23缠绕在安装筒21上，方便装置进行收纳。

进一步的，输送管23为橡胶材料制成的软管。

如图4、6、7所示，所述输出机构2还包括挤出件26，所述挤出件26包括固定连接在所述底座14上的两个杆套261，每个所述杆套261中滑动连接有连接杆262，每个所述连接杆262与所述杆套261的底部之间连接有第二弹簧263，两个所述连接杆262的顶端共同固定连接有抵接板264，所述抵接板264与所述安装筒21之间的距离为2-3cm。

具体的，使用时，当输送管23缠绕在安装筒21上时，输送管23首先进入到抵接板264与安装筒21之间，在抵接板264的抵接作用下，将输送管23中的化学浆料挤出，同时对输送管23起限制作用，防止输送管23从安装筒21上脱离。

通过挤出件26的设置，使得输送管23缠绕在安装筒21上时，抵接板264与安装筒21配合能够将输送管23中残留的化学浆液挤出，防止化学浆液在输送管23中大量残留，导致堵塞输送管23，同时抵接板264能够对输送管23起限制作用，方便装置的收纳。

如图4、5、6所示，所述挤出件26还包括开设在所述抵接板264中的两个流通槽265，每个所述流通槽265的顶壁开设有多个流出孔266，每个所述连接杆262中开设有连通槽267，所述连通槽267与所述流通槽265连通，所述杆套261中容纳有养护液。

具体的，使用时，当输送管23进入到抵接板264与安装筒21之间时，随着输送管23的不断缠绕，使得抵接板264向下移动，抵接板264向下移动带动连接杆262向下移动，连接杆262压缩第二弹簧263，同时将杆套261中的养护液通过连通槽267挤入到流通槽265中，并且通过流出孔266流入到输送管23的外表面上。

通过流通槽265以及流出孔266的设置，使得输送管23进入到抵接板264与安装筒21之间时，流出孔266能够不断输出养护液到输送管23的表面上，防止输送管23在长时间使用过程中发生老化开裂，提高输送管23的使用寿命。

如图6所示，所述挤出件26还包括连通设置在所述杆套261底端的加液管268，所述加液管268中螺纹连接有封堵盖269。

具体的，使用时，当杆套261中养护液使用完毕后，旋转封堵盖269，使得封堵盖269从加液管268中旋出，之后将养护液通过加液管268加入到杆套261中，之后将封堵盖269旋入加液管268中。

通过加液管268以及封堵盖269的设置，使得杆套261中的养护液能够及时进行补充，方便对输送管23的养护。

如图1、9、11所示，所述安装筒21与安装盘12之间设置有连接机构3，所述连接机构3包括固定连接在所述安装盘12上的滑轨31，所述滑轨31为环形，所述滑轨31的轨道槽开口朝向所述安装筒21，所述滑轨31中对称设置有两个滑块32，所述滑块32与所述滑轨31滑动连接，每个所述滑块32与所述安装筒21固定连接，所述滑轨31中的轨道槽为T形滑槽，所述滑块32为T形滑块。

具体的，使用时，当安装筒21转动时，安装筒21带动滑块32在滑轨31中滑动。

通过连接机构3的设置，使得安装筒21与架体1的连接更加紧密，使得安装筒21转动时更加稳定。

如图4所示，所述第一圆筒11中设置有加热机构，所述加热机构包括开设在所述第一圆筒11中的加热槽33，所述加热槽33中设置有环形的加热棒34，所述加热棒34与外部电源电性连接。

具体的，使用时，外部电源向加热棒34供电，使得加热棒34加热，从而对第一圆筒11之间的化学浆料进行加热，提高其中的化学浆料的活性。

通过加热机构的设置，能够对化学浆料进行加热，从而提高化学浆料的活性，使得化学浆料的黏稠度保持在较低的水平，方便化学浆料的输送。

工作原理：隧道管片上沿其轴线方向开设有两组灌入孔组，每组灌入孔组包括沿管片圆周方向均匀开设的多个灌入孔；使用时，待隧道管片与隧道孔洞之间充满豆砾石后，将成型装置中的两个输送管23分别插入同一组灌入孔组中底部的两个灌入孔中，之后通过外部输送设备将化学浆液灌入隧道管片与隧道孔洞之间，化学浆料输送进入到安装筒21中时，启动电机241，电机241的输出端转动，电机241的输出端带动搅拌杆242转动，搅拌杆242带动搅拌叉243转动，搅拌杆242与搅拌叉243共同对安装筒21中的化学浆料进行搅拌，使得化学浆料中的两种材料充分混合，方便化学浆料后续的发泡；当电机241正向转动时，电机241带动搅拌杆242转动，搅拌杆242转动过程中与摆动件25中的抵接块252的斜面抵接，由于抵接块252的阻挡作用，使得搅拌杆242转动时通过抵接块252带动安装筒21转动一定的角度，同时由于抵接块252上的斜面作用，使得搅拌杆242与抵接块252的抵接过程中带动抵接块252向安装槽251中移动，同时压缩第一弹簧253，当抵接块252与搅拌杆242脱离抵接后，安装筒21在输送管23的重力作用下复位，当下一个搅拌杆242与抵接块252抵接后，重复上述动作，从而使得安装筒21不断进行正反转动，从而安装筒21带动输送管23摆动，方便化学浆液在输送管23中的输送。待该部分化学浆液灌入后，将两个输送管23插入更高位置的灌入孔中，继续灌入化学浆液，依次操作，使得化学浆液与豆砾石发泡固结，在隧道管片与隧道孔洞之间形成止水环，从而使得两个止水环之间的豆砾石得以封堵，方便后续水泥浆液的灌入。当装置使用完毕后，反向启动电机241，使得电机241的输出端反向转动，电机241带动搅拌杆242转动，搅拌杆242转动过程中与抵接块252上的平面抵接，使得搅拌杆242通过抵接块252带动安装筒21转动，安装筒21带动输送管23缠绕在安装筒21上，方便装置的收纳。当输送管23缠绕在安装筒21上时，输送管23首先进入到抵接板264与安装筒21之间，在抵接板264的抵接作用下，将输送管23中的化学浆料挤出，同时对输送管23起限制作用，防止输送管23从安装筒21上脱离。当输送管23进入到抵接板264与安装筒21之间时，随着输送管23的不断缠绕，使得抵接板264向下移动，抵接板264向下移动带动连接杆262向下移动，连接杆262压缩第二弹簧263，同时将杆套261中的养护液通过连通槽267挤入到流通槽265中，并且通过流出孔266流入到输送管23的外表面上。当安装筒21转动时，安装筒21带动滑块32在滑轨31中滑动。使用时，外部电源向加热棒34供电，使得加热棒34加热，从而对第一圆筒11之间的化学浆料进行加热，提高其中的化学浆料的活性。当杆套261中养护液使用完毕后，旋转封堵盖269，使得封堵盖269从加液管268中旋出，之后将养护液通过加液管268加入到杆套261中，之后将封堵盖269旋入加液管268中。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。