一种轨道式隧道衬砌台车防水垫层无缝铺设装置

技术领域

本发明属于隧道建设中防水垫层铺设技术研究领域，尤其涉及一种在防水垫层铺设后与初衬贴合不紧密而出现大量缝隙、气泡情况下，实现隧道衬砌台车防水垫层的无缝铺设装置。

背景技术

隧道工程中，防水垫层的铺设对于保护隧道结构免受水蚀和渗漏的影响至关重要。传统的隧道衬砌台车防水垫层铺设方法存在一些不足之处，如施工效率低、耐久性差、施工质量难以保证等，限制了施工效率和质量的提升。

目前，常见的隧道衬砌台车防水垫层铺设方法主要包括手工铺设和机械铺设两种。手工铺设方式虽然能够满足一定的施工需求，但工作强度大、施工速度慢。人工操作容易受到施工人员技术水平和疲劳程度的影响，造成铺设质量的不稳定性，防水垫层和初衬之间存在大量缝隙和气泡。机械铺设方式虽然提高了施工效率，但机械设备庞大、施工难度大，增加了施工成本和时间。同样，机械法铺设的防水垫层与初衬之间通常也存在较多的缝隙和气泡等。这些传统的防水垫层铺设技术将导致二次衬砌与初次支护贴合不紧密，衬砌层部分出现空洞、防水性能变差等情况，并可能诱发裂缝、漏水和掉块的风险，降低隧道的防水性、结构强度、耐久性和安全性。

因此，针对目前隧道建设过程中衬砌台车防水垫层铺设后出现大量缝隙和气泡导致二次衬砌和初衬之间贴合不紧密问题，实现隧道衬砌台车防水垫层无缝铺设装置技术研究迫在眉睫。

发明内容

为了克服传统隧道衬砌台车防水垫层在铺设过程中产生广泛的缝隙和气泡，导致二次衬砌和初衬之间贴合不紧密、引起隧道结构防水性和结构强度下降的不足，本发明提供了一种轨道式用于隧道衬砌台车防水垫层铺设的无缝铺设装置，旨在解决传统方法在隧道工程中铺设防水垫层时产生大量缝隙等问题，通过特殊设计的装置结构和施工工艺，最大程度减少了防水垫层与初衬之间的缝隙，实现了高效、均匀的防水垫层铺设，提高了隧道施工的质量和效率，以及隧道结构的防水性和安全性。该装置可广泛应用于各类隧道工程中，具有广阔的市场前景。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种轨道式隧道衬砌台车防水垫层无缝铺设装置，包括防水垫层材料供给装置、自动铺设装置和控制系统，所述防水垫层材料供给装置负责供给防水垫层材料，并确保材料的均匀性和稳定性；所述自动铺设装置通过控制系统和传感器监测，能够实现铺设辊的移动速度和压力的精确控制，从而确保铺设的均匀性和紧密性；所述自动铺设装置包括多个铺设单元，每个铺设单元包括铺设辊和传动装置，所述铺设辊由传动装置带动转动，所述铺设辊位于所述防水垫层材料供给装置的出料处；所述控制系统用于整个装置的运行和移动，确保铺设过程的精确性和稳定性，并实现防水垫层铺设装置沿隧道径向的移动和沿隧道轴向的移动。

进一步，所述防水垫层材料供给装置包括储料仓、送料机构和供料控制装置，所述储料仓用于存放防水垫层材料，所述送料机构通过供料控制装置将材料均匀地供给到铺设辊，所述储料仓连接伸缩式支撑杆的前端，所述伸缩式支撑杆的尾端连接在控制系统的移动轨道上。

再进一步，所述铺设单元中，所述铺设辊用于将防水垫层材料均匀地铺设在隧道衬砌台车表面，所述传动装置控制铺设辊的速度和铺设厚度。

所述控制系统包括系统运行操作装置和移动装置，所述系统运行操作装置根据设定的参数控制防水垫层材料供给、自动铺设，实现铺设的自动化；所述移动装置可以使得铺设辊沿隧道径向大范围移动，也可以沿隧道轴向在衬砌台车两个端头内来回移动；所述控制系统还可以控制伸缩式支撑杆的长短，在铺设防水垫层时，通过伸缩式支撑杆施加一定的支撑力，使得超弹柔性铺设辊发生弹性变形，从而使防水垫层与曲面岩壁紧密贴合，达到无缝铺设的目的。

进一步，所述移动装置包括轴向移动轨道和径向移动轨道，在衬砌台车顶部沿隧道轴向铺设轴向移动轨道，沿隧道径向铺设径向移动轨道；所述径向移动轨道可整体沿轴向移动轨道移动，移动范围为从衬砌台车前端至后端。

本发明的有益效果主要表现在：解决传统方法在隧道工程中铺设防水垫层时产生大量缝隙等问题，通过特殊设计的装置结构和施工工艺，最大程度减少了防水垫层与初衬之间的缝隙，实现了高效、均匀的防水垫层铺设，提高了隧道施工的质量和效率，以及隧道结构的防水性和安全性。该装置可广泛应用于各类隧道工程中，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1是轨道式隧道衬砌台车防水垫层无缝铺设装置的原理图。

图2是移动轨道示意图。

图3是径向移动示意图。

图4是轴向移动的示意图。

其中，1.铺设辊，2.传动装置，3.防水垫层材料供给装置，4.伸缩式支撑杆，5.轴向移动轨道，6.径向移动轨道，7.初衬，8.防护罩，9.系统运行操作装置，10.铺设单元，11.衬砌台车，12.轴向移动底座，31.储料仓，32.送料机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4，一种轨道式隧道衬砌台车防水垫层无缝铺设装置，包括防水垫层材料供给装置3、自动铺设装置和控制系统，所述防水垫层材料供给装置负责供给防水垫层材料，并确保材料的均匀性和稳定性；所述自动铺设装置通过控制系统和传感器监测，能够实现铺设辊的移动速度和压力的精确控制，从而确保铺设的均匀性和紧密性；所述自动铺设装置包括多个铺设单元10，每个铺设单元10包括铺设辊1和传动装置2，所述铺设辊1由传动装置2带动转动，所述铺设辊1位于所述防水垫层材料供给装置3的出料处；所述控制系统用于整个装置的运行和移动，确保铺设过程的精确性和稳定性，并实现防水垫层铺设装置沿隧道径向的移动和沿隧道轴向的移动。

进一步，所述防水垫层材料供给装置3包括储料仓31、送料机构32和供料控制装置，所述储料仓31用于存放防水垫层材料，所述送料机构32通过供料控制装置将材料均匀地供给到铺设辊，所述储料仓31连接伸缩式支撑杆4的前端，所述伸缩式支撑杆4的尾端连接在控制系统的移动轨道(径向移动轨道)上。

再进一步，所述铺设单元10中，所述铺设辊1用于将防水垫层材料均匀地铺设在隧道衬砌台车表面，所述传动装置2控制铺设辊的速度和铺设厚度。

所述控制系统包括系统运行操作装置9和移动装置，所述系统运行操作装置9根据设定的参数控制防水垫层材料供给、自动铺设，实现铺设的自动化；所述移动装置可以使得铺设辊沿隧道径向大范围移动，也可以沿隧道轴向在衬砌台车两个端头内来回移动；所述控制系统还可以控制伸缩式支撑杆的长短，在铺设防水垫层时，通过伸缩式支撑杆施加一定的支撑力，使得超弹柔性铺设辊发生弹性变形，从而使防水垫层与曲面岩壁紧密贴合，达到无缝铺设的目的。

进一步，所述移动装置包括轴向移动轨道5和径向移动轨道6，在衬砌台车顶部沿隧道轴向铺设轴向移动轨道5，沿隧道径向铺设径向移动轨道6；所述径向移动轨道6可整体沿轴向移动轨道5移动，移动范围为从衬砌台车11前端至后端，所述径向移动轨道6安装在轴向移动底座12上，所述轴向移动底座12可滑动地安装在轴向移动轨道5上。

本实施例的防水垫层材料供给装置中，储料仓侧方设有开口，方便更换防水垫层材料。防水垫层材料经由送料机构输送到铺设辊处。通过控制防水材料的供给速度确保防水材料的稳定供给，并通过传感器监测材料的余量(采用现有技术的余量检测方式实现)，以便及时补充材料。

所述铺设单元中，铺设辊通过传动装置的驱动，将防水垫层材料均匀平滑紧密地铺设在初衬7岩壁上，并通过热空气焊枪或热封机使防水垫层熔化，并与塑料垫片粘接牢固。

控制系统通过精确控制传动装置的速度和铺设辊的压力，实现铺设的均匀性和紧密程度。同时，可以根据隧道衬砌台车的形状和尺寸，通过调整伸缩式支撑杆的长度，自动调整铺设路径、铺设高度等参数。此外，通过调整控制，可以使防水垫层无缝铺设装置沿着隧道径向和轴向在衬砌台车表面移动。

所述控制系统负责整个装置的运行和控制，根据预设的参数控制防水垫层材料供给装置和铺设装置的运行。同时，控制系统还配备了传感器，用于监测铺设过程中的温度、压力和速度等参数，并根据实时数据进行调整和控制。

为了提高施工效率和安全性，装置还配备了一系列安全措施。例如，装置的传动装置和辊轴采用防护罩8保护，以避免操作人员接触到危险部件。此外，装置还配置有紧急停止装置，一旦发生紧急情况，操作人员可以立即触发停止装置，确保施工过程的安全。

本实施例采用模块化设计，结构简单，稳定性高，易于维护，有效提高了装置的使用寿命和可靠性。防水垫层铺设宽度为3.0m。

通过传感器和控制系统，能够自动调节伸缩式支撑杆的伸缩长度，调节方式采用现有常用的技术手段实现；以适应不同隧道内壁的高度变化，从而保证防水垫层的铺设质量和紧密度。

本装置通过激光定位系统和传感器，能够自动对中，确保防水垫层铺设过程中不会出现偏移和错位，通常可在5-10mm范围内进行精确控制，从而实现防水垫层的均匀铺设，这里的激光定位系统和传感器也是采用现有技术实现。

所述控制系统能够实时监测和调整防水垫层的铺设速度，以保证铺设质量和均匀性。

所述铺设辊采用柔性铺设辊，即防水垫层铺设辊采用超弹柔性材料制作而成，在连接杆压力作用下，自动适应初衬岩壁曲面变形，实现防水垫层与曲面岩壁的紧密无缝贴合。

通过控制系统精确控制铺设辊的移动速度，能够实现高效的铺设速度，具体根据隧道衬砌台车的尺寸和施工要求进行调整，一般可达到每小时10-20m

根据调节伸缩式支撑杆的长短，适用于小断面隧道(3-10m

所述控制系统提供了人机界面，操作人员可以通过界面进行装置的设置、监控和调整。同时，装置采用了先进的安全措施，如传感器监测、紧急停止装置等，确保操作人员的安全和装置的可靠性。

本实施例的方案适用于各类隧道工程，包括公路隧道、铁路隧道、地铁隧道等，设计具有一定的可扩展性，可以根据具体工程的要求进行调整和扩展，以适应不同尺寸和形状的隧道衬砌台车。

本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。