CN111396096A - 一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人及施工方法 - Google Patents
一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人及施工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111396096A CN111396096A CN202010339023.0A CN202010339023A CN111396096A CN 111396096 A CN111396096 A CN 111396096A CN 202010339023 A CN202010339023 A CN 202010339023A CN 111396096 A CN111396096 A CN 111396096A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- construction
- reinforcing
- tunnel
- mechanical arm
- track
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 130
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 130
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 100
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 title claims abstract description 31
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 101
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 60
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 60
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 20
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 17
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 14
- 239000003973 paint Substances 0.000 claims description 14
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims description 10
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 9
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 8
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 4
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 claims description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims 4
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 229910001294 Reinforcing steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 5
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 230000008832 photodamage Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000011012 sanitization Methods 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000007569 slipcasting Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000007592 spray painting technique Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/14—Lining predominantly with metal
- E21D11/18—Arch members ; Network made of arch members ; Ring elements; Polygon elements; Polygon elements inside arches
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
- E01D15/00—Movable or portable bridges; Floating bridges
- E01D15/10—Travelling bridges, i.e. roller bridges; Sliding bridges; Rotary cylinder bridges, i.e. rotating about longitudinal axis to invert and raise the road
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/003—Linings or provisions thereon, specially adapted for traffic tunnels, e.g. with built-in cleaning devices
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/14—Lining predominantly with metal
- E21D11/18—Arch members ; Network made of arch members ; Ring elements; Polygon elements; Polygon elements inside arches
- E21D11/183—Supporting means for arch members, not provided for in E21D11/22
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/40—Devices or apparatus specially adapted for handling or placing units of linings or supporting units for tunnels or galleries
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/24—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/023—Solids
- G01N2291/0234—Metals, e.g. steel
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Architecture (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Lining And Supports For Tunnels (AREA)
Abstract
本发明涉及用于隧道粘钢加固补强的施工机器人及施工方法，可通过粘贴预制钢板(304)加固隧道，该施工机器人包括工作平台(100)、检测模块和施工模块，所述的工作平台(100)上设有轨道(502)和工控机(503)，所述的轨道(502)分布于工作平台(100)的顶端及相对两侧，所述的检测模块和施工模块各自通过机械手臂(501)滑动安装在轨道(502)上，所述的机械手臂(501)上设有多个球形关节且与工控机(503)连接，所述的工控机(503)通过控制机械手臂(501)在轨道(502)上移动以及绕球形关节和机械手臂(501)轴线旋转控制检测模块和施工模块的运动路径。与现有技术相比，本发明具有自动化程度高、适用范围广等优点。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构施工技术领域，尤其是涉及一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人及施工方法。
背景技术
对裂损或结构变形的隧道，通过加固补强可以恢复结构性能，提高隧道的使用寿命，粘钢加固具有施工工艺简单、对净空断面影响小、能较好地适应弧形结构等优点，目前在地下结构的加固中得到广泛运用，但是目前在实际工程中，隧道粘钢加固的主要步骤为：修整衬砌表面使其平整并定位放线；在无钢筋的位置打孔植入锚栓；对钢板进行表面处理，并通过锚栓固定在衬砌表面，预留注浆缝隙；调配胶水并注入钢板与衬砌间的缝隙；加压固定并静置养护；防锈处理，完成加固。
现有技术也给出了一些解决方案，中国专利CN201310547142.5提出了一种粘板加固钢筋混凝土受弯构件的设备及施工方法，包括设备支架，所述设备支架顶端通过支架固定螺栓固定于混凝土受弯构件上，支承横梁通过高强螺栓及设备支架(2)上的螺栓孔固定在所述设备支架之间；所述支承横梁上设置有升降装置；所述升降装置上设置有升降平台，涂有粘结材料的加固板材设置于所述升降平台上，提出了保证粘结平整度、粘结质量、高效施工的方法；该专利克服了复合材料板材在上升时出现较大变形甚至断裂的问题、粘结质量低的问题、粘钢加固中钢板固定较为困难的问题，提高施工效率；但该专利适用的粘贴钢板为水平面状态，而在隧道拱部粘贴的钢板为曲面形状，这类装置不适用于隧道的粘钢加固，同时该专利只能够完成隧道粘钢加固中的特定环节，即粘贴钢板，其它环节如调配粘钢胶水、涂覆胶液等仍需要人工或者其它设备配合，还是需要由施工人员在作业平台上手工完成，自动化水平低，施工成本高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人及施工方法，自动化程度高，适用范围广。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人，可通过粘贴预制钢板加固隧道，包括工作平台、检测模块和施工模块，所述的工作平台的横断面呈拱形，其上设有轨道和工控机，所述的轨道分布于拱形工作平台的上表面和左右两侧，所述的检测模块和施工模块各自通过机械手臂滑动安装在轨道上，所述的机械手臂上设有多个球形关节且与工控机连接，所述的工控机通过控制机械手臂在轨道上移动以及绕球形关节和机械手臂轴线旋转改变检测模块和施工模块横向位置、纵向高度以及朝向，实现对检测模块和施工模块的运动路径的控制，将检测模块和施工模块移动至隧道任意位置，适用于不同类型、不同断面尺寸的隧道。
进一步地，所述的工作平台采用单元化设计，包括多个可自由拆装的拼装单元，可通过选择拼装单元的数量灵活控制工作平台的大小，适用于不同类型、不同断面尺寸的隧道，同时可实现隧道单侧保通或多侧保通，所述的工作平台上设有移动轮和驱动件，所述的驱动件与移动轮以及工控机连接，工作平台通过驱动件驱动移动轮移动，当隧道单侧保通时通过减少拼装单元的数量减小工作平台的大小，封闭一侧车道，另一侧通车，完成一侧的施工后工作平台移动至另一侧车道，已完成施工一侧车道恢复通车，当隧道多侧保通时通过增加拼装单元的数量增大小工作平台的大小，工作平台占满全部车道，左右侧同时施工，工作平台下方通车，所述的工作平台上设有防护网。
进一步地，所述的防护网为3层结构，第1层为用于落物防护的高强钢板，防止施工过程中的施工器械、材料和碎石掉落到车道，影响安全，第2层为用于灰尘防护的吸尘滤网，防止灰尘弥漫隧道，影响交通视野，第3层为用于噪声防护的吸噪材料，吸噪材料采用吸音海绵，吸收噪声，减小施工噪声的影响。
进一步地，所述的检测模块包括激光扫描仪、超声波探测仪以及锚栓预紧力传感器中的一种或多种，所述的激光扫描仪和超声波探测仪分别通过机械手臂滑动安装在轨道上，所述的激光扫描仪用于扫描获取预制钢板的实际轮廓以及厚度，隧道衬砌断面轮廓检查预制钢板上的螺栓孔有无堵塞，所述的超声波探测仪获取隧道衬砌内部钢筋、裂隙、浅层剥离和缺陷的位置和范围，工控机基于检测组件的检测结果调整机械手臂的预设运动路径；
进一步地，所述的施工模块包括各自通过机械手臂滑动安装在轨道上的锚固组件、钢板安装组件、注胶组件、前处理组件和喷漆单元中的一种或多种。
进一步地，所述的锚固组件包括钻机、植栓机和拧紧器，所述的钻机、植栓机和拧紧器通过底板与机械手臂连接且呈三角形分布在底板上，所述的钻机用于在隧道衬砌上钻锚栓孔，所述的植栓机用于植入锚栓，所述的拧紧器用于拧紧锚栓和螺栓，所述的锚栓预紧力传感器设置在拧紧器上，用于检测预紧力。
进一步地，所述的钢板安装组件包括钢板仓、承托板和若干个液压加载器，所述的钢板仓设置在工作平台上，所述的承托板为铰链式结构且采用电磁材料制作，并通过机械手臂滑动安装在轨道上，若干个液压加载器设置在机械手臂上，隧道整轮廓拟合分析与设计存在较大偏差时导致预制钢板弧度与隧道拱部不一致，导致贴合度差，调节承托板下分布的液压加载器，贴合较差一侧的液压加载器施加更高的压力调整预制钢板形状，同时调节锚栓的预紧力，贴合较差一侧采用更高的预紧力，同理液压加载器以及与其连接的机械手臂对承托板施加压力并静置养护，通过液压加载器的荷载调节预制钢板与隧道衬砌的贴合度。
进一步地，所述的注胶组件包括配胶桶、注胶管和注胶口，所述的配胶桶套在机械手臂上且包括分别用于盛放植栓胶、粘钢胶、防水胶和衬砌补强水泥沙浆的4个分格，4根注胶口分别通过4根注胶管连接4个分格，所述的配胶桶上设有泵机，所述的4根注胶口通过底板与机械手臂连接且对称分布在底板上。
进一步地，所述的前处理组件和喷漆单元分别通过机械手臂滑动安装在轨道上，所述的前处理组件包括铣刨器、空气压缩机、高压淋水枪和碳纤维布粘贴器，所述的铣刨器、空气压缩机、高压淋水枪和碳纤维布粘贴器通过底板与机械手臂连接且对称分布在底板上；
所述的前处理组件用于对隧道衬砌和预制钢板进行预处理，所述的铣刨器切削隧道衬砌浅层的不平整部位，进行表面磨平，所述的空气压缩机吹除粉尘，所述的高压淋水枪将隧道衬砌清洗干净，所述的碳纤维布粘贴器用于在隧道衬砌进行注浆封堵后粘贴碳纤维布，所述的喷漆单元在完成加固后的预制钢板上喷防锈漆。
进一步地，相邻两块预制钢板之间的接缝处用连接钢板连接，增强安装强度，所述的预制钢板的注胶孔内预制螺纹，完成注胶后注胶孔作为预制钢板与连接钢板连接用的螺栓孔。
一种采用上述任一所述的用于隧道粘钢加固补强的施工机器人的施工方法，具体为：
工控机通过控制机械手臂在轨道上移动以及绕球形关节和机械手臂轴线旋转控制检测模块和施工模块的运动路径；
所述的工控机通过检测模块采集预制钢板和隧道的状态信息，并根据该状态信息对隧道的衬砌表面进行预处理，同时在施工模块施工时实时检测施工数据，所述的工控机根据施工数据实时修正施工参数，并基于修正的施工参数调整预设运动路径。
与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：
(1)本发明在工作平台上设有轨道和工控机置，将检测模块和施工模块通过机械手臂滑动安装在轨道上，轨道分布于工作平台的顶端及相对两侧，机械手臂上设有多个球形关节且与工控机连接，工控机通过控制机械手臂在轨道上移动以及绕球形关节和机械手臂轴线旋转控制检测模块和施工模块的水平位置、竖直位置、朝向以及向隧道衬砌施加的压力，适用于弧形隧道等非平面的粘钢加固，自动化程度高，节省人力，同时可自由选择安装在轨道上的检测模块和施工模块的种类和数量，针对性地完成隧道粘钢加固补强任务，提高效率，节约成本；
(2)本发明采用包括多个拼装单元并可自由拆装的工作平台，适用于不同类型和不同断面尺寸的隧道，可实现施工时隧道单侧保通和多侧保通，工作平台上设有移动轮和驱动件，在隧道单侧保通时可通过驱动件驱动移动轮，将工作平台移动至另一侧，效率高，节省人力，
(3)本发明在工作平台上设有防护网，所述的防护网为3层结构，第1层为高强钢板，第2层为吸尘滤网，第3层为吸噪材料，安全性高，环境污染小；
(4)本发明采用激光扫描仪、超声波探测仪和锚栓预紧力传感器，激光扫描仪用于扫描获取预制钢板的实际轮廓以及厚度，隧道衬砌断面轮廓检查预制钢板上的螺栓孔有无堵塞，超声波探测仪获取隧道衬砌内部钢筋、裂隙、浅层剥离和缺陷的位置和范围，准确获取施工环境信息，施工效率和精度高，采用锚固组件、钢板安装组件、注胶组件、前处理组件和喷漆单元，自动化程度高；
(5)本发明将钻机、植栓机和拧紧器通过底板与机械手臂连接且呈三角形分布在底板，节省空间，锚栓预紧力传感器安装在拧紧器上，可监控拧紧器的预紧力，便于通过调整锚栓的预紧力调节预制钢板的贴合度，同时承托板为铰链式结构且采用电磁材料制作，结构简单，承托板下方的机械手臂上均匀分布有若干个液压加载器，适用于非平面形预制钢板，通过检测组件检测预制钢板与隧道衬砌的贴合度，单独调整各个液压加载器的压力，进一步调整预制钢板与隧道衬砌的贴合度，使得预制钢板的贴合度高，施工效率高；
(6)本发明采用包括4个分格的配胶桶，分别盛放植栓胶、粘钢胶、防水胶和衬砌补强水泥沙浆，4根注胶口分别通过4根注胶管连接4个分格，配胶桶上设有泵机，4根注胶口通过底板与机械手臂连接且对称分布在底板上，工控机结合检测组件的检测并通过控制底板以及泵机控制注胶口的适用顺序以及用量，自动化程度高，精度高；
(7)本发明采用铣刨器、空气压缩机、高压淋水枪和碳纤维布粘贴器对隧道衬砌进行预处理，使得预制钢板粘贴在隧道衬砌上的稳定性更高，喷漆单元在预制钢板完成加固施工后对其喷防锈漆，进一步提高预制钢板的稳定性和使用寿命；
(8)本发明通过工控机控制机械手臂在轨道上移动以及绕球形关节和机械手臂轴线旋转，进一步控制检测模块和施工模块的运动路径，同时工控机通过检测模块采集预制钢板和隧道的状态信息，并根据该状态信息对隧道的衬砌表面进行预处理，同时在施工模块施工时实时检测施工数据，工控机根据施工数据实时修正施工参数，并基于修正的施工参数调整预设运动路径，粘钢加固的精确度和稳定性高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为单侧保通的工作平台结构示意图；
图3为双侧保通的工作平台结构示意图；
图4为锚固组件的俯视图；
图5为锚固组件的侧视图；
图6为承托板的俯视图；
图7为液压加载器的侧视图；
图8为注胶组件的俯视图；
图9为注胶组件的侧视图；
图10为钢板粘贴调整的结构示意图；
图11为加固钢板间的连接结构示意图；
图中标号说明：
100.工作平台，1001.移动轮，1002.防护网，201.激光扫描仪，202.超声波探测仪，203.锚栓预紧力传感器，301.锚固组件，3011.钻机，3012.植栓机，3013.拧紧器，302.钢板安装组件，3021.钢板仓，3022.承托板，3023.液压加载器，303.注胶组件，3031.配胶桶，3031-1.分格，3032.注胶管，3033.注胶口，3034.底板，304.预制钢板，3041.锚栓孔，3042.注胶孔，3043.连接钢板，401.前处理组件，402.喷漆单元，501.机械手臂，502.轨道，503.工控机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人，用于通过粘贴预制钢板304加固隧道，包括工作平台100、检测模块和施工模块，工作平台100上设有轨道502和工控机503，轨道502分布于工作平台100的顶端以及相对两侧，检测模块和施工模块分别通过机械手臂501滑动安装在轨道502上并与工控机503连接，机械手臂501上设有2个球形关节，机械手臂501可绕球形关节及机械手臂轴线旋转，机械手臂501通过在轨道502上移动及旋转改变检测模块和施工模块横向位置、纵向高度以及朝向，将检测模块和施工模块移动至隧道任意位置，并使检测模块和施工模块更贴合不同类型和不同断面尺寸的隧道，工控机503安装有施工机器人控制***，除了根据加固设计方案预设外，也可根据加固过程中检测模块的检测结果调整加固参数。
工作平台100采用单元化设计，包括多个可自由拆装的拼装单元，可通过选择拼装单元的数量灵活控制工作平台100的大小，适用于不同类型、不同断面尺寸的隧道，同时可实现隧道单侧保通或多侧保通，工作平台100底部设有移动轮1001，移动轮1001连接有驱动件，驱动件与工控机503连接，由工程车辆将多个拼装单元运输至隧道，将多个拼装单元组装成工作平台100，工作平台100通过驱动件驱动移动轮1001移动；如图2所示，当隧道单侧保通时通过减少拼装单元的数量减小工作平台100的大小，封闭一侧车道，另一侧通车，完成一侧的施工后工作平台100移动至另一侧车道，已完成施工一侧车道恢复通车；如图3所示，当隧道多侧保通时通过增加拼装单元的数量增大小工作平台100的大小，工作平台100占满全部车道，左右侧同时施工，工作平台100下方通车；
工作平台100上设有防护网1002，防护网1002为3层结构，第1层为用于落物防护的高强钢板，防止施工过程中的施工器械、材料和碎石掉落到车道，影响安全，第2层为用于灰尘防护的吸尘滤网，防止灰尘弥漫隧道，影响交通视野，第3层为用于噪声防护的吸噪材料，吸噪材料采用吸音海绵，吸收噪声，减小施工噪声的影响。
检测模块包括激光扫描仪201、超声波探测仪202和锚栓预紧力传感器203，激光扫描仪201、超声波探测仪202和锚栓预紧力传感器203分别通过机械手臂501滑动安装在轨道502上；激光扫描仪201用于在粘贴预制钢板304前扫描隧道的衬砌表面轮廓，为控制施加在预制钢板304上的压力分布及计算粘钢胶水注入量提供依据；超声波探测仪202用于在粘贴预制钢板304前探测隧道的衬砌内部钢筋位置以及空洞和剥落剥离等表面及内部缺陷的大小、位置和分布情况，为钻孔锚固点位置的选择和锚固深度的调整提供依据；锚栓预紧力传感器203用于监测预紧锚栓的预紧力。
施工模块包括锚固组件301、钢板安装组件302、注胶组件303、前处理组件401和喷漆单元402。
如图4和图5，锚固组件301通过底板3014与机械手臂501连接，锚固组件301包括钻机3011、植栓机3012和拧紧器3013，钻机3011、植栓机3012和拧紧器3013呈三角形分布在底板3014上，底板3014通过机械手臂501滑动安装在轨道502上，机械手臂501通过旋转底板3014切换使用钻机3011、植栓机3012和拧紧器3013，分别在隧道的衬砌上完成钻孔、植入锚栓以及拧紧锚栓和螺栓，钻机3011可切换不同直径和螺纹，锚栓预紧力传感器203设置拧紧器3013上，拧紧器3013可切换不同直径以适应不同直径的锚栓和螺栓，底板3014上还设有用于存储和补充锚栓的锚栓仓。
如图6和图7，钢板安装组件302用于安装预制钢板304以及加压养护，包括钢板仓3021、承托板3022和液压加载器3023，钢板仓3021设置在工作平台100上，用于存放预制并已经过除锈和边角打磨的预制钢板304，预制钢板304通过机械手臂501按照预设顺序依次取出放置在承托板3022上，承托板3022通过机械手臂501滑动安装在轨道502上，承托板3022的形心与预制钢板304的形心对齐，承托板3022的长度小于预制钢板304的长度，便于露出预制钢板304上的锚栓孔3041和注胶孔3042，供锚固组件301和注胶组件303使用，承托板3022采用电磁材料制作，通电产生磁力吸附预制钢板304，承托板3022采用铰链式结构，便于承托板3022弯曲至与隧道拱部所用的曲面预制钢板304贴合，加固完成后承托板3022断电，消除磁力即可回收承托板3022；液压加载器3023的数量为4～6个，均分分布在承托板3022下方的机械手臂501上，可分别调节每个液压加载器3023的加载压力，在钢板养护时可通过机械手臂501施加整体的压力，也同时可通过液压加载器3023分别对承载板3022施加压力，从而调整承载板3022局部的加压状态。
如图8和图9，注胶组件303包括配胶桶3031、4根注胶管3032和4根注胶口3033；4根注胶口3033通过底板3014与机械手臂501连接，配胶桶3031为中空的环形结构，配胶桶3031套在机械手臂501上，包括4个分格3031-1，4根注胶口3033分别通过4根注胶管3032连接4个分格3031-1，每个分格3031-1上设有1个注胶口3033，分别盛放预先调配的植栓胶、粘钢胶、防水胶和衬砌补强水泥沙浆，其中，植栓胶在10分钟内凝固并达到设计强度，粘钢胶凝固时间为30分钟，配胶桶3031上设有泵机，泵机将植栓胶、粘钢胶、防水胶和衬砌补强水泥沙浆泵送至注胶口3033，通过机械手臂501旋转底板3014切换使用不同的注胶口3033。
前处理组件401和喷漆单元402通过机械手臂501滑动安装在轨道502上，前处理组件401包括铣刨器、空气压缩机、高压淋水枪和碳纤维布粘贴器，铣刨器包括冷铣式铣刨器和机械式铣刨器，用于切削浅层的不平整部位，喷漆单元402用于在加固完成后喷防锈漆。
检测模块和施工模块可根据不同需求自由安装和拆除，若只需要对已加固结构做细部复查时只需安装检测模块而无需安装施工模块，也可以在1个工作平台100上安装多组检测模块或施工模块，安装2组施工模块，2组施工模块从工作平台100左右两侧同时进行施工，提高工作效率，对于病害较轻的隧道可只安装前处理组件401，对隧道做简单的预处理。
实施例2
与实施例1对应的一种采用用于隧道粘钢加固补强的施工机器人的施工方法，具体为：
检测组件进行检测，包括：激光扫描仪201检测预制好的预制钢板304，获取预制钢板304的实际轮廓和厚度，检查预制钢板304上的螺栓孔有无堵塞；激光扫描仪201获取隧道衬砌断面轮廓，超声波探测仪202获取隧道衬砌内部钢筋、裂隙、浅层剥离和缺陷的位置和范围，工控机基于检测组件的检测结果调整机械手臂501的预设运动路径；
基于检测组件的检测分析隧道衬砌和预制钢板304的平整度，对隧道衬砌局部凸起的部位进行衬砌表面预处理，该预处理包括：铣刨器切削浅层的不平整部位，进行表面磨平、用空气压缩机吹除粉尘，用高压淋水枪将表面清洗干净；对于发现的隧道衬砌的裂隙和浅层剥离，利用铣刨器对该部位进行局部磨平，机械手臂501通过旋转底板3014切换至使用衬砌补强水泥沙浆的注胶口3033，使用该注胶口3033进行注浆封堵，之后采用碳纤维布粘贴器粘贴碳纤维布，完成初步修复；对于检测出衬砌部位断面轮廓由于隧道持续变形，通过激光扫描仪201获取的砌部位断面轮廓计算衬砌部位与预制钢板304之间的间隙体积，修正注浆参数；根据隧道衬砌内部钢筋位置，确定植入锚栓的钻孔位置，根据隧道衬砌内部缺陷位置和范围调整锚栓的锚固深度；
机械手臂501通过旋转底板3014将锚固组件301切换至钻机3011，注胶口3033切换至植栓胶用注胶口3033，钻机3011在隧道衬砌上钻锚栓孔3041，注胶口3033在锚栓孔3041中注入植栓胶，利用钢板安装组件302将预制钢板304安装到隧道衬砌上，锚固组件301切换至植栓机3012，植栓机3012植入锚栓，锚固组件301切换至拧紧器3013，拧紧器3013拧紧锚栓固定预制钢板304，拧紧器3013上的锚栓预紧力传感器203检测预紧力，预紧力不足时拧紧器3013复紧，然后静置10分钟，等待植栓胶凝固；如图10所示，机械手臂501两侧的液压加载器3023所施加的压力分别为N1和N2，两侧的锚栓预紧力分别为F1和F2，隧道整轮廓拟合分析与设计存在较大偏差时导致预制钢板304弧度与隧道拱部不一致，导致贴合度差，此时调节承托板3022下分布的液压加载器3023，贴合较差一侧的液压加载器3023施加更高的压力调整预制钢板304形状，即N1<N2，同时调节锚栓的预紧力，贴合较差一侧采用更高的预紧力，即F1<F2，同理液压加载器3023以及与其连接的机械手臂501对承托板3022施加压力并静置养护，通过液压加载器3023的荷载调节预制钢板304与隧道衬砌的贴合度；
注胶口3033切换至粘钢胶用注胶口3033，注胶口3033沿着预制钢板304四周向预制钢板304与隧道衬砌之间缝隙中注入粘钢胶封边，静置10分钟后注胶口3033从预制钢板304的注胶孔3042注入粘钢胶，控制粘钢胶注胶量，不可溢出至注胶孔3042内，注浆量和注胶压力根据隧道与预制钢板304之间的缝隙体积确定，注胶的同时采用超声波探测仪202监测缝隙内的胶水分布状况，实时调整注入胶量；
如图11，相邻两块预制钢板304之间的接缝处理包括：注胶口3033切换至防水胶用注胶口3033，注胶口3033在预制钢板304包括接缝在内的四周填补防水胶；在接缝处用连接钢板3043连接，预制钢板304的注胶孔3042上有预制螺纹，注浆完成后即可将其作为螺栓孔使用，拧紧器3013将螺栓拧入连接钢板3043和预制钢板304；
喷漆单元402在加固完成后的预制钢板304以及连接钢板3043上喷防锈漆。
实施例1和实施例2提出了一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人及施工方法，涵盖粘钢加固设计施工全过程的自动化施工设备，减少人员高空作业、降低施工风险，同时降低人力成本、提高施工效率。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人，用于通过粘贴预制钢板(304)加固隧道，其特征在于，包括工作平台(100)、检测模块和施工模块，所述的工作平台(100)上设有轨道(502)和工控机(503)，所述的轨道(502)分布于工作平台(100)的顶端及相对两侧，所述的检测模块和施工模块各自通过机械手臂(501)滑动安装在轨道(502)上，所述的机械手臂(501)上设有多个球形关节且与工控机(503)连接，所述的工控机(503)通过控制机械手臂(501)在轨道(502)上移动以及绕球形关节和机械手臂(501)轴线旋转控制检测模块和施工模块的运动路径。
2.根据权利要求1所述的一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人，其特征在于，所述的工作平台(100)包括多个可自由拆装的拼装单元，所述的工作平台(100)上设有移动轮(1001)和驱动件，所述的驱动件与移动轮(1001)以及工控机(503)连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人，其特征在于，所述的工作平台(100)上设有防护网(1002)，该防护网(1002)为3层结构，第1层为高强钢板，第2层为吸尘滤网，第3层为吸噪材料。
4.根据权利要求1所述的一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人，其特征在于，所述的检测模块包括激光扫描仪(201)和超声波探测仪(202)中的一种或多种，所述的激光扫描仪(201)和超声波探测仪(202)分别通过机械手臂(501)滑动安装在轨道(502)上。
5.根据权利要求1所述的一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人，其特征在于，所述的施工模块包括各自通过机械手臂(501)滑动安装在轨道(502)上的锚固组件(301)、钢板安装组件(302)、注胶组件(303)、前处理组件(401)和喷漆单元(402)中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人，其特征在于，所述的锚固组件(301)包括钻机(3011)、植栓机(3012)和拧紧器(3013)，所述的钻机(3011)、植栓机(3012)和拧紧器(3013)通过底板(3014)与机械手臂(501)连接且呈三角形分布在底板(3014)上，所述的拧紧器(3013)上设有锚栓预紧力传感器(203)。
7.根据权利要求5所述的一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人，其特征在于，所述的钢板安装组件(302)包括钢板仓(3021)、承托板(3022)和若干个液压加载器(3023)，所述的钢板仓(3021)设置在工作平台(100)上，所述的承托板(3022)为铰链式结构且采用电磁材料制作，并通过机械手臂(501)滑动安装在轨道(502)上，若干个液压加载器(3023)设置在机械手臂(501)上。
8.根据权利要求5所述的一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人，其特征在于，所述的注胶组件(303)包括配胶桶(3031)、注胶管(3032)和注胶口(3033)，所述的配胶桶(3031)套在机械手臂(501)且包括若干个分格(3031-1)，注胶口(3033)通过注胶管(3032)连接每个分格(3031-1)，所述的配胶桶(3031)上设有泵机，所述的注胶口(3033)通过底板(3014)与机械手臂(501)连接且对称分布在底板(3014)上。
9.根据权利要求5所述的一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人，其特征在于，所述的前处理组件(401)和喷漆单元(402)分别通过机械手臂(501)滑动安装在轨道(502)上，所述的前处理组件(401)包括铣刨器、空气压缩机、高压淋水枪和碳纤维布粘贴器，所述的铣刨器、空气压缩机、高压淋水枪和碳纤维布粘贴器通过底板(3014)与机械手臂(501)连接且对称分布在底板(3014)上。
10.一种采用权利要求1-9任一所述的用于隧道粘钢加固补强的施工机器人的施工方法，其特征在于，具体为：
工控机(503)通过控制机械手臂(501)在轨道(502)上移动以及绕球形关节和机械手臂(501)轴线旋转控制检测模块和施工模块的运动路径；
所述的工控机(503)通过检测模块采集隧道的状态信息，并根据该状态信息对隧道的衬砌表面进行预处理，同时在施工模块施工时实时检测施工数据，所述的工控机(503)根据施工数据实时修正施工参数，并基于修正的施工参数调整预设运动路径。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010339023.0A CN111396096A (zh) | 2020-04-26 | 2020-04-26 | 一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人及施工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010339023.0A CN111396096A (zh) | 2020-04-26 | 2020-04-26 | 一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人及施工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111396096A true CN111396096A (zh) | 2020-07-10 |
Family
ID=71429819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010339023.0A Pending CN111396096A (zh) | 2020-04-26 | 2020-04-26 | 一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人及施工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111396096A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112720522A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-30 | 南京康泰建筑灌浆科技有限公司 | 一种隧道加固机器人 |
| CN117107698A (zh) * | 2023-08-04 | 2023-11-24 | 中铁十一局集团有限公司 | 机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202851015U (zh) * | 2012-08-31 | 2013-04-03 | 中铁一局集团有限公司 | 带有自动机械臂的防水板铺设设备 |
| CN103526951A (zh) * | 2013-11-07 | 2014-01-22 | 湖南大学 | 粘板加固钢筋混凝土受弯构件的设备及施工技术 |
| CN105302143A (zh) * | 2015-11-24 | 2016-02-03 | 中国铁道科学研究院 | 隧道衬砌检测装置及检测车 |
| CN107678026A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-02-09 | 中国铁路总公司 | 隧道衬砌状态检测装置 |
| CN107756375A (zh) * | 2016-08-15 | 2018-03-06 | 深圳市朗驰欣创科技股份有限公司 | 一种隧道巡检***及其机器人 |
| CN108756934A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-06 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | 运营病害隧道装配式处治结构施工作业台车 |
| CN208682710U (zh) * | 2018-08-08 | 2019-04-02 | 重庆红岩建设机械制造有限责任公司 | 一种用于隧道衬砌混凝土的智能检测车 |
-
2020
- 2020-04-26 CN CN202010339023.0A patent/CN111396096A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202851015U (zh) * | 2012-08-31 | 2013-04-03 | 中铁一局集团有限公司 | 带有自动机械臂的防水板铺设设备 |
| CN103526951A (zh) * | 2013-11-07 | 2014-01-22 | 湖南大学 | 粘板加固钢筋混凝土受弯构件的设备及施工技术 |
| CN105302143A (zh) * | 2015-11-24 | 2016-02-03 | 中国铁道科学研究院 | 隧道衬砌检测装置及检测车 |
| CN107756375A (zh) * | 2016-08-15 | 2018-03-06 | 深圳市朗驰欣创科技股份有限公司 | 一种隧道巡检***及其机器人 |
| CN107678026A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-02-09 | 中国铁路总公司 | 隧道衬砌状态检测装置 |
| CN108756934A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-06 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | 运营病害隧道装配式处治结构施工作业台车 |
| CN208682710U (zh) * | 2018-08-08 | 2019-04-02 | 重庆红岩建设机械制造有限责任公司 | 一种用于隧道衬砌混凝土的智能检测车 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112720522A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-30 | 南京康泰建筑灌浆科技有限公司 | 一种隧道加固机器人 |
| CN117107698A (zh) * | 2023-08-04 | 2023-11-24 | 中铁十一局集团有限公司 | 机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置 |
| CN117107698B (zh) * | 2023-08-04 | 2024-04-16 | 中铁十一局集团有限公司 | 机械升降式盾构隧道管片振动冲洗装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111396096A (zh) | 一种用于隧道粘钢加固补强的施工机器人及施工方法 | |
| WO2022253243A1 (zh) | 一种盾构隧道管片修复加固成套设备及修复加固工艺 | |
| US20220250277A1 (en) | Production plant and method for producing concrete tubbing in a tunnel lining system | |
| CN101331097A (zh) | 处理和加固石块和石板的方法和装置 | |
| CN101749033B (zh) | 钢筋混凝土隧洞内衬钢板加固技术 | |
| CN109578023A (zh) | 隧道维修加固的置换式旋喷注浆台车与施工方法 | |
| CN110494617A (zh) | Frp材料与结构体的粘合结构和粘合方法 | |
| CN208311785U (zh) | 一种管道修复机器人 | |
| CN112827705A (zh) | 高精度履带立式喷漆机器人 | |
| CN114233309B (zh) | 超长距离隧洞中一洞双机的tbm施工方法 | |
| CN111894037B (zh) | 沉管预制装配式端封门安装施工方法 | |
| CN204252572U (zh) | 一种外边梁混凝土结构的加固结构 | |
| CN113638326B (zh) | 一种斜拉桥正交异性板钢箱梁整体维修加固施工方法 | |
| CN110694813A (zh) | 自主行走智能喷涂装置及纠偏方法、喷涂质量监控方法 | |
| CN207003209U (zh) | 路桥铺装层水铣机器人 | |
| CN206346127U (zh) | 铁路声屏障偏置钢立柱 | |
| CN109930481A (zh) | 一种预制整体式树脂混凝土伸缩装置及其施工方法 | |
| CN211612250U (zh) | 一种脱硫吸收塔穿孔在线修补的检修结构 | |
| CN114163901A (zh) | 一种高铁桥梁用环氧聚氨酯复合防水材料及其施工方法 | |
| CN106988196A (zh) | 路桥铺装层水铣机器人 | |
| CN211057627U (zh) | 一种智能喷涂装置 | |
| CN204060712U (zh) | 地铁区间箱型隧道施工缝的内置钢圈补强结构 | |
| CN112196577A (zh) | 一种双动力驱动智能化隧道养护维修列车 | |
| KR20120136541A (ko) | 자동화장치를 이용한 레벨링 친환경 단면 및 표면 처리공법 | |
| CN105257012A (zh) | 输变电等钢混构支架芳纶纤维加固方法及加固后构支架 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200710 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |