一种盾构隧道管片修复工艺的制作方法

1.本发明涉及隧道支护技术领域，具体而言，涉及一种盾构隧道管片修复工艺。


背景技术：

2.人类活动的空间范围不断扩大，随着随着地下空间的不断开发，国家大中型城市地铁建设，需要需要修建许多盾构隧道。在盾构施工中，盾构管片是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最外层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。装配式钢筋混凝土管片作为一种典型隧道支护技术，因其取材方便、制作工艺简单、造价低廉、施工速度快、强度高等优势，被广泛应用于盾构隧道支护领域。然而，隧道现场管片衬砌开裂破损现象也是时有发生，管片开裂破损会削弱隧道衬砌的整体支护强度，一旦对其控制不利，如产生掉块现象，将会给地铁运营列车带来致命威胁。如何进行现场管片衬砌快速修复，是保障隧道施工及运营安全的一项重要任务。
3.现有技术中外盾构地铁隧道管片破损修复加固主要采用钢板环加固法，钢板环进行抓取并安装、数个钢板环之间的接缝进行焊接，管片预处理、钢板环安装后的注环氧树脂胶和钢板环防腐处理等多个环节还需要人工介入，且不能有效的对现场管片衬砌快速修复。
4.因此如何提供一种盾构隧道管片修复工艺，减少人工介入环节，一次性完成钢板环安装、定位锚固、整体焊接、钢板注胶、防腐处理等工艺减小失误率，提高盾构隧道管片修复效率，缩短修复时间是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，提出了一种盾构隧道管片修复工艺，针对现有技术中施工周期长、施工成本高、施工效率低、施工困难大的问题，提高隧道施工的智能化水平和施工效率、降低作业人员劳动强度。
6.有鉴于此，一种盾构隧道管片修复工艺，其特征在于，包括以下步骤：
7.1)管片变形评估；根据激光扫描仪和工业视觉系统对隧道内壁扫描检测搜集评估参数；评估参数包括隧道内壁椭圆度、错台、破损裂缝缝隙测量；根据扫描结果确定加固位置，拟定加固方案，准备加固设备及材料；
8.2)预处理；管线改迁，道床切割凿除，并将管片环、纵缝、手孔封堵抹平，并保持管片接缝无渗漏表面干燥后，进行打磨拉毛处理；
9.3)加固装置拼装钢板、焊接、注浆和喷涂；
10.加固装置包括拼装系统、打孔系统、焊接系统、底部系统、辅助作业平台系统、钢板环支架以及环氧树脂胶桶；拼装系统将钢板环进行抓取并安装到预定位置后，打孔系统钻孔并安装锚栓，旋合深度大于125mm，顺序由下至上，并预留钻孔作为注浆孔和排气孔；对于错缝过大导致螺栓为穿的管片，钢板采用骑缝安装，所焊接系统将若干钢板环之间的接缝焊接，底部系统进行整体移动运行；钢板两侧与管片接缝采用环氧胶泥封堵，再通过辅助作
业平台辅助工人从注浆孔对钢板和管片之间进行环氧树脂压注后，将原注浆孔、排气孔处安装锚栓，最后辅助作业平台辅助工人进行喷涂防锈、防腐和耐火涂层；
11.通过打孔系统将钢板环通过拧紧锚栓的方式固定在管片内壁其中；
12.4)管线、道床恢复；
13.5)退场验收。
14.本发明中拼装、钻孔、锚固、焊接均采用机器人操作，通过智能视觉系统进行定位、障碍检测、路径规划，实现高效精准的拼装动作。钻孔同样采用视觉定位系统进行孔位识别，能精准定位孔位，实现自动钻孔、取料、装填、拧紧动作，作业效率高。通过焊接机器人代替人工焊接，可有效提高焊接效率，缩短作业时间，此外，也解决了人工焊接隧道顶部钢板焊缝时长时间保持仰焊姿势的问题。整个作业过程只需2人配合完成即可，人员投入大幅缩减，人员成本大大降低。
15.进一步的，拼装系统包括拼装机器人，拼装机器人的一端设置有电永磁吸盘，电永磁吸盘的上方固定设置有安装扫描定位模块，拼装机器人的底部滑动连接有拼装机器人滑台。
16.进一步的，打孔系统包括打孔机器人，打孔机器人的一端设置有打孔模块、安装模块、拧紧模块，打孔机器人的底部滑动连接有打孔机器人滑台，打孔机器人滑台的底部设置有打孔机器人升降平台。
17.进一步的，焊接系统内包括焊接机器人,焊接机器人的一端设置有焊缝扫描定位模块、机器人弧焊焊枪及焊缝检测模块。
18.进一步的，底部系统包括多轨道转向架，多轨道转向架的顶部设置有双向牵引平板车，多轨道转向架的底部设置有平衡支腿。
19.进一步的，辅助作业平台系统包括辅助作业平台，辅助作业平台的底部设置有设备控制柜，设备控制柜的一侧设置有焊接模块电源。
20.进一步的，拼装机器人的一侧固定钢板环支架用于存放钢板环；环氧树脂胶桶的一侧设置有空气压缩机。
21.进一步的，隧道内壁椭圆度为当a大于20
‰
或单向变形率12
‰
<a1<20
‰
则对隧道进行加固。
22.其中d
max
为最大外径；d
min
为最小外径；d为标称外径；a1为竖向变形率。
23.其中a小于6
‰
时，符合规范要求，不进行加固；6
‰
<a<12
‰
，若围岩条件好，结构稳定可不加固；12
‰
<a<20
‰
或单向变形率9
‰
<a1<12
‰
且无明显纵向裂缝和较严重破损时；处于弹性受力阶段，考虑管片拼装质量的影响，采用弱加固。
24.进一步的，步骤2)中，环、纵缝在注浆压力不大于0.2mpa下，斜向钻孔注弹性环氧浆液。
25.进一步的，步骤3)中钢板两侧与管片接缝采用环氧胶泥封堵，在通过注浆孔与管片间进行环氧树脂压注，压力控制在0.1mpa
‑
0.15mpa。
26.通过以上技术方案，本发明可通过拼装系统将钢板环进行抓取并安装到预定位置，钢板环初步安装就位后，通过打孔系统通过打孔、安装锚栓将钢板环进行固定，其中焊接系统能够可将数个钢板环之间的接缝进行焊接，使隧道内钢板环整体固定，底部系统可
保证装置的整体运行和工作稳定性，辅助作业平台可辅助工人，拼装系统可将钢板环的抓取和安装放置过程实现自动化和智能化，先进行安装位置与钢板环的扫描，再通过电永磁盘进行抓取后，将电永磁吸盘对准预安装位置，完成钢板环的初步安装，采用上述装置，可将盾构隧道内的钢板环的抓取和安装放置过程，打孔系统打孔、安装锚栓和拧紧锚栓，焊接系统将钢板环之间的接缝焊接，均可实现自动化和智能化，降低了人力成本。
附图说明
27.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
28.图1是本发明提供的加固装置的结构示意图。
29.图2是本发明提供的加固装置的等轴测图。
30.图3是本发明提供的拼装系统的结构示意图。
31.图4是本发明提供的焊接系统的结构示意图。
32.图5是本发明提供的打孔系统的结构示意图。
33.图6是本发明提供的锚栓连续上料组件的结构示意图。
34.图7是本发明提供的上料抓手组件的结构示意图。
35.图8是本发明提供的钢板环支架的结构示意图。
36.其中1
‑
环氧树脂胶桶；2
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空气压缩机；3
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打孔机器人滑台；4
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打孔机器人；5
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拼装机器人；6
‑
焊接机器人滑台；7
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焊接机器人；8
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辅助作业平台；9
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设备控制柜；10
‑
焊接模块电源；11
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焊接机器人升降平台；12
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钢板环支架；1201
‑
支架座、1202
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存放架底板、1203
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限位块，13
‑
拼装机器人滑台；14
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平衡支腿；15
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打孔机器人升降平台；16
‑
多轨道转向架；17
‑
双向牵引平板车；18
‑
安装扫描定位模块；19
‑
电永磁吸盘；20
‑
焊缝扫描定位模块；21
‑
机器人弧焊焊枪；22
‑
打孔模块；23
‑
安装模块；24
‑
拧紧模块；25
‑
锚栓连续上料组件，2501
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插排座，2502
‑
垫板，2503
‑
锚栓固定架，2504
‑
插排座板，2505
‑
锚栓，26
‑
上料抓手组件，2601
‑
第一气缸，2602
‑
第一气缸安装座，2603
‑
第二气缸，2604
‑
第二气缸安装座，2605
‑
第三气缸，2606
‑
第三气缸安装座，2607
‑
抓手组件。
具体实施方式
37.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
38.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
39.实施例1
40.一种盾构隧道管片修复工艺，其特征在于，包括以下步骤：
41.1)管片变形评估；根据激光扫描仪和工业视觉系统对隧道内壁扫描检测搜集评估参数；评估参数包括隧道内壁椭圆度、错台、破损裂缝缝隙测量；根据扫描结果确定加固位置，拟定加固方案，准备加固设备及材料；
42.隧道内壁椭圆度为当a大于20
‰
或单向变形率12
‰
<a1<20
‰
则对隧道进行加固；
43.其中d
max
为最大外径；d
min
为最小外径；d为标称外径；a1为竖向变形率。
44.其中a小于6
‰
时，符合规范要求，不进行加固；6
‰
<a<12
‰
，若围岩条件好，结构稳定可不加固；12
‰
<a<20
‰
或单向变形率9
‰
<a1<12
‰
且无明显纵向裂缝和较严重破损时；处于弹性受力阶段，考虑管片拼装质量的影响，采用弱加固。
45.2)预处理；管线改迁，道床切割凿除，并将管片环、纵缝、手孔封堵抹平，并保持管片接缝无渗漏表面干燥后，进行打磨拉毛处理，其中环、纵缝在注浆压力不大于0.2mpa下，斜向钻孔注弹性环氧浆液。
46.预处理中，先进行管线改迁，道床切割凿除，再将管片环、纵缝斜向钻孔注弹性环氧浆液，接着进行管片破损修复和错台修复，管片壁后注浆填补空洞止水，再对螺栓手孔和管片纵缝用抗裂砂浆封堵，最后并保持管片接缝无渗漏表面干燥后，内壁用砂轮机进行打磨拉毛处理。
47.其中管片破损裂缝分为四种情况按照不同的封堵处理方法为：
48.第一种不渗水裂缝：采用裂缝内压注弹性环氧树脂浆液和环氧粘合剂；
49.第二种渗水裂缝：先采用二次注浆孔灌注双液浆，再使用油性聚氨酯进行局部堵漏，最后采用弹性环氧树脂浆液和环氧粘合剂封闭处理；
50.第三种不大于0.2m2的局部破损：不超过钢筋保护层时，用高强度环氧砂浆修补，封闭处理；
51.第四种大于0.2m2的局部破损：用高强度环氧砂浆修补，并预埋注浆管，向注浆管内注入弹性环氧浆液。
52.预处理过程中如果错台不超过2cm，采用高强度环氧树脂砂浆进行修平，如果错台超过2cm，先进行梅花形植筋，再采用高强度环氧树脂砂浆进行修平。
53.3)加固装置拼装钢板、焊接、注浆和喷涂；
54.加固装置包括拼装系统、打孔系统、焊接系统、底部系统、辅助作业平台系统和钢板环支架12。
55.拼装系统包括拼装机器人5，拼装机器人5的一端设置有电永磁吸盘19，电永磁吸盘19的上方固定设置有安装扫描定位模块18，拼装机器人5的底部滑动连接有拼装机器人滑台13，拼装系统包括拼装机器人5，拼装机器人5的一端设置有电永磁吸盘19，电永磁吸盘19的上方固定设置有安装扫描定位模块18，拼装机器人5的底部滑动连接有拼装机器人滑台13。拼装机器人5的一侧固定设置有钢板环支架12，用于存放钢板环。板环存放架包括支架座1201，支架座1201上方设置有存放架底板1202，所述存放架底板1202上对称设置有两个限位块1203组，每一个限位块1203组包括四个限位块1203，所述四个限位块1203上设置有弧形结构，四个限位块1203的弧形结构的弧度与放置钢板环的弧度相同，协同对于钢板环进行限位，可以实现多个钢板环重叠放置，防止钢板环随双向牵引平板车17移动而产生位移。打孔机器人4远离拼装机器人5的一侧设置有环氧树脂胶桶1，环氧树脂胶桶1的一侧设置有空气压缩机2，空气压缩机2用于管片预处理、管片注胶和转孔清孔时提供气压，环氧树脂桶内盛有环氧树脂，用于管片安装焊接后的焊缝注胶提供原料。
56.辅助作业平台系统包括辅助作业平台8，辅助作业平台8的底部设置有设备控制柜9，设备控制柜9的一侧设置有焊接模块电源10。
57.焊接系统包括焊接机器人7、焊接机器人滑台6、焊接机器人升降平台11、焊缝扫描定位模块20和机器人弧焊焊枪21、焊缝检测模块组成。
58.打孔系统包括打孔机器人4，打孔机器人4的一端设置有打孔模块22、安装模块23、拧紧模块24，打孔机器人4的底部滑动连接有打孔机器人滑台3，打孔机器人滑台3的底部设置有打孔机器人升降平台15。
59.其中打孔系统还包括锚栓连续上料组件25和上料抓手组件26，锚栓连续上料组件25包括插排座2501，垫板2502、锚栓固定架2503、插排座板2504和若干锚栓2505；其中所述垫板2502两端可插入式活动连接在所述插排座2501下方；所述锚栓固定架2503设置在所述垫板2502下方；若干所述锚栓2505设置在所述锚栓固定架2503上。其中插排座板2504为若干个，一端垂直连接在插排座2501上方，与锚栓2505平行设置；锚栓固定架2503为卡扣或其内设置电永磁块的卡槽。
60.上料抓手组件26设置在打孔机器人4的一端，包括设置第一气缸2601的第一气缸安装座2602，设置第二气缸2603的第二气缸安装座2604，设置第三气缸2605的第三气缸安装座2606和抓手组件2607；其中第一气缸安装座2602与移动模块连接；第一气缸2601连接第二气缸安装座2604；第二气缸2603连接第三气缸安装座2606；第三气缸2605通过抓手支撑与抓手组件2607连接；抓手组件2607抓取锚栓连续上料组件25上的锚栓2505，并将锚栓2505对准到安装模块23上。抓手组件2607夹紧锚栓2505后，第三气缸2605缩回使抓手抓取锚栓2505，第二气缸2603和第三气缸2605伸出合适距离，避免抓手旋转时和其他部件碰撞，抓手组件2607旋转180
°
使抓手向下，第一气缸2601、第二气缸2603和第三气缸2605缩回调整位置，使抓手上锚栓2505对准到安装模块23上，与安装模块23配合将锚栓2505安装于钻孔内，然后拧紧模块24将锚栓2505上的螺母拧紧，锚栓2505安装完成。
61.锚栓2505上料时，将可插入式活动连接在插排座2501下方的垫板2502抽出，及时更换上固定有卡扣，卡口内卡设有锚栓2505的另一垫板2502，实现排插式锚栓2505上料。
62.底部系统包括多轨道转向架16，多轨道转向架16的顶部设置有双向牵引平板车17，多轨道转向架16的底部设置有平衡支腿14。
63.其中底部系统包括双向牵引平板车17、多轨道转向架16、平衡支腿14和刹车部分。双牵引平板车17预留双向牵引接头，以保证一端牵引机车故障时，设备能够及时从另一端牵引接头牵引驶离地铁轨道，确保不影响正常的地铁运营。多轨道转向架16既可满足在已营运地铁隧道上运行，又可实现在建地铁隧道上行使。平衡支腿14可在双牵引平板车到位后，展开支腿，可增加设备的抗倾覆能力，保证设备作业时候的稳定性；平衡支腿14还可在作业时候进行调心以对准地铁隧道轴向。
64.拼装机器人5通过安装扫描定位模块18定位钢板环安装位置与钢板环位置，通过计算机计算拼装机器人5的移动路径，再将电永磁吸盘19移动到到钢板环存放架一侧，并通过电永磁吸盘19从钢板环存放架处抓取钢板环，拼装机器人5经过旋转、俯仰等等动作调整钢板环姿态，并将钢板环拼装至盾构隧道，打孔机器人4配合视觉系统扫描定位打孔位置，打孔机器人4打孔模块22打孔、安装模块23安装m16锚栓2505、拧紧模块24拧紧锚栓2505，将钢板环固定在地铁隧道管片内壁，旋合深度大于125mm，顺序由下至上，并预留锚栓孔作为
注浆孔和排气孔，在完成整环钢板环的安装作业后，焊接机器人7通过机器人升降平台11、机器人滑台6调整焊接机器人7姿态，焊接机器人7焊缝扫描定位模块20定位焊缝位置，焊接钢板环之间的接缝，机器人焊接系统可实现焊缝寻找定位、焊缝追踪、焊缝检测等功能。底部系统进行整体移动运行，辅助作业平台8辅助工人进行注浆和钢板环防腐喷涂，钢板两侧与管片接缝采用环氧胶泥封堵，在通过注浆孔与管片间进行环氧树脂压注，压力控制在0.1mpa
‑
0.15mpa，最后辅助作业平台辅助工人进行喷涂防锈、防腐和耐火涂层。
65.4)管线、道床恢复。
66.5)退场验收。
67.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。