本發(fā)明涉及隧道工程，具體為一種隧道二襯臺車砼澆筑端部密實封堵裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、二襯臺車作為隧道建造過程中必不可少的工具，主要用于對隧道內(nèi)壁進(jìn)行砼襯砌施工。在施工過程中需要對二襯臺車端部進(jìn)行封堵，而傳統(tǒng)的二襯臺車端部封堵常采用木模板或鋼模板進(jìn)行封堵，由于隧道頂部外形的不規(guī)則性，其頂部常呈現(xiàn)為凹凸不平，所以采用木模板或鋼模板進(jìn)行封堵會導(dǎo)致頂部封堵不實存在縫隙的情況，進(jìn)而導(dǎo)致水分沿頂部縫隙滲漏，降低砼襯砌施工質(zhì)量。且傳統(tǒng)封堵常采用多塊木模板或鋼模板進(jìn)行施工，操作較為復(fù)雜，施工完整性較差，施工前立模及施工后脫模的工作量及工作強度較大，工作效率較低。

2、因此現(xiàn)在急需一種隧道二襯臺車砼澆筑端部密實封堵裝置及方法，能對異形的隧道頂面的密實封堵，避免水分沿頂部縫隙滲漏，影響砼襯砌施工質(zhì)量，且操作簡單，能提高施工效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種隧道二襯臺車砼澆筑端部密實封堵裝置，能對異形的隧道頂面的密實封堵，避免水分沿頂部縫隙滲漏，影響砼襯砌施工質(zhì)量，且操作簡單，能提高施工效率。

2、本發(fā)明提供的基礎(chǔ)方案一：一種隧道二襯臺車砼澆筑端部密實封堵裝置，包括：弧形可調(diào)軌道模塊、頂升機構(gòu)模塊、筒型防水袋；

3、筒型防水袋設(shè)置在弧形可調(diào)軌道模塊上方；

4、頂升機構(gòu)模塊設(shè)置在筒型防水袋和弧形可調(diào)軌道模塊之間，且與弧形可調(diào)軌道模塊連接，在弧形可調(diào)軌道模塊上移動，并進(jìn)行頂升動作，推動筒型防水袋壓緊隧道。

5、進(jìn)一步，所述弧形可調(diào)軌道模塊，包括：軌道主體；

6、軌道主體的頂面兩邊均設(shè)置有支撐座，支撐座上分別設(shè)有均勻分布的左槽和右槽；左槽和右槽即設(shè)置在左側(cè)支撐座上的凹槽和右側(cè)支撐座上的凹槽；

7、軌道主體兩側(cè)設(shè)置有擋板，且擋板位于支撐座上方；

8、軌道主體上沿弧形方向的中心位置設(shè)有均勻分布的中間槽；

9、所述軌道主體由若干段連續(xù)弧形可調(diào)軌道模塊組成；

10、所述弧形可調(diào)軌道模塊，還包括：軌道微調(diào)節(jié)裝置；

11、所述軌道微調(diào)節(jié)裝置，用于連接各段連續(xù)弧形可調(diào)軌道模塊且對相鄰連續(xù)兩段弧形可調(diào)軌道模塊的角度進(jìn)行為調(diào)節(jié)以適用于不同弧度形狀的軌道，軌道微調(diào)節(jié)裝置主要由微調(diào)減速電機、連接軸、軸承組成，微調(diào)減速電機固定安裝在一段弧形可調(diào)軌道模塊上，軸承固定安裝在弧形可調(diào)軌道模塊相鄰另一端弧形可調(diào)軌道模塊上，連接軸與弧形可調(diào)軌道模塊固定連接，連接軸安裝于軸承內(nèi)且與微調(diào)減速電機的輸出軸固定連接。

12、進(jìn)一步，所述頂升機構(gòu)模塊，包括：頂升裝置和殼體；

13、殼體的水平垂直弧線方向兩側(cè)面均設(shè)置有主動輪和隨動輪；兩側(cè)的主動輪對應(yīng)放置左槽和右槽中，隨動輪位于主動輪上方，對應(yīng)放置在支撐座頂面；隨動輪與殼體轉(zhuǎn)動連接；

14、殼體側(cè)面還設(shè)置有第一驅(qū)動電機和第二驅(qū)動電機；

15、第二驅(qū)動電機的蝸輪蝸桿與主動輪連接，通過蝸輪蝸桿傳動驅(qū)動主動輪在弧形可調(diào)軌道模塊的左槽和右槽內(nèi)運動，同時帶動隨動輪沿著弧形可調(diào)軌道模塊的支撐座運動；

16、殼體頂面開口，開口兩側(cè)設(shè)置有水平垂直弧線方向的滑動軌道；

17、殼體頂面上設(shè)置有滑動板，滑動板底面兩邊設(shè)置有滑動槽，滑動槽與滑動軌道嵌裝；

18、殼體內(nèi)設(shè)置有與第一驅(qū)動電機輸出軸連接的主動軸，主動軸兩側(cè)沿弧線方向均設(shè)置有隨動軸，一側(cè)的隨動軸與主動軸套接有第一傳動皮帶；兩個隨動軸上套接有第二級皮帶，且第二級皮帶與滑動板底面通過設(shè)置的連接鍵固定連接；第一驅(qū)動電機，用于驅(qū)動主動軸轉(zhuǎn)動，進(jìn)而通過第一級皮帶驅(qū)動隨動軸轉(zhuǎn)動，使第一級皮帶轉(zhuǎn)動并帶動滑動板沿滑動軌道移動；

19、滑動板頂面設(shè)置有雙軸云臺，雙軸云臺上設(shè)置有電動推桿模塊；

20、電動推桿模塊，還用于實時反饋伸縮距離及末端壓力值。

21、進(jìn)一步，所述筒型防水袋內(nèi)部有若干隔斷，隔層間采用單向閥連通；

22、筒型防水袋兩端分別設(shè)置進(jìn)氣口與出氣口，與內(nèi)部設(shè)置的隔斷相通，使用前采用空氣泵充入0～v的空氣。

23、進(jìn)一步，所述筒型防水袋底面兩邊分別均勻設(shè)置有若干開孔，且開孔用內(nèi)袋進(jìn)行密封，包括：任一一邊均勻間隔設(shè)置有三排開孔，且相鄰兩排的開孔間隔設(shè)置，第二排開孔為中間開孔，第一排開孔和第三排開孔分別為左開孔和右開孔，中間開孔中用中間內(nèi)袋進(jìn)行密封，左開孔中用左內(nèi)袋進(jìn)行密封，右開孔中用右內(nèi)袋進(jìn)行密封。

24、進(jìn)一步，還包括：控制器，用于控制頂升機構(gòu)模塊的移動和頂升動作，并對位移值和推力值進(jìn)行校正；

25、控制器，包括：位移控制器和推力控制器；

26、位移控制器，用于控制頂升機構(gòu)模塊的移動，并對位移值進(jìn)行校正；

27、推力控制器，用于控制頂升機構(gòu)模塊的頂升動作，并對推力值進(jìn)行校正。

28、進(jìn)一步，所述位移控制器，用于控制頂升機構(gòu)模塊的移動，并對位移值進(jìn)行校正，包括：通過控制第二驅(qū)動電機的啟閉和功率，控制頂升機構(gòu)模塊沿弧形可調(diào)軌道模塊移動，并進(jìn)行位移值修正；通過控制第一驅(qū)動電機的啟閉和功率，控制滑動板沿滑動軌道移動；

29、位移控制器根據(jù)位移模型進(jìn)行控制：

30、

31、其中u(t)1為修正后的位移值，e(t)1為預(yù)期位移值s(t)和實際位移值c(t)1的差值，δkp為整定比例系數(shù)，δki為整定積分系數(shù)，δkd為整定微分系數(shù)，δe(t)1為t與t-1時刻的誤差值之差，ti為積分時間常數(shù)，td為微分時間常數(shù)，t為采樣周期；

32、所述推力控制器，用于控制頂升機構(gòu)模塊的頂升動作，并對推力值進(jìn)行校正，包括：通過控制電動推桿模塊，控制頂升機構(gòu)模塊的頂升動作，并對推力值進(jìn)行校正；

33、推力控制器根據(jù)推力模型進(jìn)行控制：

34、

35、其中u(t)2為修正后的位移值，e(t)2為預(yù)期位移值f(t)和實際位移值c(t)2的差值，k為增益系數(shù)，t為滯后時間，ts為慣性時間常數(shù)。

36、本方案的有益效果：本置安裝于二襯臺車兩側(cè)，可隨二襯臺車移動；筒型防水袋在開始尋定位前只充部分氣體，以便于壓緊，控制器通過控制第二驅(qū)動電機的啟閉和功率，控制頂升機構(gòu)模塊沿弧形可調(diào)軌道模塊移動，并進(jìn)行位移值修正；控制器通過控制第一驅(qū)動電機的啟閉和功率，控制滑動板沿滑動軌道移動；控制器控制電動推桿模塊的伸縮和推力，控制頂升機構(gòu)模塊的頂升動作，并進(jìn)行推力值修正，實現(xiàn)對所有開孔中內(nèi)袋的推動，進(jìn)而推動筒型防水袋壓緊隧道；對定位后的各個隧道縫隙點采用人工固定支撐桿的方式對其進(jìn)行固定鎖緊，固定鎖緊后將筒型防水袋充滿氣體，以實現(xiàn)對隧道縫隙的密實封堵；具體地，控制器模塊，包括：包括：位移控制器和推力控制器；位移控制器采用vpid控制器，根據(jù)位移模型進(jìn)行控制，位移模型通過vpid算法構(gòu)建，推力控制器采用p控制器，根據(jù)推力模型進(jìn)行控制，其中推力模型通過改進(jìn)的模糊控制算法構(gòu)建，能實時準(zhǔn)確對位移和推力進(jìn)行修正，保障封堵的準(zhǔn)確性；

37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案可以對形狀、大小各異的隧道頂端的密實封堵，避免施工過程中水分滲漏，且其結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)整體性封堵，提高工程質(zhì)量；并且本方案中控制器會進(jìn)行自動尋位，且會對位移值和推力值修正，保障尋位的準(zhǔn)確性，對隧道頂部不規(guī)則縫隙的自動尋定位，極大提高施工效率。

38、綜上，本方案能對異形的隧道頂面的密實封堵，避免水分沿頂部縫隙滲漏，影響砼襯砌施工質(zhì)量，且操作簡單，能提高施工效率。

39、本發(fā)明的目的之二在于提供一種隧道二襯臺車砼澆筑端部密實封堵方法，能對異形的隧道頂面的密實封堵，避免水分沿頂部縫隙滲漏，影響砼襯砌施工質(zhì)量，且操作簡單，能提高施工效率。

40、本發(fā)明提供基礎(chǔ)方案二：一種隧道二襯臺車砼澆筑端部密實封堵方法，采用上述隧道二襯臺車砼澆筑端部密實封堵裝置，包括如下內(nèi)容：

41、s1、將筒型防水袋設(shè)置在弧形可調(diào)軌道模塊與隧道之間，且在筒型防水袋內(nèi)充入體積為v的空氣，控制器控制頂升機構(gòu)模塊移動到中間開孔下方；

42、s2、控制器控制電動推桿模塊對準(zhǔn)中間內(nèi)袋后電動推桿模塊開始伸長；

43、s3、電動推桿模塊推桿穿過筒型防水袋中間開孔推動中間內(nèi)袋壓緊隧道，同時推桿繼續(xù)伸長；

44、s4、當(dāng)電動推桿模塊頂?shù)剿淼雷畹忘c，推力繼續(xù)增大，當(dāng)推力增大到預(yù)設(shè)最大值，電動推桿模塊停止運動，裝置進(jìn)入等待狀態(tài)，將頂桿頂住定位點，頂桿另一端頂在隧道上的中間槽上；

45、s5、控制器控制頂升機構(gòu)模塊移動到下一中間開孔下方，并執(zhí)行s2-s4，至完成所有中間內(nèi)袋對的定位支撐后，執(zhí)行s6；

46、s6、控制器控制電動推桿模塊沿垂直于隧道橫截面的方向向左移動到左開孔下方，并對所有左開孔執(zhí)行s2-s5，至完成所有左內(nèi)袋的定位支撐后，執(zhí)行s7；

47、s7、控制器控制電動推桿模塊沿垂直于隧道橫截面的方向向右移動到右開孔下方，并對所有右開孔執(zhí)行s2-s5，至完成所有右內(nèi)袋的定位支撐。

48、進(jìn)一步，控制器控制頂升機構(gòu)模塊移動到下一開孔下方為：控制器，根據(jù)距離值l，通過位移模型，進(jìn)行位移值修正，輸出輸出量作為位移值，頂升機構(gòu)模塊根據(jù)位移值移動到下一開孔，包括：

49、將距離值l，作為預(yù)期位移值s(t)；

50、實時獲取頂升機構(gòu)模塊的實際位移c(t)1，具體地，對于頂升機構(gòu)模塊的實際位移c(t)1，通過設(shè)置編碼器獲取并實時進(jìn)行反饋，以使控制器實時獲取頂升機構(gòu)模塊的實際位移c(t)1；

51、根據(jù)s(t)和c(t)1，獲取控制偏差e(t)1，具體地，預(yù)期位移值s(t)與實際位移值c(t)1作差得到控制偏差e(t)1；

52、根據(jù)e(t)1，通過位移模型，進(jìn)行位移值修正，輸出輸出量u(t)1，作為修正后的位移值：

53、

54、其中u(t)1為修正后的位移值，e(t)1為預(yù)期位移值s(t)和實際位移值c(t)1的差值，δkp為整定比例系數(shù)，δki為整定積分系數(shù)，δkd為整定微分系數(shù)，δe(t)1為t與t-1時刻的誤差值之差，ti為積分時間常數(shù)，td為微分時間常數(shù)，t為采樣周期；

55、判斷u(t)1與s(t)之差是否符合預(yù)設(shè)位移差范圍，若是，則輸出u(t)1；若否，則再執(zhí)行實時獲取頂升機構(gòu)模塊的實際位移c(t)1；

56、頂升機構(gòu)模塊根據(jù)輸出的u(t)1移動到下一開孔，從而控制頂升機構(gòu)模塊精準(zhǔn)穩(wěn)定地到達(dá)預(yù)定位點并使電動推桿模塊對準(zhǔn)內(nèi)袋。

57、進(jìn)一步，當(dāng)電動推桿模塊頂?shù)剿淼雷畹忘c，推力繼續(xù)增大，當(dāng)推力增大到預(yù)設(shè)最大值，電動推桿模塊停止運動，裝置進(jìn)入等待狀態(tài)，包括：

58、根據(jù)施工要求，確定預(yù)設(shè)最大值f(t)作為預(yù)期推力值；

59、電動推桿模塊開始運動后，當(dāng)電動推桿模塊的推桿接觸隧道時，獲取實際推力值c(t)2，具體地，通過電動推桿模塊的末端力傳感器反饋力值c(t)2，獲取實際推力值c(t)2；

60、根據(jù)f(t)和c(t)2，獲取控制偏差e(t)2，具體地，預(yù)期推力值f(t)與實際推力值作差得到控制偏差e(t)2；

61、根據(jù)e(t)2，通過推力模型，進(jìn)行位移值修正，輸出輸出量u(t)2，作為推力值，進(jìn)行運行指令的下發(fā)：

62、

63、其中u(t)2為修正后的位移值，e(t)2為預(yù)期位移值f(t)和實際位移值c(t)2的差值，k為增益系數(shù)，t為滯后時間，ts為慣性時間常數(shù)；

64、判斷u(t)2與f(t)之差是否符合預(yù)設(shè)推力差范圍，若是，則輸出u(t)2，對c(t)2進(jìn)行修正；若否，則再執(zhí)行獲取實際推力值c(t)2；

65、電動推桿模塊停止運動，頂升機構(gòu)模塊進(jìn)入等待指令狀態(tài)，當(dāng)接收下個運行指令或等待時間超過預(yù)設(shè)等待時間后進(jìn)入下一個運行指令循環(huán)，進(jìn)而找到下一個開孔。

66、本方案的有益效果：本方案可以對形狀、大小各異的隧道頂端的密實封堵，避免施工過程中水分滲漏，且其結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)整體性封堵，提高工程質(zhì)量；并且本方案中控制器會進(jìn)行自動尋位，且會對位移值和推力值修正，保障尋位的準(zhǔn)確性，對隧道頂部不規(guī)則縫隙的自動尋定位，極大提高施工效率。本方案能對異形的隧道頂面的密實封堵，避免水分沿頂部縫隙滲漏，影響砼襯砌施工質(zhì)量，且操作簡單，能提高施工效率。