本发明属于隧道施工，具体涉及一种隧道二衬拱部混凝土水平定向冲顶施工方法。
背景技术：
1、隧道二衬是隧道施工领域的一项关键工序，传统混凝土衬砌模板台车在灌注隧道拱顶时用混凝土输送泵车将混凝土通过泵送压力由下向顶部灌注，使混凝土填充模板台车表面与岩石面之间的腔体；灌注饱满密实、夯实与否，全凭人工经验、感觉，拱顶填充未饱满，混凝土未形成初凝自稳容易形成脱空、空洞，泵送压力大，容易造成模板坍塌变形、损坏等。而且，目前现有的灌注管出口位置较低，在灌注混凝土过程中出口会逐渐被混凝土埋在下面，混凝土会对出口产生压力和阻碍作用，不利于混凝土的灌注；此外，在注满混凝土后，一段时间后，混凝土收敛凝固会导致一定沉降，进而腔体的顶部可能会产生较大空洞，此时由于灌注管的出口埋于混凝土底部，并且此时混凝土的流动性下降，导致很难继续向腔体中灌注新的混凝土，来填满空洞。
技术实现思路
1、本发明的目的是要解决现有混凝土衬砌模板台车灌注拱顶混凝土填充未满、混凝土收敛凝固会导致一定沉降容易造成脱空、空洞的问题，提供一种隧道二衬拱部混凝土水平定向冲顶施工方法。
2、本发明是通过以下技术方案实现的：
3、一种隧道二衬拱部混凝土水平定向冲顶施工方法，该方法采用拱顶灌注装置、封堵装置和可视化装置；
4、所述拱顶灌注装置包括支撑框架、直线驱动执行器、滑座、灌注管、回转驱动机构、拉压传感器、滑套和灌注管回转接头；其中，所述滑座滑动安装在支撑框架上，所述直线驱动执行器与滑座连接，用于驱动滑座上下运动；在滑座上设置回转驱动机构，所述灌注管竖向安装在该回转驱动机构中，灌注管在回转驱动机构的驱动下能够旋转；在支撑框架顶部竖向安装滑套，所述灌注管滑动安装在该滑套中；在滑座上安装有灌注管回转接头，灌注管的底端与该灌注管回转接头的顶端对接，灌注管回转接头的底端用于连接外部输注管路，通过该灌注管回转接头实现外部输注管路和灌注管的连通；在灌注管的顶部侧壁上开设有出口；所述拉压传感器连接在直线驱动执行器的动作杆顶端，通过该拉压传感器的检测值大小，来判断直线驱动执行器驱动灌注管向上运动时灌注管顶端是否达到隧道顶面；
5、所述可视化装置，用于插入灌注管内，实时观察模板背后混凝土的灌注状态；
6、所述封堵装置，用于插入灌注管内，封堵住灌注管的出口；
7、隧道二衬拱部混凝土水平定向冲顶施工方法包括以下步骤：
8、步骤一：隧道断面轮廓设计混凝土二衬模板台车，以模板台车为依托，在模板台车长度方向拱顶依次间隔设置n个灌注口，在每个灌注口设置一台拱顶灌注装置，控制所有的拱顶灌注装置的直线驱动执行器驱动灌注管向上运动，当灌注管顶端的触顶检测限位机构检测到触碰隧道顶面后，自动控制直线驱动执行器停止，使所有灌注管到达并停止在灌注工作位置；然后，将1#灌注口的拱顶灌注装置的灌注管连接外部输注管路，其余灌注口的灌注管则插入可视化装置；
9、步骤二：开启灌注系统，经外部输注管路和1#灌注口的灌注管向隧道拱顶灌注腔体中灌注混凝土；在灌注混凝土的过程中，通过控制1#灌注口的灌注管旋转来实现360度全方位灌注，并且通过相邻的可视化装置观察实时灌注施工状态；
10、步骤三：在灌注过程中，当观察到混凝土的高度即将达到2#灌注口的灌注管的顶部出口位置时，取出2#灌注口的灌注管内的可视化装置，然后插入封堵装置，使封堵装置封堵住2#灌注口的灌注管的顶部出口，然后控制该灌注管下降至与模板表面齐平；如此，随着混凝土的不断灌入，对其他相邻灌注口的灌注管依次执行上述取出可视化装置、插入封堵装置、控制灌注管下降至与模板表面齐平等操作，直至混凝土注满隧道拱顶灌注腔体；
11、步骤四：待混凝土注满隧道拱顶灌注腔体后，控制1#灌注口的灌注管边下降边灌注，直至使该灌注管下降至与模板表面齐平位置，停止灌注。
12、在上述技术方案中，所述支撑框架为矩形框架结构，包括底梁、两个竖向梁和顶梁，在支撑框架的两个竖向梁上均设置有竖向导轨，所述滑座的两端设置有滑块，滑块滑动安装在竖向导轨上，从而实现将滑座滑动安装在竖向导轨上。
13、在上述技术方案中，滑套的底部具有一圈下限位环，下限位环上设置有安装孔，采用螺栓穿过该安装孔并连接支撑框架的顶梁，从而实现将滑套固定安装在支撑框架的顶梁上；在滑套顶部还设置有上限位环，用于与台车顶部模板焊接在一起。
14、在上述技术方案中，在滑套内还设置有密封圈，用于保证滑套内部和灌注管外壁之间的滑动密封效果，防止在向隧道拱顶灌注施工过程中，混凝土从滑套和灌注管之间的间隙泄漏或溢出。
15、在上述技术方案中，所述灌注管回转接头包括中部管身和分别旋转连接在中部管身上下两端的上部旋转接头、下部旋转接头，灌注管回转接头的中部管身通过安装架固定安装在滑座上，灌注管回转接头的上部旋转接头与灌注管的底部端口连通，灌注管回转接头的下部旋转接头用于连接外部输注管路。
16、在上述技术方案中，所述灌注管的顶端具有挡板，灌注管的顶部侧壁上开设有两个对称布置的出口，或者开设一个出口。
17、在上述技术方案中，所述回转驱动机构包括外部旋转轮、内部固定轮、滚珠和压板，所述内部固定轮套在灌注管外围，二者之间为间隙配合，并且内部固定轮固定连接在滑座上；所述外部旋转轮可转动地安装在内部固定轮外部，外部旋转轮的外壁上设置有齿牙，齿牙与设置在滑座上的液压马达的驱动齿轮相啮合；所述灌注管的底部端口外围具有一圈边缘，所述压板通过螺栓连接在外部旋转轮的底部并将灌注管底部端口的边缘固定压在中间，从而将灌注管与外部旋转轮和压板相固定，使得灌注管能够随外部旋转轮一同旋转。
18、在上述技术方案中，在支撑框架的竖向梁的侧壁上设置有限位开关，用于检测滑座的低位工作位置。
19、在上述技术方案中，所述封堵装置包括外套管、内杆和胀塞，其中，所述内杆安插在外套管内，并且外套管和内杆之间进行螺纹配合，在外套管的顶部设置有底板，在内杆的顶端设置有顶板，所述胀塞安装在底板和顶板之间，当相对旋转外套管和内杆时，底板和顶板之间的间距变小，进而竖向压缩胀塞，使得胀塞的径向尺寸变大，进而封堵住灌注管的内部通道。
20、在上述技术方案中，所述可视化装置是在所述封堵装置的基础上，在顶板上增加一根立杆，立杆的顶部设置摄像头。
21、本发明的优点和有益效果为：
22、1，本发明采用的拱顶灌注装置，能够使灌注管具有旋转以及竖向升降的能力，通过控制灌注管旋转可实现360度全方位旋转灌注以及定点灌注，有效避免灌注不均匀，形成局部空洞。
23、2，本发明的灌注管的底端连接有灌注管回转接头，通过该灌注管回转接头实现外部输注管路和灌注管相连通，并且使得灌注管能够自由旋转，以及外部输注管路也能够自由旋转，从而外部输注管路在灌注系统的灌注泵的作用下能够向灌注管中注入混凝土。
24、3，本发明的拱顶灌注装置配合封堵装置和可视化装置一同使用，可视化装置能够插入灌注管内，使摄像头到达灌注管的出口位置，在灌注混凝土的过程中，通过可视化装置能够观察实时灌注施工状态，来核实拱顶灌注混凝土是否密实饱满；封堵装置也能够插入灌注管内，封堵住灌注管，防止已经注入隧道拱顶灌注腔体中的混凝土回流。
25、4，本发明在直线驱动执行器的动作杆顶端设置了拉压传感器，通过该拉压传感器的检测值大小，来判断直线驱动执行器驱动灌注管向上运动时灌注管顶端是否达到隧道顶面，到达隧道顶面后向控制系统发送信号，进而控制系统控制直线驱动执行器停止，使灌注管到达并停止在灌注工作位置，此位置下，灌注管的出口接近隧道顶面(并且灌注管的出口设置在了灌注管顶部侧面)，这样有以下好处：一是灌注时，混凝土是从灌注管的出口排出向下落下，出口的高度高于注入的混凝土液面，因此出口不会受到阻碍作用，提高灌注速度，还能后减小泵送压力，而现有技术中，灌注管的出口位置较低，会被周围的混凝土埋在下面，混凝土会对出口产生压力和阻碍作用，因此需要较大的泵送压力；二是由于出口接近隧道顶面，使得可视化装置的摄像头插入灌注管后其摄像头能够处于高位，在灌注过程中，高于混凝土液面，从而能够观察整个灌注过程的施工状态；三是由于灌注管的出口接近隧道顶面，使得即便由于混凝土发生沉降导致灌注腔的顶部产生空洞，也能继续向空洞中充填新的混凝土。
26、5，本发明的灌注管滑动贯穿安装在位于支撑框架顶部的滑套中，通过该滑套保证了灌注管上下运动的稳定性，此外，滑套的顶部与台车顶部模板连接，在滑套内还设置有密封圈，用于保证滑套内部和灌注管外壁之间的滑动密封效果，从而防止在向隧道拱顶灌注施工过程中，混凝土从滑套和灌注管之间的间隙泄漏或溢出。
1.一种隧道二衬拱部混凝土水平定向冲顶施工方法，其特征在于：该方法采用拱顶灌注装置、封堵装置和可视化装置；
2.根据权利要求1所述的隧道二衬拱部混凝土水平定向冲顶施工方法，其特征在于：所述支撑框架为矩形框架结构，包括底梁、两个竖向梁和顶梁，在支撑框架的两个竖向梁上均设置有竖向导轨，所述滑座的两端设置有滑块，滑块滑动安装在竖向导轨上，从而实现将滑座滑动安装在竖向导轨上。
3.根据权利要求1所述的隧道二衬拱部混凝土水平定向冲顶施工方法，其特征在于：滑套的底部具有一圈下限位环，下限位环上设置有安装孔，采用螺栓穿过该安装孔并连接支撑框架的顶梁，从而实现将滑套固定安装在支撑框架的顶梁上；在滑套顶部还设置有上限位环，用于与台车顶部模板焊接在一起。
4.根据权利要求1所述的隧道二衬拱部混凝土水平定向冲顶施工方法，其特征在于：在滑套内还设置有密封圈，用于保证滑套内部和灌注管外壁之间的滑动密封效果，防止在向隧道拱顶灌注施工过程中，混凝土从滑套和灌注管之间的间隙泄漏或溢出。
5.根据权利要求1所述的隧道二衬拱部混凝土水平定向冲顶施工方法，其特征在于：所述灌注管回转接头包括中部管身和分别旋转连接在中部管身上下两端的上部旋转接头、下部旋转接头，灌注管回转接头的中部管身通过安装架固定安装在滑座上，灌注管回转接头的上部旋转接头与灌注管的底部端口连通，灌注管回转接头的下部旋转接头用于连接外部输注管路。
6.根据权利要求1所述的隧道二衬拱部混凝土水平定向冲顶施工方法，其特征在于：所述灌注管的顶端具有挡板，灌注管的顶部侧壁上开设有两个对称布置的出口，或者开设一个出口。
7.根据权利要求1所述的隧道二衬拱部混凝土水平定向冲顶施工方法，其特征在于：所述回转驱动机构包括外部旋转轮、内部固定轮、滚珠和压板，所述内部固定轮套在灌注管外围，二者之间为间隙配合，并且内部固定轮固定连接在滑座上；所述外部旋转轮可转动地安装在内部固定轮外部，外部旋转轮的外壁上设置有齿牙，齿牙与设置在滑座上的驱动电机的驱动齿轮相啮合；所述灌注管的底部端口外围具有一圈边缘，所述压板通过螺栓连接在外部旋转轮的底部并将灌注管底部端口的边缘固定压在中间，从而将灌注管与外部旋转轮和压板相固定，使得灌注管能够随外部旋转轮一同旋转。
8.根据权利要求1所述的隧道二衬拱部混凝土水平定向冲顶施工方法，其特征在于：在支撑框架的竖向梁的侧壁上设置有限位开关，用于检测滑座的低位工作位置。
9.根据权利要求1所述的隧道二衬拱部混凝土水平定向冲顶施工方法，其特征在于：所述封堵装置包括外套管、内杆和胀塞，其中，所述内杆安插在外套管内，并且外套管和内杆之间进行螺纹配合，在外套管的顶部设置有底板，在内杆的顶端设置有顶板，所述胀塞安装在底板和顶板之间，当相对旋转外套管和内杆时，底板和顶板之间的间距变小，进而竖向压缩胀塞，使胀塞的径向尺寸变大，进而封堵住灌注管的内部通道。
10.根据权利要求9所述的隧道二衬拱部混凝土水平定向冲顶施工方法，其特征在于：所述可视化装置是在所述封堵装置的基础上，在顶板上增加一根立杆，立杆的顶部设置摄像头。
