[发明专利]一种基于3D打印技术的软土隧道衬砌施工方法及装置

权利要求书

1.一种基于3D打印技术的软土隧道衬砌施工方法，其特征在于，包括：

1)隧道掘进步骤：隧道掘进模块在掘进信号的控制下进行设定距离的隧道掘进开挖；

2)衬砌打印步骤：混凝土3D打印模块在打印信号的控制下在完成隧道掘进开挖处进行环状混凝土衬砌的打印；

所述隧道掘进步骤和衬砌打印步骤交替进行。

2.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的软土隧道衬砌施工方法，其特征在于，所述隧道掘进步骤具体为：

在接收到所述掘进信号后，以前一次打印好的环状混凝土衬砌为基础获得反向顶推力，在所述反向顶推力下进行设定距离的隧道掘进开挖。

3.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的软土隧道衬砌施工方法，其特征在于，所述衬砌打印步骤具体包括以下步骤：

201)接收打印信号，控制混凝土3D打印模块移动至待打印位置，扫描隧道断面，获得断面轮廓数据；

202)获取所述混凝土3D打印模块的定位数据；

203)根据所述断面轮廓数据和定位数据生成衬砌打印轨迹；

204)混凝土3D打印模块根据所述衬砌打印轨迹实现环状混凝土衬砌的打印。

4.根据权利要求3所述的基于3D打印技术的软土隧道衬砌施工方法，其特征在于，步骤204)中，实时跟踪所述混凝土3D打印模块的打印头的位置。

5.根据权利要求3所述的基于3D打印技术的软土隧道衬砌施工方法，其特征在于，所述衬砌打印步骤还包括：

在执行步骤204)后，检测打印好的环状混凝土衬砌是否存在缺陷，并在发现缺陷时进行混凝土补打。

6.一种实现如权利要求1所述的软土隧道衬砌施工方法的基于3D打印技术的软土隧道衬砌施工装置，其特征在于，包括隧道掘进模块和混凝土3D打印模块，其中，

所述隧道掘进模块包括掘进机构、反力顶推机构和控制终端，所述控制终端分别连接掘进机构和反力顶推机构；

所述混凝土3D打印模块包括行走机构、进料机构、机械手臂、打印头、隧道断面扫描仪和打印控制器，所述机械手臂和打印控制器设置于行走机构上，所述打印头和隧道断面扫描仪设置于机械手臂上，所述进料机构与打印头连接，所述打印控制器分别与行走机构、进料机构、机械手臂、隧道断面扫描仪和控制终端通信连接。

7.根据权利要求6所述的基于3D打印技术的软土隧道衬砌施工装置，其特征在于，所述反力顶推机构包括多个千斤顶。

8.根据权利要求6所述的基于3D打印技术的软土隧道衬砌施工装置，其特征在于，所述行走机构包括均与打印控制器连接的履带车和履带车定位器。

9.根据权利要求6所述的基于3D打印技术的软土隧道衬砌施工装置，其特征在于，所述机械手臂上还设有测量打印头与隧道断面间距离的机械手臂定位器。

10.根据权利要求6所述的基于3D打印技术的软土隧道衬砌施工装置，其特征在于，所述进料机构包括均与打印头连接的混凝土添加单元和外加剂添加单元。