[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

说明书

本发明涉及一种基于3D打印技术的软土隧道衬砌施工方法及装置，所述施工方法包括：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。与现有技术相比，本发明具有衬砌整体化程度高、自动化程度高、有效缩短施工时间等优点。

技术领域

本发明涉及一种隧道衬砌的施工方法，尤其是涉及一种基于3D打印技术的软土隧道衬砌施工方法及装置。

背景技术

隧道衬砌作为隧道结构的重要组成部分，具有抵抗外界水土压力、维持隧道稳定、防止渗漏等重要作用。在软土隧道的施工中，由于土体含水率较高，对衬砌的抗渗能力有较高的要求。目前常用的软土隧道衬砌建造方法是盾构法，但由于盾构隧道中各环片的接头处无法做到完全贴合，始终存在缝隙，故渗漏问题在盾构隧道衬砌中一直未得到有效的解决。此外，隧道衬砌管片从预制、运输、安装流程长、耗时久。

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基于3D打印技术的软土隧道衬砌施工方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于3D打印技术的软土隧道衬砌施工方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

本发明还提供一种实现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，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。

进一步地，所述反力顶推机构包括多个千斤顶。

进一步地，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。