CN101298839B - 一种隧洞混凝土衬砌模板装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种隧洞混凝土衬砌模板装置，包括模板系统、承重用的针梁系统，模板系统包括模板组件及模板挂架，模板组件包括弧形的左侧模、右侧模、顶模及底模，该左侧模、右侧模、顶模及底模对应连接形成断面为圆形的模板组件；模板挂架挂设于顶模上，且模板挂架底部分别设置有与左侧模、右侧模及底模连接的可伸缩的立模脱模装置；针梁系统包括置于隧洞中上部的承重针梁及用于支撑承重针梁且可调节高度的前后支撑腿装置；承重针梁的上端面与顶模间滑动接触且针梁搭置在模板挂架上，底模为可拆卸式结构，该可拆卸式结构的底模上设有在混凝土初凝时拆卸或翻转后可对隧洞底拱混凝土表面进行原浆抹面的开敞部位。该模板装置有效地消除了传统全断面模板底拱气泡问题，提高底拱部位混凝土内在及外观成型质量。

Description

一种隧洞混凝土衬砌模板装置

技术领域

本发明属于水利水电、市政工程等技术领域中圆形隧洞的施工装置，特别涉及一种隧洞混凝土衬砌模板装置。

背景技术

目前，国内常用的全断面隧洞衬砌模板主要是：模板组件是圆形全断面的封闭型结构，模板组件的承重针梁位于隧洞断面的中下部位置，模板的立模、拆模通过液压系统和钢结构杆件控制，此种模板应用最为广泛。但是，传统的将针梁置于隧洞中下部的下置式钢模结构，其底拱处的弧形模板呈封闭状且不可拆分，在浇筑混凝土时，底部气泡难以根除，由于振捣混凝土时所产生的气泡无法通过底模排出。这样，就会在底部混凝土表面产生大量的气泡、乳皮或蜂窝等质量缺陷，而通常，为了解决这些缺陷，一般要在底模上设置振捣孔或者排气孔，此方法操作不方便且效果不明显，混凝土砌衬成型后仍需要做大量的混凝土表面修补处理，严重影响了混凝土的表面质量及大大增加了修补处理的成本，同时也增加了隧洞糙率，极大地影响输水隧洞的过流条件。此外，由于钢模中的针梁置于隧洞的中下部位置，其操作空间有限，不便于钢筋与其它所需要的施工器具的搬运，同时也不便于施工人员的通行和施工，使施工环境变得困难而且安全性能不好。

另外，在现有技术中，也出现了将针梁置于隧洞中上部的上置式钢模结构，虽然模板的下部操作空间较大，便于操作人员的通行和施工，但是该上置式针梁钢模结构的底拱模板仍为封闭状且不可拆卸，其与前述的传统针梁钢模结构相同，也不能有效地保证隧洞底部浇筑的混凝土的内在及外观质量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种隧洞混凝土衬砌模板装置，该模板装置有效地消除了传统全断面模板底拱气泡问题，提高底拱部位混凝土内在及外观成型质量。

为了实现上述技术目的，本发明是按以下技术方案实现的：一种隧洞混凝土衬砌模板装置，包括模板系统、承重用的针梁系统，模板系统包括模板组件及模板挂架，模板组件包括弧形的左侧模、右侧模、顶模及底模，该左侧模、右侧模、顶模及底模对应连接形成断面为圆形的模板组件；模板挂架挂设于顶模上，且模板挂架底部设置有分别与左侧模、右侧模及底模连接的可伸缩的立模脱模装置；针梁系统包括置于隧洞中上部的承重针梁及用于支撑承重针梁且可调节高度的前后支撑腿装置；承重针梁的上端面与顶模间滑动接触且针梁搭置在模板挂架上，所述底模为可拆卸式结构，该可拆卸式结构的底模上设有在混凝土初凝时拆卸或翻转后可对隧洞底拱混凝土表面进行原浆抹面的开敞部位。

所述底模包括在混凝土初凝时即可拆卸的弧形底拱模板和底拱模板的背部支撑楞，以及置于底拱模板背部支撑楞上方用于支撑侧模底部的底模架，该底模架为井架结构，其横梁间设有间距大且方便人工抹面的开口部位，该开口部位即为便于人工抹面时的操作空间。

所述底模架的左侧边与左侧模底部对应铰连接。

所述顶模包括弧形顶拱模板(面板)及用于支撑顶拱模板的腹板及加劲肋，所述左侧模、右侧模、顶拱模板的边缘处设置有用于衔接浇筑接缝的软性搭接装置。

所述模板挂架为倒门形结构，其包括直立梁、横杆及轮架，直立梁悬挂且固定连接在顶模上，轮架的上表面设有使针梁与模板挂架相对滑动的滚轮装置，所述顶拱模板底部也设有滚轮装置。

在承重针梁的端部设置有调节前后支撑腿装置高度及控制针梁上下的立模拆模的可伸缩式液压式控制系统。

所述前后支撑腿装置包括前后支撑腿、调节前后支撑腿高度的液压油缸、支撑梁及支撑座；所述立模拆模装置包括左侧模立模拆模装置、右侧膜立模拆模装置及底模架的立模拆模装置；所述左侧模立模拆模装置包括设置在模板挂架底部及左侧模上的液压油缸，以及连接在挂架及左侧模上的可伸缩式螺旋状支撑杆；所述右侧模立模拆模装置包括设置在模板挂架底部及右侧模上的液压油缸，以及连接在挂架及左侧模上的可伸缩式螺旋状支撑杆；所述底模架的立模拆模装置包括设置在模板挂架底部及底模架上的液压油缸，以及连接在挂架及底模架上的可伸缩式螺旋状支撑杆；上述各液压油缸均与设置在顶模下方针梁中部的液压式控制系统相连且由该液压式控制系统控制。

所述承重针梁的两端部固定设置有可使模板组件与针梁相对移动的驱动装置。该驱动装置为分别固定在针梁两端部且同时动作的电动卷扬机，在针梁两端部设置有用于支撑电动卷扬机的托架，在顶模的外端面设置有动滑轮，电动卷扬机的牵引绳绕过动滑轮后连接在电动卷扬机的滚筒上。

所述左侧模、右侧模、顶模及底模的底模架之间通过铰链的方式活动连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)隧洞成型质量好：

本发明模板装置采用针梁上置，同时底模采用可拆卸式结构，施工过程中，待底拱混凝土初凝时，将底拱模板及其背部支撑楞人工取出，然后人在底模架的开口部位进行人工抹面，以消除隧洞底拱的表面气泡，同时也避免由于混凝土中存在的气孔增加缺陷处理的成本和增大了隧洞糙率影响过流条件，使混凝土的浇筑质量得到进一步的提高。

此外，本发明的模板装置在已浇混凝土衬砌与待浇仓位之间的接缝处设置了软边搭接装置，有效地防止了施工缝间的漏浆，混凝土成型后，外观平滑，无漏浆，混凝土密实性好。另外，由于模板的刚性好，稳定性高，保证了混凝土设计体型和施工安全，避免了常规模板易出现的移位、变形等现象，消除了施工安全隐患。

(2)节省材料和劳动力、降低成本：

本发明模板装置与传统的针梁下置式的钢模相比，由于针梁上置，加大了模板中下部施工人员操作空间，使模板上风、水、电管线移设和钢筋搬运显得极为方便，同时也方便了脱模过程的操作，节省大量劳动力，降低了工人的劳动强度。钢模的行走、定位、振捣都配有相应的设备，对混凝土浇筑各工序的人员都大为减少，与传统采用拱架立模的方法相比，节省劳动力约30％。另外，劳动强度和施工环境的改善，有力地保障了施工人员的安全和职业健康。其次，模板装置为整体运动，模板损耗率低，周转次数多，节约了大量的钢材、木材，有利于环保要求，具有明显的社会效益。

(3)节约时间、加快进度：

本发明模板装置配合底拱部位的可拆卸模板原浆抹面进行全断面混凝土衬砌施工工艺，即可一次成型浇筑混凝土，保持了针梁钢模无水平施工缝、消除隧洞水平缝产生渗水的可能性，在2小时内完成钢模的定位和校正工作，节约了立模和处理施工缝的时间，改善了混凝土外观的整体成型质量的优点。同时，针梁钢模上有配套设置的风、水、电及混凝土振捣设备，缩短了混凝土浇筑的准备过程，大大加快了隧洞混凝土衬砌施工速度，平均浇筑进度12块/月，最高月浇筑进度可达16块/月(144m)，月最高浇筑强度可达3600m³。

(4)人性化设计：

本发明上模板装置由于针梁上置极大地增加了针梁模板下部人员操作空间，方便了钢筋和施工器具的搬运，并极大地方便了后续工序的(灌浆、涂料等)施工，另外还有效地实现了长隧洞混凝土衬砌的高效快速施工。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的说明：

图1是本发明隧洞混凝土衬砌模板装置侧面结构示意图；

图2是上述图1中A-A剖视图；

图3是本发明中底模的结构示意图；

图4是上述图3中底模架的正面结构示意图；

图5是上述图3中底模架的俯视图；

图6是上述图1中B向视图；

图7是本发明中前后支撑腿装置的结构示意图；

图8是本发明中已经拆除底拱模板及底拱模板背部支撑楞后模板组件示意图；

图9是上述图8的展开示意图；

图10是本发明中模板挂架的正面结构示意图；

图11是本发明中模板挂架的侧面结构示意图；

图12是本发明中模板挂架的俯视图；

图13是本发明中承重针梁的沿隧洞延伸方向的结构示意图；

图14是上述图13中C向视图；

图15是本发明中电动卷扬机的安装结构示意图一；

图16是本发明中电动卷扬机的安装结构示意图二；

图17是本发明底模架脱模示意图；

图18是本发明中左侧模脱模示意图；

图19是本发明中右侧模脱模示意图；

图20是本发明中顶模脱模示意图。

具体实施方式

如图1～图6所示，本发明所述的一种隧洞混凝土衬砌模板装置，包括模板系统、承重用的针梁系统，模板系统包括模板组件及模板挂架5，所述模板组件包括弧形的左侧模3、右侧模4、顶模2及底模1，该左侧模3、右侧模4、顶模2及底模1对应铰接形成断面为圆形的模板组件；所述模板挂架5挂设于顶模2上，且模板挂架5底部对应设置有分别与左侧模3、右侧模4及底模1连接的可伸缩的立模脱模装置；如图10～14所示，所述针梁系统包括置于隧洞中上部的承重针梁及用于支撑承重针梁6且可调节高度的前后支撑腿装置7；承重针梁6的上端面与顶模2间滑动接触，该承重针梁6是搭置在模板挂架5上。如图3～图5所示，底模1包括在混凝土初凝时即可拆卸的弧形底拱模板11和底拱模板11的背部支撑楞12，以及置于背部支撑楞12上方用于支撑左右两侧模底部的底模架13，该底模架13为井架结构，其横梁间间距较大，横梁间的间距位置的开口部位131即为以便于人工抹面的操作空间，所述底模架13的两侧边分别与左侧模3及右侧模4的底部对应连接；另外，如图8所示，所述左侧模3、右侧模4、顶模2及底模1的底模架13之间活动连接，同时承重针梁6为矩形钢桁架结构(图13、14所示)。

在本发明中，为了确保顶模2的稳定性能及其立模和脱模的便利性，如图11所示，顶模2由弧形顶拱模板21及用于支撑顶拱模板的腹板及加劲肋22组成，与此相同的，左侧模3及右侧膜4也是由弧形模板及用于支撑模板的腹板及加劲肋组成。为了防止模板接缝间的漏浆，如图9所示，在左侧模3、右侧模4、顶拱模板21形成的外圈的边缘处设置有用于衔接浇筑接缝的软性搭接装置8。

为了将模板挂架5能紧紧地固定连接在顶模2的顶拱模板21上，如图10～12所示，模板挂架5为倒门形的焊接型钢结构，该倒门型钢结构挂架具体包括直立梁51、横杆52及轮架53，直立梁51悬挂且固定连接在顶拱模板21上，而轮架53的上设有使承重针梁6与模板挂架5相对滑动的第一滚轮装置54；另外，在顶拱模板21的底部也设有第二滚轮装置23，该两组滚轮装置的设置有效地保证了模板系统与针梁系统之间的相对移动。

在本发明中，为了有效地保证承重针梁6的移动及各模板的立模脱模的顺利进行，如图1所示，在承重针梁6的端部设置有调节前后支撑腿装置7高度及控制顶模(挂架5)立模拆模装置伸缩的液压式控制系统17。

如图7所示，所述前后支撑腿装置7包括前后支撑腿71、调节前后支撑腿高度的液压油缸(图中未示出)、支撑梁73及支撑座72；如图2及图17～图20所示，所述立模拆模装置包括左侧模3的立模拆模装置、右侧膜4的立模拆模装置及底模架13的立模拆模装置；其中左侧模3的立模拆模装置包括设置在模板挂架5底部及设置在左侧模3上的液压油缸(图中未示出)，以及连接在挂架及左侧模3上的可伸缩式螺旋状支撑杆9；右侧模4的立模拆模装置包括设置在模板挂架5底部及右侧模4上的液压油缸，以及连接在挂架及右侧模4上的可伸缩式螺旋状支撑杆9；底模架13的立模拆模装置包括设置在模板挂架5底部及底模架13上的液压油缸，以及连接在挂架及底模架13上的可伸缩式螺旋状支撑杆9，上述各螺旋状支撑杆9结构均相同；另外，上述各液压油缸均与设置在顶模下方承重针梁中部的液压式控制系统17相连，通过该液压式控制系统17来控制各液压油缸的动作，从而可以较好地实现左右侧膜及底模架13的立模脱模过程；同时也能较好地控制前后支撑腿装置7前后支撑腿71的伸缩，以便于在承重针梁6需要向前移动时，将前后支撑腿71脱离地面向前走动移位。除此以外，为了方便施工人员的作业，在承重针梁6的两端部位置还设置有爬梯18。

在本发明中，为了能更好地支撑左侧模3及右侧模4，以保证其良好的立模性能，如图2所示，在模板挂架5的底部还设置有与左侧模3及右侧膜4对应连接的水平可调螺杆10，通过该水平可调螺杆10及各螺旋状支撑杆9的支撑，能有效地将左侧模3及右侧膜4支撑住，增强其稳定性能，使得其有较好的混凝土浇筑性能。

由于在某一工作位浇筑完成后，此时如果模板系统的位置已接近针梁系统沿隧洞延伸方向的端部时，必须将模板系统整体地固定住，将针梁系统向前前进一定距离，然后固定住针梁系统，让模板系统沿着针梁系统的承重针梁6延伸的方向前进到下一个工作位，以便于下一个工作位混凝土衬砌浇筑的需要。这样，模板系统与针梁系统之间必须有能驱动二者相对移动的驱动装置。如图1、图15及图16所示，该驱动装置为分别固定在承重针梁6两端部且能同步工作的两台电动卷扬机14，该两台电动卷扬机14分别固定在承重针梁6两端部所设的托架15上，在与电动卷扬机14对应一侧的顶模2外端面分别设置有滑轮16，电动卷扬机14的牵引绳14绕过动滑轮16后连接在电动卷扬机的滚筒上。为了保证模板系统和针梁系统之间的移动能平稳的进行，所述的两台电动卷扬机14的运动应该同步进行，即一台在放出牵引绳141时另一台应该收紧牵引绳14，这样就保证了移动时的相对稳定性；当然，此处也可以用电动链条葫芦替代电动卷扬机以实现模板系统和针梁系统间的相对移动。

在本发明中，左侧模3、右侧模4、顶拱模板21及底拱模板11均可由至少一页弧形模板对应拼合而成，在此实施例中，如图5所示，所述的左侧模3、右侧模4、顶拱模板21及底拱模板11均是由六页弧形模板对应拼合而成的，每页弧形模板上均设置有用于混凝土下料和振捣的窗孔。另外，为了便于承重针梁6能稳定的搭置在模板挂架5上，模板挂架5的数目也可以视承重针梁6的纵向长度的多少将其设置为若干个，如图1所示，模板挂架5的数目为3个。

本发明的隧洞混凝土衬砌模板装置的工作过程如下：模板装置在完成一个仓位混凝土的衬砌后，将继续转移到下一个待浇筑仓位施工，每一个浇筑仓位的工序相同，是一个不断循环的工作过程，其工作循环程序如下：

(1)立模过程：浇筑混凝土时，把针梁系统移动到待浇筑的工作位置，通过承重针梁6前后支腿装置7的液压油缸把承重针梁6顶起至混凝土衬砌成型所需高度，然后再通过前后支腿装置7的锁定装置把承重针梁6锁定。通过固定在承重针梁6两端部的电动卷扬机14把模板系统移动到承重针梁6的前端(或后端)所对应的工作位置，启动液压式控制系统17把模板系统撑起到成型尺寸，调节螺旋状支撑杆9固定模板系统的位置，使各模板固定。

(2)浇筑过程：各模板立模后接着进行浇筑，本发明中各模板的浇筑过程中混凝土下料顺序首先是底模1，接着是左右侧模，然后为顶模2。

(3)人工抹面过程：在底拱位置处所浇筑的混凝土初凝前，由施工人员将底模1的底拱模板11及其背部支撑楞12拖出，然后由施工人员进入底拱仓位内进行人工收浆抹面，此处收浆所用的浆料仍用浇筑用的混凝土原浆，这样其收浆效果好，能有效地消除底拱部位混凝土表面的气孔，保证底拱处混凝土表面良好的外观质量。

(5)针梁系统移位过程：待各模板处所浇筑的混凝土完全凝固后，左侧模3、右侧模4、顶模2及底模架13仍保持固定不动，启动液压式控制系统17，收缩针梁前后支腿装置7上的液压油缸，当前后支撑腿装置7脱离地面一定的高度后，启动电动卷扬机14使针梁系统向前移动一个工作位，接着固定针梁系统。

(6)各模板的脱模过程：松掉支撑左侧模3、右侧模4和底模架13的螺旋状支撑杆9，及支撑左侧模3、右侧模4的水平螺杆10，如图17～20所示，依次收缩底拱模板11、左侧模3、右侧模4对应的液压油缸，以完成脱模过程，然后收缩承重针梁6的前后支撑腿71的液压油缸，使顶模2脱模，所有的用于浇筑的模板都完全脱出。

(6)向前移动模板组件：启动电动卷扬机14，由该启动电动卷扬机14驱动左侧模3、右侧膜、顶模2及底模架13沿承重针梁6延伸的方向移动到下一个工作位，将各定型模板固定好，再将底拱模板11及其背部支撑楞12安装完毕，即完成整个立模过程，最后进行混凝土的浇筑工作，如此循环使用。

在本发明中，底模1也可以为多个小块的钢模组合而成的组合件，待混凝土初凝后，拆掉钢模进行人工抹面，该种方法也可以有效地消除底拱位置处混凝土表面的气泡缺陷问题；另外，还可以将底模制成如本发明底模架13状的大块整体模式，并与左(或右)侧模采用铰页连接形成翻转结构，通过液压(或其它驱动系统)在底拱混凝土初凝后翻起模板进行人工抹面。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (9)

1.一种隧洞混凝土衬砌模板装置，包括模板系统、承重用的针梁系统，模板系统包括模板组件及模板挂架，模板组件包括弧形的左侧模、右侧模、顶模及底模，该左侧模、右侧模、顶模及底模对应连接形成断面为圆形的模板组件；模板挂架挂设于顶模上，且模板挂架底部设置有分别与左侧模、右侧模及底模连接的可伸缩的立模脱模装置；针梁系统包括置于隧洞中上部的承重针梁及用于支撑承重针梁且可调节高度便于针梁行走及立模脱模的前后支撑腿装置；承重针梁的上端面与顶模间滑动接触且针梁搭置在模板挂架上，其特征在于：所述底模为可拆卸式结构，该可拆卸式结构的底模上设有在混凝土初凝时拆卸或翻转后可对隧洞底拱混凝土表面进行原浆抹面的开敞部位；

所述底模包括在混凝土初凝时即可拆卸的弧形底拱模板和底拱模板的背部支撑楞，以及置于底拱模板背部支撑楞上方用于支撑左右两侧模底部的底模架，该底模架为井架结构，其横梁间设有的大间距空隙即为方便人工抹面的开敞部位。

2.根据权利要求1所述的隧洞混凝土衬砌模板装置，其特征在于：所述底模架的左侧通过铰接方式与左侧模连接。

3.根据权利要求2所述的隧洞混凝土衬砌模板装置，其特征在于：所述顶模包括弧形顶拱模板及用于支撑顶拱模板的腹板及加劲肋，所述左侧模、右侧模、顶拱模板的外圈边缘处设置有用于衔接浇筑接缝的软性搭接装置。

4.根据权利要求3所述的隧洞混凝土衬砌模板装置，其特征在于：所述模板挂架为倒门形结构，其包括直立梁、横杆及轮架，直立梁悬挂且固定连接在顶模上，轮架上设有使针梁与模板挂架相对运动的滚轮装置，所述顶拱模板的底部也设有滚轮装置。

5.根据权利要求4所述的隧洞混凝土衬砌模板装置，其特征在于：在承重针梁的端部设置有调节前后支撑腿装置高度及控制针梁上下的立模拆模的可伸缩式液压式控制系统。

6.根据权利要求5所述的隧洞混凝土衬砌模板装置，其特征在于：所述前后支撑腿装置包括前后支撑腿、调节前后支撑腿高度的第一液压油缸、支撑梁及支撑座；所述立模拆模装置包括左侧模立模拆模装置、右侧膜立模拆模装置及底模架的立模拆模装置；所述左侧模立模拆模装置包括设置在模板挂架底部及左侧模上的第二液压油缸，以及连接在挂架及左侧模上的可伸缩式螺旋状支撑杆；所述右侧模立模拆模装置包括设置在模板挂架底部及右侧模上的第三液压油缸，以及连接在挂架及右侧模上的可伸缩式螺旋状支撑杆；所述底模架的立模拆模装置包括设置在模板挂架底部及底模架上的第四液压油缸，以及连接在挂架及底模架上的可伸缩式螺旋状支撑杆；上述各液压油缸均与设置在顶模下方针梁中部的液压式控制系统相连且由该液压式控制系统控制。

7.根据权利要求6所述的隧洞混凝土衬砌模板装置，其特征在于：承重针梁的两端部固定设置有可使模板组件与针梁相对移动的驱动装置。

8.根据权利要求7所述的隧洞混凝土衬砌模板装置，其特征在于：驱动装置为分别固定在针梁两端部且同时动作的电动卷扬机，在针梁两端部设置有用于支撑电动卷扬机的托架，在顶模的外端面设置有动滑轮，电动卷扬机的牵引绳绕过动滑轮后连接在电动卷扬机的滚筒上。

9.根据权利要求1所述的隧洞混凝土衬砌模板装置，其特征在于：所述左侧模、右侧模、顶模及底模的底模架之间通过铰链的方式活动连接。

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