CN110185476B - 一种用于圆形隧洞全断面混凝土的浇筑系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于圆形隧洞全断面混凝土的浇筑系统，包括：行走支撑系统的前支腿、后支腿、针梁系统；固定模板系统的固定模板、模板支撑油缸、模板框架、模板前支腿、模板后支腿，固定模板通过模板支撑油缸支撑固定在模板框架上；滑动模板系统的滑模模板、滑模液压千斤顶、滑模牵引移动系统；滑模模板沿隧道走向平行布置两列，通过液压千斤顶支撑并由滑模牵引移动系统驱动在底拱120度弧两侧移动。本发明浇筑系统将圆形隧洞全断面模板分为顶部固定模板、两侧固定模板和底拱滑动模板，并通过针梁框架结构的行走支撑系统实现移动，各模板匹配能全断面一次性浇筑成型，施工效率高，解决了混凝土表面气泡、水泡、孔洞、施工缝的缺陷。

Description

一种用于圆形隧洞全断面混凝土的浇筑系统

技术领域

本发明属于建筑工程混凝土浇筑施工技术领域，涉及水利水电工程隧洞衬砌混凝土浇筑系统的设计施工技术，特别涉及圆形隧洞全断面一次性整体浇筑施工浇筑系统的设计和应用。

背景技术

隧洞混凝土衬砌在建筑工程中经常应用，仰拱衬砌在水利、公路、铁路、市政等行业应用较为广泛。但由于仰拱混凝土浇筑受模板的制约，混凝土振捣产生的气泡、积水附着在混凝土与模板之间难以排除，混凝土硬化后表面形成气孔、水泡孔等质量缺陷；在高水头电站有压隧洞建设中，对混凝土表观质量要求极高，常规施工工艺难以避免该质量通病。

常规的隧洞全断面衬砌混凝土，主要采用全圆针梁台车，上下洞分别衬砌两种方式。常规针梁台车浇筑工艺能全断面一次浇筑混凝土，工序少，无纵向施工缝，但仰拱120°范围气泡严重，且不利用施工通行。上下半洞分开衬砌浇筑工艺一般采用脚手架加组合钢模板或上下半洞衬砌台车浇筑；该方案施工工艺繁琐，虽然可通过翻模抹面解决仰拱气泡，但机械化程度低，施工效率慢，模板易上浮。若底拱采用滑模，边顶拱采用针梁钢模台车或普通钢模台车，均存在纵向施工缝需处理，对隧洞衬砌的整体性和质量可靠性不利。

常规滑模机械化程度高、施工速度快、经济性强，但一般应用于竖井衬砌、很难应用到水平隧洞衬砌中。因此传统台车及其模板系统无法满足现在施工质量及效率要求。

发明内容

本发明根据现有技术的不足，为解决仰拱质量缺陷，同时提高隧洞衬砌的整体性问题，公开了一种底拱滑动模板、边顶拱固定模板与针梁移动支撑台车结构融合的整体式浇筑系统，用于隧洞全断面混凝土一次性浇筑。

本发明将针梁台车底拱120°范围，改造成两块滑模结构，与固定模板结构的边模和顶模组合构成全断面组合模板，并增加支腿稳定模板系统，将针梁作为行走系统形成整体式混凝土浇筑衬砌系统。

本发明通过以下技术方案实现：

用于圆形隧洞全断面混凝土的浇筑系统，其特征在于：浇筑系统包括行走支撑系统、固定模板系统、滑动模板系统；

行走支撑系统，包括：前支腿、后支腿、针梁系统；

固定模板系统，包括：固定模板、模板支撑油缸、模板框架、模板前支腿、模板后支腿；固定模板通过模板支撑油缸支撑固定在模板框架上；

滑动模板系统，包括：滑模模板、滑模液压千斤顶、滑模牵引移动系统；滑模模板沿隧道走向平行布置两列，通过多组滑模液压千斤顶支撑，每列滑模模板分别由一套滑模牵引移动系统驱动在底拱120度弧两侧移动。

进一步所述固定模板包括顶部固定模板和两侧固定模板，所述模板支撑油缸包括顶模支撑油缸与侧模支撑油缸；顶部固定模板通过顶模支撑油缸可伸缩支撑覆盖顶拱120度弧面，两侧固定模板分别通过两侧侧模支撑油缸可伸缩支撑覆盖两侧壁60度弧面。

进一步所述模板框架为矩形钢框架结构，针梁系统的针梁框架从模板框架中部穿过；针梁框架为矩形钢框架结构，针梁矩形钢框架上、下四角通过针梁框架轨道与模板框架移动配合实现相对移动。

所述行走支撑系统的前支腿、后支腿是用于支撑整套系统行走的钢结构，各支腿均有液压顶升千斤顶，前支腿和后支腿各设置一组水平移动千斤顶；前支腿为矩形结构，支撑在基础岩面或垫层混凝土上，后支腿为弧形，支撑在已浇筑好的混凝土上。

所述针梁系统由针梁框架、卷扬机牵引系统、针梁框架轨道、滑轮组成，用于承受整体系统在行走时的荷载，卷扬机牵引系统通过滑轮牵引针梁框架通过针梁框架轨道与模板框架移动实现系统行走。

所述顶模支撑油缸由液压千斤顶与机械千斤顶组成，模板前支腿和模板后支腿顶部各分别布置两组液压千斤顶用于调整顶模上下结构，机械千斤顶布置多组在混凝土浇筑期间用于承受混凝土荷载，顶模支撑油缸上部连接顶部固定模板，下部固定在模板框架系统上；侧模支撑油缸由侧模液压千斤顶与丝顶组成。

所述模板前、后支腿由前、后各两组液压千斤顶及钢架支腿组成，模板前、后支腿通过千斤顶支撑模板框架，实现模板系统整体上下及承担混凝土浇筑期间荷载，模板前支腿为矩形结构，支撑在基础岩面或垫层混凝土上，模板后支腿为弧形，支撑在已浇筑好的混凝土上。

所述滑模模板表面具有与圆形隧洞混凝土浇筑面匹配的弧面。

所述滑模牵引移动系统包括：两弧形轨道，两弧形轨道分别固定于模板框架沿隧道走向的两端，各滑动模板背面联接多组滑模液压千斤顶用于支撑驱动模板沿隧道径向伸缩移动，各滑模液压千斤顶端部设置有滑模滑轮，滑模滑轮沿弧形轨道支撑滑模模板沿隧道横截面做弧形移动。

所述每套滑模牵引系统包括两组滑模卷扬机、定滑轮和钢丝绳，两组滑模卷扬机间隔设置于模板框架上，并通过钢丝绳与滑动模板背面牵引驱动联接。

本发明与传统的混凝土衬砌台车相比具有以下优点：本发明浇筑系统将针梁底拱120°范围，改造成两块滑模结构，并增加支腿稳定模板系统，将针梁作为行走系统的整体式混凝土衬砌台车。浇筑系统将圆形隧洞全断面模板分为顶部固定模板、两侧固定模板和底拱滑动模板，并通过针梁框架结构的行走支撑系统实现移动，顶部固定模板、两侧固定模板和底拱滑动模板的浇筑匹配能全断面一次性浇筑成型，施工效率高，解决混凝土表面气泡、水泡、孔洞等质量缺陷，通过滑模结构可利用人工抹面工艺解决施工缝的缺陷。系统机械化程度高、仅一人既能完成滑模升降操作、台车行进操作，操作简单、易学易用、资源投入成本低。本发明制造成本低、工程实用性强，仰拱和边顶拱一次性浇筑衬砌，提升了整体质量，节约了施工工期，降低施工成本。

附图说明

图1是本发明浇筑系统主断面结构示意图；

图2是本发明浇筑系统行走支撑系统前后支腿示意图；

图3是本发明浇筑系统模板框架前后支腿示意图；

图4是本发明滑模台车侧视图。

图中，1是顶部固定模板，2是两侧固定模板，3是顶模油缸，4是模板框架，5是模板前支腿，6是模板后支腿，7是滑动模板，8是滑模液压千斤顶，9是滑模卷扬机，10是挂轮机构，11是滑模轨道，12是前支腿，13是后支腿，14是针梁框架，15是移动卷扬机，16是顶升千斤顶，17是模板千斤顶，18是针梁框架轨道，19是侧模油缸，20是滑轮，21是钢丝绳，22是伸缩顶丝，23是滑架，24是平移油缸，25是操作平台，26是支撑横梁。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。

结合图1至图4。

用于圆形隧洞全断面混凝土的浇筑系统，包括行走支撑系统、固定模板系统、滑模系统。

行走支撑系统包括前支腿12、后支腿13、针梁系统组成。

前支腿12、后支腿13用于支撑整套系统行走的钢结构，前后各有两组液压针梁顶升千斤顶16，并各设置一组水平平移油缸24。前支腿12、后支腿13通过顶升千斤顶16连接针梁框架14，实现系统整体上下。前支腿12为矩形结构，支撑在基础岩面或垫层混凝土上，后支腿13为弧形，支撑在已浇筑好的混凝土上。

针梁系统由钢桁架结构的针梁框架14、卷扬机牵引系统、针梁框架轨道18、行走轮组成。用于承受整体系统在行走时的荷载，并通过针梁框架14上的针梁框架轨道18作为行走系统。行走系统是由移动卷扬机15驱动牵引钢丝绳21经过滑轮20牵引并支撑模板系统的模板框架4与针梁框架14在针梁框架轨道18上相对行走。

固定模板系统由顶部固定模板1、两侧固定模板2组成，顶模与侧模通过铰连接的方式固定，顶模采用H钢固定模板形状，并支撑模板形成弧形结构。

模板支撑油缸，由顶模油缸3与侧模油缸19组成。顶模油缸3由液压千斤顶与机械千斤顶组成，模板前支腿5、模板后支腿6顶部各设置两组液压千斤顶，用于调整顶部固定模板1上下结构，机械千斤顶在混凝土浇筑期间设置，用于承受混凝土荷载，并传递给模板框架4。顶模油缸3上部连接顶部固定模板1，下部固定在模板框架4系统上。侧模油缸19包括侧模液压千斤顶与伸缩顶丝22。

模板框架4由钢桁架组成。从桁架四周通过液压千斤顶连接顶部固定模板1、两侧固定模板2、模板前支腿5、模板后支腿6。模板框架4为矩形钢框架结构，针梁框架14从模板框架4中部穿过，由针梁框架轨道18与行走轮实现模板框架4与针梁框架14相对移动。

模板前、后支腿由前后各2组液压千斤顶及钢架支腿组成。支腿通过千斤顶联接模板框架4，实现模板系统整体上下及承担混凝土浇筑期间荷载。液压千斤顶连接模板前、后支腿及模板框架4，采用2块U型钢板槽护扣防止偏移。前支腿5为矩形结构，支撑在基础岩面或垫层混凝土上，后支腿6为弧形，支撑在已浇筑好的混凝土上。

滑模系统由两组滑动模板7、滑模液压千斤顶8、滑模牵引系统组成。模板框架4底端的支撑横梁26与采用H钢焊接成弯曲结构的滑模轨道11联接固定形成支撑结构，采用挂轮机构10连接弧面形滑动模板7在滑模轨道11上滑动，滑模轨道11在模板框架4前后两端各一根。

滑模液压千斤顶8一端固定在滑动模板7上，另一端固定在挂轮机构10上，每块滑动模板7上设置4个短行程滑模液压千斤顶8用于提升模板上下。

滑模牵引系统由滑模卷扬机9、滑轮20组成。设置在滑模支撑框架两侧，每侧两端各设置一台滑模卷扬机9驱动钢丝绳21牵引滑模轨道11上的弧形短模板结构的滑动模板7上下滑行。

本发明系统通过针梁系统行走，行走时针梁后支腿13通过针梁顶升千斤顶16将针梁后支腿13支撑在已浇筑完成的混凝土面，针梁前支腿14通过针梁顶升千斤顶16将针梁前支腿14支撑在基岩面上。同时模板前支腿5、模板后支腿6悬空，此时移动卷扬机15利用钢丝绳21通过滑轮20牵引固定模板系统及滑模系统在针梁框架轨道18上行进。

针梁移动时通过模板支腿行走，行走时模板前支腿5、模板后支腿6通过顶模千斤顶17将模板框架4支撑，同时针梁后支腿13及针梁前支腿14悬空，此时移动卷扬机15利用钢丝绳21通过滑轮20牵引针梁框架14在针梁框架轨道18上行进。

浇筑系统就位，模板系统模板框架4行进至浇筑位置后模板前支腿5、模板后支腿6通过顶模千斤顶17将模板系统支撑。再通过顶模油缸3调整顶部固定模板1就位。然后通过侧模油缸19调节两侧固定模板2位置，再利用伸缩顶丝21固定两侧固定模板2。顶部固定模板1两侧固定模板2通过侧模油缸19和顶模油缸3固定在模板框架4上。

滑模系统主要通过滑模卷扬机9牵引滑动模板7上下移动。

各模板就位调整后，进行混凝土浇筑，待混凝接触到滑模模板7的2/3后，利用滑模支撑框架上布置的四台滑模卷扬机9同时通过钢丝绳21绕过滑轮20牵引滑模模板7向两侧移动，滑模移开后人工对混凝土表面进行抹面处理。随着混凝土的浇筑滑模模板7通过挂轮机构10沿滑模轨道11逐步向上滑升，直至接触到两侧固定模板2。然后两侧滑模模板7上布置的4组滑模液压千斤顶8同时收缩，滑模模板7脱离混凝土面，再利用滑模卷扬机9沿滑模轨道11将滑模模板7移动至下方，此时人工处理滑模下混凝土缺陷。并继续浇筑边顶混凝土直至仓面施工完成。

工程实例：

某电站试验洞长136m，开挖断面9.1m×9.1m(宽×高)马蹄形，衬砌断面直径7.5m圆形洞型，衬砌厚度80cm。另外，隧洞存在40°转角。按照原来的衬砌混凝土施工方案上下半洞分开进行施工，需要施工工期约3个月，按照滑模方案全断面一次性进行施工，需1个月，节约工期约2个月。同时解决了仰拱气泡、麻面、纵向施工缝等质量缺陷，减少高水头电站混凝质量缺陷处理费用。

Claims (6)

1.一种用于圆形隧洞全断面混凝土的浇筑系统，其特征在于：浇筑系统包括行走支撑系统、固定模板系统、滑动模板系统；

行走支撑系统，包括：前支腿、后支腿、针梁系统；

固定模板系统，包括：固定模板、模板支撑油缸、模板框架、模板前支腿、模板后支腿；固定模板通过模板支撑油缸支撑固定在模板框架上；其中，固定模板包括顶部固定模板和两侧固定模板，所述模板支撑油缸包括顶模支撑油缸与侧模支撑油缸；顶部固定模板通过顶模支撑油缸可伸缩支撑覆盖顶拱120度弧面，两侧固定模板分别通过两侧侧模支撑油缸可伸缩支撑覆盖两侧壁60度弧面；针梁系统由针梁框架、卷扬机牵引系统、针梁框架轨道、滑轮组成，用于承受整体系统在行走时的荷载，卷扬机牵引系统通过滑轮牵引针梁框架通过针梁框架轨道与模板框架移动实现系统行走；模板框架为矩形钢框架结构，针梁系统的针梁框架从模板框架中部穿过；针梁框架为矩形钢框架结构，针梁矩形钢框架上、下四角通过针梁框架轨道与模板框架移动配合实现相对移动；

滑动模板系统，包括：滑模模板、滑模液压千斤顶、滑模牵引移动系统；滑模模板沿隧道走向平行布置两列，通过多组滑模液压千斤顶支撑，每列滑模模板分别由一套滑模牵引移动系统驱动在底拱120度弧两侧移动；其中，滑模牵引移动系统包括：两弧形轨道，两弧形轨道分别固定于模板框架沿隧道走向的两端，各滑动模板背面联接多组滑模液压千斤顶用于支撑驱动模板沿隧道径向伸缩移动，各滑模液压千斤顶端部设置有滑模滑轮，滑模滑轮沿弧形轨道支撑滑模模板沿隧道横截面做弧形移动。

2.根据权利要求1所述的用于圆形隧洞全断面混凝土的浇筑系统，其特征在于：所述行走支撑系统的前支腿、后支腿是用于支撑整套系统行走的钢结构，各支腿均有液压顶升千斤顶，前支腿和后支腿各设置一组水平移动千斤顶；前支腿为矩形结构，支撑在基础岩面或垫层混凝土上，后支腿为弧形，支撑在已浇筑好的混凝土上。

3.根据权利要求1所述的用于圆形隧洞全断面混凝土的浇筑系统，其特征在于：所述顶模支撑油缸由液压千斤顶与机械千斤顶组成，模板前支腿和模板后支腿顶部各分别布置两组液压千斤顶用于调整顶模上下结构，机械千斤顶间隔布置多组在混凝土浇筑期间用于承受混凝土荷载，顶模支撑油缸上部连接顶部固定模板，下部固定在模板框架系统上；侧模支撑油缸由侧模液压千斤顶与丝顶组成。

4.根据权利要求1所述的用于圆形隧洞全断面混凝土的浇筑系统，其特征在于：所述模板前、后支腿由前、后各两组液压千斤顶及钢架支腿组成，模板前、后支腿通过千斤顶支撑模板框架，实现模板系统整体上下及承担混凝土浇筑期间荷载，模板前支腿为矩形结构，支撑在基础岩面或垫层混凝土上，模板后支腿为弧形，支撑在已浇筑好的混凝土上。

5.根据权利要求1所述的用于圆形隧洞全断面混凝土的浇筑系统，其特征在于：所述滑模模板表面具有与圆形隧洞混凝土浇筑面匹配的弧面。

6.根据权利要求1所述的用于圆形隧洞全断面混凝土的浇筑系统，其特征在于：所述每套滑模牵引系统包括两组滑模卷扬机、定滑轮和钢丝绳，两组滑模卷扬机间隔设置于模板框架上，并通过钢丝绳与滑动模板背面牵引驱动联接。