CN110774410A - 隧道衬砌模型浇筑装置及隧道衬砌模型浇筑方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道衬砌模型浇筑装置及隧道衬砌模型浇筑方法，浇筑装置包括具有泄砂孔的底座，底座放置在水平面时，其上的泄砂孔的位置高于水平面；底座上的泄砂孔处放置有支撑内模，支撑内模具有容纳及排出抵抗其向内变形的填充物的内腔；支撑内模的外部套装有支撑外模，支撑外模与支撑内模之间形成浇筑隧道衬砌模型的浇筑腔，支撑外模上等间距安装有多个抵抗支撑外模向外变形的锁紧机构；浇筑腔的顶端和底端分别放置有限定浇筑腔外形的底限位板和顶限位板；顶限位板上开设有注浆孔。本方案通过支撑外模和支撑内模及锁紧机构的相互配合能够保证长度较长的隧道衬砌模型顺利浇筑的同时，还能保证浇筑模具重复使用。

Description

隧道衬砌模型浇筑装置及隧道衬砌模型浇筑方法

技术领域

本发明涉及成型隧道衬砌模型的装置，具体涉及一种隧道衬砌模型浇筑装置及隧道衬砌模型浇筑方法。

背景技术

实验分析方法是研究各类结构问题的极其重要而又有效的途径之一。由于物理模型是一个真实的物理实体，在基本满足相似原理的条件下，可以真实的反映地质构造、工程结构之间的空间关系。并且其试验结果通常给人们以直观的感觉，使人们容易从全局上把握岩土体的受力特征、变形趋势和稳定性特征，以及隧洞和结构之间的相互关系。通过物理模型试验可以在一定程度上验证各种数值分析的结果。而相似材料模型试验可以模拟现实中很多不能实现的研究，并且试验具有很强的重复性，可以对比分析不同情况下的模拟结果，而且能直观地把握隧道与地下结构物的受力特性与反应规律，尤其对于一些复杂的、难以通过其他手段有效研究的结构。

模型衬砌浇筑的精确性是试验结果精确的前提，在隧道工程相关的模型试验中，其隧道衬砌模型通常采用如下方法制作：根据衬砌模型的几何尺寸定制模具，将流塑状态的石膏浆液或水泥砂浆液注入其中，待浆液凝固且充分干燥后，拆除模具，得到试验用的衬砌模型。

若设计衬砌模型断面较大，长度较长(试验中长度1.5m)，模型底部相似材料浆液对模具压力较大，亦出现模具变形等现象，浇筑出来的大几何尺寸模型的质量不易控制。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的隧道衬砌模型浇筑装置及隧道衬砌模型浇筑方法解决了现有浇筑模具浇筑过程中易变形的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种隧道衬砌模型浇筑装置，包括具有泄砂孔的底座，底座放置在水平面时，其上的泄砂孔的位置高于水平面；底座上的泄砂孔处放置有支撑内模，支撑内模具有容纳及排出抵抗其向内变形的填充物的内腔；支撑内模的外部套装有支撑外模，支撑外模与支撑内模之间形成浇筑隧道衬砌模型的浇筑腔，支撑外模上等间距安装有多个抵抗支撑外模向外变形的锁紧机构；浇筑腔的顶端和底端分别放置有限定浇筑腔外形的底限位板和顶限位板；顶限位板上开设有注浆孔。

第二方面，提供一种隧道衬砌模型浇筑装置浇筑隧道衬砌模型的方法，其包括以下步骤：

底座放置于地面，并使底座顶面与水平面平行，之后在底座的漏砂孔下方放置多块支撑件封住漏砂孔；

在底座顶面放置底内模固定板，并使底内模固定板上的通孔与底座的漏砂孔对齐；放置底限位板，使底限位板内边缘与底内模固定板外边缘形成放置支撑内模的安装间隙；

标记两块相邻且位于底限位板仰拱侧的第一支撑板为板A和板B，在安装间隙内依次放置未标记的第一支撑板，之后安装板A；

采用铁皮从板A处环绕支撑内模一周，之后放入板B，并在铁皮顶部和底部采用一圈钢丝固定铁皮形成金属套筒；

向支撑内模的空腔中填充砂，敲击捣实，并使填充的砂高度低于支撑内膜3～6cm，之后在砂的顶部放置顶内模固定板及在铁皮外表面涂刷脱模剂；

在拼组外模主体的第二支撑板的内表面涂刷脱模剂，之后在底限位板边缘采用第二支撑板拼组形成外模主体，并在外模主体的底部架设一个锁紧机构；

在顶部的内模主体与外模主体之间放置顶限位板，之后将余下的锁紧机构安装在外模主体上，并在弧形板未与外模主体贴合处放置楔块，最后旋紧连接件锁紧锁紧机构；

将浇筑隧道衬砌模型的浆料通过注浆孔注入支撑内模和支撑外模之间，待隧道衬砌模型凝固成型后，取掉顶内模固定板；

移除底部的支撑件，捣松砂使其从漏砂孔漏出，排砂完成后敲出内模主体的楔形块，依次去除余下第一支撑板后，取出铁皮；

拧松连接件取下所有的锁紧机构后，拆除支撑外模的所有第二支撑板得到成型的隧道衬砌模型。

本发明的有益效果为：本浇筑装置在浇筑时才会装配形成一个完整的浇筑装置；支撑内模的内腔可以用于盛装砂，以提高浇筑隧道衬砌模型时抵抗支撑内模向内变形，支撑外模上的多个锁紧机构能够抵抗支撑外模向外发生变形；通过支撑外模和支撑内模的相互配合能够保证长度较长的隧道衬砌模型顺利浇筑的同时，还能够保证浇筑装置的多次重复使用。

本方案在浇筑时，通过底限位板和顶限位板的相互配合能够保证浇筑模具装配时，形成与隧道衬砌模型断面相同的浇筑腔，以保证隧道衬砌模型的顺利浇筑。

附图说明

图1为隧道衬砌模型浇筑装置一个视角的立体图。

图2为隧道衬砌模型浇筑装置另一个视角的立体图。

图3为底内模固定板的主视图。

图4为顶内模固定板的主视图。

图5为底限位板的主视图。

图6为顶限位板的主视图。

其中，1、底座；11、底部支座；12、底板；121、漏砂孔；2、支撑内模；21、内模主体；211、第一支撑板；212、楔形块；22、金属套筒；23、底内模固定板；231、通孔；24、顶内模固定板；3、支撑外模；31、第二支撑板；4、锁紧机构；41、连接件；5、底限位板；6、顶限位板；61、注浆孔；62、出气孔。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

本方案的隧道衬砌模型浇筑装置在未使用时为零散的部件，仅在需要浇筑隧道衬砌模型时才会将其组装形成浇筑装置，浇筑完成后，需要取出隧道衬砌模型时，需要将浇筑装置拆出后才能得到最终的隧道衬砌模型。

如图1和图2所示，隧道衬砌模型浇筑装置包括具有泄砂孔的底座1，底座1放置在水平面时，其上的泄砂孔的位置高于水平面；泄砂孔位置的设置，可以便于后续隧道衬砌模型浇筑完成后支撑内模2中砂的排出。底座1包括底部支座11和放置在底部支座11上的底板12，漏砂孔121开设在底板12上，底部支座11设置的主要目的是方便后续砂的顺利排出。

底座1上的泄砂孔处放置有支撑内模2，支撑内模2具有容纳及排出抵抗其向内变形的填充物的内腔；在浇筑时，一般在内腔中填充砂并敲击捣实。

实施时，本方案优选支撑内模2包括由若干呈弧形的第一支撑板211拼组为隧道结构的内模主体21，每块第一支撑板211的形状和弧度均完全不相同，为了便于组装和拆卸内模主体21，本方案优选选取16块第一支撑板211，并对每块第一支撑板211进行标号。

内模主体21外套装有用于增加内模主体21刚度的金属套筒22，该金属套筒22采用环绕内模主体21外表面的铁皮制成；金属套筒22除了可以增加内模主体21刚度，其还可以防止注入的隧道衬砌模型浆液向内漏，同时还可以防止内模主体21中的砂子污染注入的隧道衬砌模型浆液。

如图3和图4所示，内模主体21的底部和顶部分别放置有限定内模主体21形状的底内模固定板23和顶内模固定板24，底内模固定板23和顶内模固定板24相当于一块弧形板；底内模固定板23上开设有与泄砂孔相配合的通孔231；内腔由底内模固定板23上的通孔231和内模主体21的空腔组成。通孔231和泄砂孔的相互配合，可以非常方便地将内模主体21中的砂排出。

再次参考图1和图2，支撑内模2的外部套装有支撑外模3，支撑外模3与支撑内模2之间形成浇筑隧道衬砌模型的浇筑腔，支撑外模3上等间距安装有多个抵抗支撑外模3向外变形的锁紧机构4；锁紧机构4和内腔的相互配合，可以提高内模主体21和外模主体抗变形能力。

实施时，本方案优选锁紧机构4包括两块弧形板，其中一块弧形板与外模主体的上端弧度相匹配，另一块弧形板与外模主体的下端弧度相匹配；两块弧形板配合后通过安装连接件41箍紧外模主体。

如图5和图6所示，浇筑腔的顶端和底端分别放置有限定浇筑腔外形的底限位板5和顶限位板6，限位板5和顶限位板6相当于一个非规则的环形结构；顶限位板6上开设有注浆孔61和出气孔62。注浆孔61除了可以作为注浆的通道，还可以在注浆完成后用于通风，实现隧道衬砌模型的快速凝固。出气孔62主要用于浇筑时排出浇筑腔内的空气，避免气体从注浆孔61逸出时进入浆液中，致使在成型后的隧道衬砌模型中形成小的空洞。

本浇筑装置在完成浇筑脱模时，为了保证隧道衬砌模型的完整性，会首先从支撑内膜开始进行拆卸，为了便于支撑内膜的快速拆卸，本方案优选在内模主体21的两个拱脚处的第一支撑板211设置为楔形块212，且两块楔形块212内外表面的弧长均小于余下第一支撑板211内外表面的弧长。楔形块212两侧由于为斜面，在脱模时通过敲击先取出楔形块212，之后在一侧取出余下第一支撑板211。

如图1所示，支撑外模3为由若干弧形的第二支撑板31拼组为隧道结构的外模主体，锁紧机构4等间距地安装在外模主体高度方向；每块第二支撑板31的形状和弧度均完全不相同，为了便于组装和拆卸内模主体21，本方案优选选取16块第一支撑板211，并对每块第一支撑板211进行标号。

采用隧道衬砌模型浇筑装置浇筑隧道衬砌模型的方法包括以下步骤：

放置底座1于地面，并使底座1顶面与水平面平行，之后在底座1的漏砂孔121下方放置多块支撑件封住漏砂孔121；

在底座1顶面放置底内模固定板23，并使底内模固定板23上的通孔231与底座1的漏砂孔121对齐，放置底限位板5，使底限位板5内边缘与底内模固定板23外边缘形成放置支撑内模的安装间隙；

标记两块相邻且位于底限位板5仰拱侧的第一支撑板211为板A和板B，在安装间隙内依次放置未标记的第一支撑板211，之后安装板A；

采用铁皮从板A处环绕支撑内模2一周，之后放入板B，并在铁皮顶部和底部采用一圈钢丝固定铁皮形成金属套筒22；

向支撑内模2的空腔中填充砂，敲击捣实，并使填充的砂高度低于支撑内膜3～6cm，之后在砂的顶部放置顶内模固定板24及在铁皮外表面涂刷脱模剂；

在拼组外模主体的第二支撑板31的内表面涂刷脱模剂，之后在底限位板5边缘采用第二支撑板31拼组形成外模主体，并在外模主体的底部架设一个锁紧机构4；

在顶部的内模主体21与外模主体之间放置顶限位板6，之后将余下的锁紧机构4安装在外模主体上，并在弧形板未与外模主体贴合处放置楔块，最后旋紧连接件41锁紧锁紧机构4；在外模容易漏浆的地方放置上止水条；

将浇筑隧道衬砌模型的浆料通过注浆孔61注入支撑内模2和支撑外模3之间，待隧道衬砌模型凝固成型后，取掉顶内模固定板24；

移除底部的支撑件，捣松砂使其从漏砂孔121漏出，排砂完成后敲出内模主体21的楔形块212，依次去除余下第一支撑板211后，取出铁皮；在依次去除第一支撑板211时，先从未接触铁皮封口端的第一支撑板211开始取出，最后取出接触铁皮封口端的第一支撑板211。

拧松连接件41取下所有的锁紧机构4后，拆除支撑外模3的所有第二支撑板31得到成型的隧道衬砌模型。

其中的脱模剂为桐油或凡士林，连接件41为螺钉或螺栓；第一支撑板211和第二支撑板31可以选用木材。

在浇筑完成后先排出砂拆除支撑内模2的主要目的是，支撑内模2内的砂子在重力作用下可以产生很大的膨胀力，若是先拆除支撑外模3，砂的膨胀力会使浇筑的隧道衬砌模型变形。

综上所述，本方案的隧道衬砌模型浇筑装置具有结构简单、易于操作，解决了由于设计衬砌模型断面较大，长度较长的衬砌模型浇筑造成的模型底部相似材料浆液对模具压力较大，模具变形等问题，同时保证了浇筑出来的大体积衬砌模型的质量。

Claims (9)

1.隧道衬砌模型浇筑装置，其特征在于，包括具有泄砂孔的底座，所述底座放置在水平面时，其上的泄砂孔的位置高于水平面；所述底座上的泄砂孔处放置有支撑内模，所述支撑内模具有容纳及排出抵抗其向内变形的填充物的内腔；所述支撑内模的外部套装有支撑外模，支撑外模与支撑内模之间形成浇筑隧道衬砌模型的浇筑腔，支撑外模上等间距安装有多个抵抗支撑外模向外变形的锁紧机构；浇筑腔的顶端和底端分别放置有限定浇筑腔外形的底限位板和顶限位板；所述顶限位板上开设有注浆孔。

2.根据权利要求1所述的隧道衬砌模型浇筑装置，其特征在于，所述顶限位板上还开设有通气孔。

3.根据权利要求1所述的隧道衬砌模型浇筑装置，其特征在于，所述支撑内模包括由若干呈弧形的第一支撑板拼组为隧道结构的内模主体，所述内模主体外套装有用于增加内模主体刚度的金属套筒；所述内模主体的底部和顶部分别放置有限定内模主体形状的底内模固定板和顶内模固定板，所述底内模固定板上开设有与泄砂孔相配合的通孔；所述内腔由底内模固定板上的通孔和内模主体的空腔组成。

4.根据权利要求3所述的隧道衬砌模型浇筑装置，其特征在于，所述内模主体的两个拱脚处的第一支撑板设置为楔形块，且两块楔形块内外表面的弧长均小于余下第一支撑板内外表面的弧长。

5.根据权利要求1-4任一所述的隧道衬砌模型浇筑装置，其特征在于，所述支撑外模为由若干弧形的第二支撑板拼组为隧道结构的外模主体，所述锁紧机构等间距地安装在外模主体高度方向。

6.根据权利要求5所述的隧道衬砌模型浇筑装置，其特征在于，所述锁紧机构包括两块弧形板，两块弧形板配合后通过安装连接件箍紧外模主体。

7.根据权利要求1所述的隧道衬砌模型浇筑装置，其特征在于，所述底座包括底部支座和放置在底部支座上的底板，所述漏砂孔开设在底板上。

8.一种采用权利要求1-7任一所述的隧道衬砌模型浇筑装置浇筑隧道衬砌模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：

底座放置于地面，并使底座顶面与水平面平行，之后在底座的漏砂孔下方放置多块支撑件封住漏砂孔；

在底座顶面放置底内模固定板，并使底内模固定板上的通孔与底座的漏砂孔对齐；放置底限位板，使底限位板内边缘与底内模固定板外边缘形成放置支撑内模的间隙；

标记两块相邻且位于底限位板仰拱侧的第一支撑板为板A和板B，在安装间隙内依次放置未标记的第一支撑板，之后安装板A；

采用铁皮从板A处环绕支撑内模一周，之后放入板B，并在铁皮顶部和底部采用一圈钢丝固定铁皮形成隧道形套筒；

向支撑内模的空腔中填充砂，敲击捣实，并使填充砂的高度低于支撑内膜3～6cm，之后在砂的顶部放置顶内模固定板及在铁皮外表面涂刷脱模剂；

在拼组外模主体的第二支撑板的内表面涂刷脱模剂，之后在底限位板边缘采用第二支撑板拼组形成外模主体，并在外模主体的底部架设一个锁紧机构；

在顶部的内模主体与外模主体之间放置顶限位板，之后将余下的锁紧机构安装在外模主体上，并在弧形板未与外模主体贴合处放置楔块，最后旋紧连接件锁紧锁紧机构；

将浇筑隧道衬砌模型的浆料通过注浆孔注入支撑内模和支撑外模之间，待隧道衬砌模型凝固成型后，取掉顶内模固定板；

移除底部的支撑件，捣松砂使其从漏砂孔漏出，排砂完成后敲出内模主体的楔形块，依次去除余下第一支撑板后，取出铁皮；

拧松连接件取下所有的锁紧机构后，拆除支撑外模的所有第二支撑板得到成型的隧道衬砌模型。

9.根据权利要求1所述的浇筑衬砌模型的方法，其特征在于，所述脱模剂为桐油或凡士林。

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