CN110778337B - 适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板施工方法，主要包括：S1：将装配式钢管片模板设计成沿隧洞轴向一定长度的模板单元，每个隧洞模板单元划分为底模板、左、右侧部标准模板和封顶模板；S2：圆形隧洞开挖时，在装配式钢管片模板对应围岩左右侧内预埋套管；S3：在钢管片模板加工厂对各个模板进行预制；S4：在圆形隧洞中的装配装配式钢管片模板；S5：重复步骤S2～步骤S4，直至完成整个模板单元的安装；S6：在圆形钢管片模板装配固定完毕后，浇筑混凝土，卸载模板；S7：重复步骤S2～步骤S6，直至完成整个圆形隧洞的衬砌施工。本发明自身具有拱效应，有效提高隧洞衬砌施工效率和衬砌利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及隧洞施工技术领域，具体是涉及一种适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板施工方法。
背景技术
在山体中或地下开凿的过水洞。水工隧洞可用于灌溉、发电、供水、泄水、输水、施工导流和通航。水流在洞内具有自由水面的，称为无压隧洞；充满整个断面，使洞壁承受一定水压力的，称为有压隧洞。
圆形是水工隧洞中最为常见的类形。隧洞衬砌的速度对工程进度与安全影响较大，目前隧洞衬砌模板多采用钢模台车，一方面需要大量外部支撑，影响洞内施工期的交通。另一方面浇筑的混凝土需达到一定的强度，模板才能拆除，才能为下一段浇筑衬砌段使用，此外受钢模台车造价及洞内交通的影响，模板利用效率不高，直接影响整个隧洞的衬砌速度。因此研究一种造价较低、能够自稳和快速拆装的模板，对隧洞衬砌效率的提升具有广泛意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板施工方法。
本发明的技术方案是:一种适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板施工方法，主要包括以下步骤：
S1：结合圆形衬砌的具体特点，将圆形隧洞衬砌的装配式钢管片模板设计成沿隧洞轴向一定长度为一个模板单元，所述每个隧洞模板单元划分为底模板、左、右侧部标准模板和封顶模板；
S2：圆形隧洞开挖时，在装配式钢管片模板对应围岩左右侧内预埋套管；
S3：在钢管片模板加工厂分别按照底模板、左、右侧部标准模板和封顶模板进行预制；其中，左、右侧部标准模板在预埋套管对应部位开孔；
S4：在圆形隧洞中的装配装配式钢管片模板，采用地脚螺栓将底模板与隧洞底部围岩连接，支撑左、右侧部标准模板和封顶模板，采用连接螺栓将左、右侧部标准模板与预埋套管连接；
S5：重复步骤S2～步骤S4，直至完成整个圆形隧洞模板单元的安装；
S6：在圆形钢管片模板装配固定完毕后，浇筑混凝土，待混凝土达到预设强度后卸载模板，并对混凝土内剩余的螺栓采用环氧砂浆进行处理；
S7：重复步骤S2～步骤S6，直至完成整个圆形隧洞的衬砌施工。
进一步地，所述底模板、左、右侧部标准模板和封顶模板沿隧洞轴向长度为2～4米。考虑快速安装和方便运输的要求将其设置为2～4米。
进一步地，所述底模板、左、右侧部标准模板和封顶模板均为钢构架结构，即：由钢板和焊接在钢板内侧的纵、横肋板构成；所述钢板和纵、横肋板的厚度为5～10毫米。
作为本发明的一种技术方案，所述底模板、左、右侧部标准模板和封顶模板之间分别通过高强螺栓连接。
采用所述高强螺栓连接时，所述步骤S4中装配式钢管片模板的装配方法具体为：在圆形隧洞中的装配固定顺序为：底模板、左、右侧部标准模板，最后为封顶模板，所述底模板、左、右侧部标准模板和封顶模板之间均由高强螺栓相连接；所述步骤S6中卸载模板的方法具体为：切除左、右侧部标准模板上的连接螺栓，切除底模板上的地脚螺栓，拆除各个模板连接处的高强螺栓，随后依次拆除各个模板。
作为本发明的另一种技术方案，所述底模板、左、右侧部标准模板和封顶模板之间分别通过活拆扣连接。
进一步地，所述活拆扣主要包括内扣组件、外扣组件、控制杆；所述内扣组件和外扣组件内外设置；
所述内扣组件包括条形载块、分别设置在条形载块左、右两侧的弹性伸缩板，所述弹性伸缩板与两侧模板接触一侧侧面各设有一个弹性接触块，所述弹性接触块包括接触块和弹簧，所述条形载块中心设有转动块；
所述外扣组件包括方形载块、分别转动设置在方形载块左、右两侧的半扣件，所述半扣件上设有与两侧模板连接的螺栓孔，所述方形载块中心设有螺纹孔，所述控制杆贯穿圆形载块的螺纹孔并与条形载块的转动块连接。利用活拆扣的作用，在不影响底模板、左、右侧部标准模板和封顶模板拆离衬砌面的情况下，使其之间依然处于收缩的连接状态，便于下一段衬砌的施工进度，进一步优化装配式钢管片模板的快速拆装效率以及整个隧洞的衬砌速度。
更进一步地，所述半扣件与方形载块通过阻尼转轴连接，且两侧的半扣件各设有一个用于搭载钢管的搭载环，所述钢管两侧还各设有一个用于调节紧固度的调节栓头。设置阻尼转轴可以在拆卸时使各个模块收缩更加安全，通过搭载钢管和搭载环可以使各个活拆扣处于彼此关联的状态，提高稳固效果。
更进一步地，所述控制杆后端设有用于操控控制杆正反转的转动轮，所述转动轮后方的控制杆端设有用于缓冲的气囊球。设置转动轮可以提高对控制杆转动的操作性，并且通过设置气囊球可以在拆卸后利用其有效防止活拆扣与模板产生直接碰撞。
采用所述活拆扣连接时，所述步骤S4中装配式钢管片模板的装配方法具体为：将活拆扣分别通过半扣件上设有的螺栓孔与相邻两个模板配设的螺栓孔通过高强螺栓连接，然后将封顶模板、底模板分别向下、向上拼叠，同时左、右侧部标准模板向内收拢，然后将隧洞模板单元运送至衬砌位置，然后采用连接螺栓连接预埋套管固定左、右侧部标准模板，随后采用地脚螺栓连接隧洞底部围岩和底模板，再上推封顶模板并转动控制杆使条形载块与方形载块出现间距差，再通过条形载块的作用上顶两个模板，紧固两个相邻模板；所述步骤S6中卸载模板的方法具体为：反转控制杆，随后松开活拆扣使封顶模板、底模板分别向下、向上拼叠，再使左、右侧部标准模板向内收拢，以备下一次衬砌。
本发明的有益效果是:
(1)本发明优点在于提高隧洞衬砌施工效率和衬砌利用效率，由于本发明模板自身具有拱效应，再加上高强螺栓连接左、右侧部标准模板和围岩，使得模板无需外部支撑即可在浇筑混凝土时达到自身稳定，同时，采用地脚螺栓使底模板和底部围岩紧密结合，将上部荷载传递至底部围岩，无需外部支撑便能承担浇筑与振捣等荷载的作用。
(2)本发明优点在于利用活拆扣的作用，在不影响底模板、左、右侧部标准模板和封顶模板拆离衬砌面的情况下，使其之间依然处于连接状态，便于下一段衬砌的施工进度，进一步优化装配式钢管片模板的快速拆装效率以及整个隧洞的衬砌速度。
附图说明
图1是本发明实施例1的适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板示意图。
图2是本发明实施例1的左侧部标准模板、右侧部标准模板与封顶模板的连接示意图。
图3是本发明实施例2的适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板示意图。
图4是本发明活拆扣的结构示意图。
图5是本发明实施例2的模板单元之间连接示意图。
图6是本发明钢管结构示意图。
图7是本发明实施例2的底模板、左、右侧部标准模板、封顶模板的卸载收缩示意图。
图8是本发明左侧部或右侧部标准模板的轴测图。
图9是本发明封顶模板的轴测图。
其中，1-底模板、2-标准模板、3-封顶模板、4-预埋套管、5-地脚螺栓、6-连接螺栓、7-钢板、71-肋板、8-高强螺栓、9-活拆扣、91-内扣组件、92-外扣组件、93-控制杆、931-转动轮、932-气囊球、94-条形载块、941-转动块、95-弹性伸缩板、96-弹性接触块、961-接触块、962-弹簧、97-方形载块、971-螺纹孔、98-半扣件、981-螺栓孔、99-搭载环、10-钢管、101-调节栓头。
具体实施方式
实施例1
一种适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板施工方法，主要包括以下步骤：
S1：如图1所示，结合圆形衬砌的具体特点，考虑快速安装和方便运输的要求，将圆形隧洞衬砌的装配式钢管片模板设计成沿隧洞轴向长度4米为一个模板单元，每个隧洞模板单元划分为底模板1、左、右侧部标准模板2和封顶模板3；
S2：如图1所示，圆形隧洞开挖时，在装配式钢管片模板对应围岩左右侧内预埋套管4；
S3：如图8、9所示，在钢管片模板加工厂分别按照底模板1、左、右侧部标准模板2和封顶模板3进行预制；其中，左、右侧部标准模板2在预埋套管4对应部位开孔；底模板1、左、右侧部标准模板2和封顶模板3均为钢构架结构，即：由钢板7和焊接在钢板7内侧的纵、横肋板71构成；钢板7和纵、横肋板71的厚度为10毫米；
S4：如图1、2所示，在圆形隧洞中的装配装配式钢管片模板，采用地脚螺栓5将底模板1与隧洞底部围岩连接，支撑左、右侧部标准模板2和封顶模板3，采用连接螺栓6将左、右侧部标准模板与预埋套管4连接；底模板1、左、右侧部标准模板2和封顶模板3之间分别通过高强螺栓8连接，其中，装配式钢管片模板的装配方法具体为：在圆形隧洞中的装配固定顺序为：底模板1、左、右侧部标准模板2，最后为封顶模板3，底模板1、左、右侧部标准模板2和封顶模板3之间均由高强螺栓8相连接，防止浇筑混凝土时出现滑模、跑模；
S5：重复步骤S2～步骤S4，直至完成整个圆形隧洞模板单元的安装；
S6：如图1所示，在圆形钢管片模板装配固定完毕后，多个单元模板环拼装到设定长度，各单元模板环之间通过高强螺栓连接后，即可进行隧洞整体衬砌结构的浇筑混凝土，待混凝土达到预设强度后卸载模板，切除左、右侧部标准模板2上的连接螺栓6，切除底模板1上的地脚螺栓5，拆除各个模板连接处的高强螺栓8，随后依次拆除各个模板；并对混凝土内剩余的螺栓采用环氧砂浆进行处理；
S7：重复步骤S2～步骤S6，直至完成整个圆形隧洞的衬砌施工。
其中，如图1所示根据圆形隧洞设计与开挖尺寸，以及衬砌受力情况，确定底模板1、左、右侧部标准模板2和封顶模板3的位置。当圆形隧洞高度≥5m时，可对左侧部标准模板2和右侧部标准模板2进行再次拆分。当圆形隧洞高度＜5m时，可不对左、右侧部标准模板2再次拆分。
实施例2
一种适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板施工方法，主要包括以下步骤：
S1：如图3所示，结合圆形衬砌的具体特点，考虑快速安装和方便运输的要求，将圆形隧洞衬砌的装配式钢管片模板设计成沿隧洞轴向长度4米为一个模板单元，每个隧洞模板单元划分为底模板1、左、右侧部标准模板2和封顶模板3；
S2：如图3所示，圆形隧洞开挖时，在装配式钢管片模板对应围岩左右侧内预埋套管4；
S3：如图7、8所示，在钢管片模板加工厂分别按照底模板1、左、右侧部标准模板2和封顶模板3进行预制；其中，左、右侧部标准模板2在预埋套管4对应部位开孔，如图5所示，并对底模板1、左、右侧部标准模板2和封顶模板3与活拆扣9的半扣件98的螺栓孔981位置对应处同样开设螺栓孔981；底模板1、左、右侧部标准模板2和封顶模板3均为钢构架结构，即：由钢板7和焊接在钢板7内侧的纵、横肋板71构成；钢板7和纵、横肋板71的厚度为10毫米；
S4：如图3、7所示，在圆形隧洞中的装配装配式钢管片模板，采用地脚螺栓5将底模板1与隧洞底部围岩连接，支撑左、右侧部标准模板2和封顶模板3，采用连接螺栓6将左、右侧部标准模板与预埋套管4连接；底模板1、左、右侧部标准模板2和封顶模板3之间分别通过活拆扣9连接；其中，装配式钢管片模板的装配方法具体为：将活拆扣9分别通过半扣件98上设有的螺栓孔981与相邻两个模板配设的螺栓孔981通过高强螺栓8连接，然后将封顶模板3、底模板1分别向下、向上拼叠，同时左、右侧部标准模板2向内收拢，然后将隧洞模板单元运送至衬砌位置，然后采用连接螺栓6连接预埋套管4固定左、右侧部标准模板2，随后采用地脚螺栓5连接隧洞底部围岩和底模板1，再上推封顶模板3并转动控制杆93使条形载块94与方形载块97出现间距差，再通过条形载块94的作用上顶两个模板，紧固两个相邻模板；
其中，如图4、5、7所示，活拆扣9主要包括内扣组件91、外扣组件92、控制杆93；内扣组件91和外扣组件92内外设置；
内扣组件91包括条形载块94、分别设置在条形载块94左、右两侧的弹性伸缩板95，其中，弹性伸缩板95具体为一种与条形载块94配设凹槽通过弹簧件连接的伸缩结构的伸缩板，弹性伸缩板95与两侧模板接触一侧侧面各设有一个弹性接触块96，弹性接触块96包括接触块961和弹簧962，条形载块94中心设有转动块941；
外扣组件92包括方形载块97、分别转动设置在方形载块97左、右两侧的半扣件98，半扣件98与方形载块97通过阻尼转轴连接，且两侧的半扣件98各设有一个用于搭载钢管10的搭载环99，钢管10两侧还各设有一个用于调节紧固度的调节栓头101。设置阻尼转轴可以在拆卸时使各个模块收缩更加安全，通过搭载钢管10和搭载环99可以使各个活拆扣9处于彼此关联的状态，提高稳固效果。半扣件98上设有与两侧模板连接的螺栓孔981，方形载块97中心设有螺纹孔971，控制杆93贯穿圆形载块97的螺纹孔并与条形载块94的转动块941连接，控制杆93后端设有用于操控控制杆93正反转的转动轮931，转动轮931后方的控制杆93端设有用于缓冲的气囊球932。设置转动轮931可以提高对控制杆93转动的操作性，并且通过设置气囊球932可以在拆卸后利用其有效防止活拆扣9与模板产生直接碰撞。利用活拆扣9的作用，在不影响底模板1、左、右侧部标准模板2和封顶模板3拆离衬砌面的情况下，使其之间依然处于收缩的连接状态，便于下一段衬砌的施工进度，进一步优化装配式钢管片模板的快速拆装效率以及整个隧洞的衬砌速度；
S5：重复步骤S2～步骤S4，直至完成整个圆形隧洞模板单元的安装；
S6：如图7所示，在圆形钢管片模板装配固定完毕后，多个单元模板环拼装到设定长度，各单元模板环之间通过搭载环99和钢管10作用连接后，即可进行隧洞整体衬砌结构的浇筑混凝土，待混凝土达到预设强度后卸载模板，反转控制杆93，随后松开活拆扣9使封顶模板3、底模板1分别向下、向上拼叠，再使左、右侧部标准模板2向内收拢，以备下一次衬砌，并对混凝土内剩余的螺栓采用环氧砂浆进行处理；
S7：重复步骤S2～步骤S6，直至完成整个圆形隧洞的衬砌施工。
上述活拆扣9的操作方法为：
以封顶模板3和左、右侧部标准模板2为例进行详述，安装时，将活拆扣9分别通过两侧半扣件98的螺栓孔981与相邻的封顶模板3和标准模板2连接，
装配时，如图7的结构先将左右侧部标准模板2贴向隧洞，然后分别下压、上顶底模板1、封顶模板3，转动控制杆93使条形载块94逐渐贴近相邻两个模板的接缝处，这里条形载块94是伸缩的结构，可以根据间距进行长度上的补偿，随着控制杆93不断下旋，外侧的方形载块97与条形载块94间距扩大，此时相邻两个模板受到的力有两个：1)条形载块94对相邻模板接缝处施加的推力；2)随着方形载块97与条形载块94之间间距扩大，条形载块94有模板处支撑点的作用，那么方形载块97必然有一个反作用力，在反作用力的作用下方形载块97产生向外侧运动的力，拉动方形载块97两侧的半扣件98，所以相邻两个模板又会受到半扣件98聚拢产生相互靠紧的拉力；通过1)2)这两个力的作用对相邻模板起到辅助紧固的作用；期间，利用弹性接触块96补偿两侧模板与条形载块94的不同接触间距差；活拆扣9大小可以根据隧洞大小调整其大小，以不影响隧洞交通为首要参考条件；
拆卸时，仅需反转转动轮931，与上述原理相反，使相邻两个模板原理，然后利用阻尼转轴的作用使封顶模板3沿着两个半扣件98摆动缓降，并收拢两侧的左、右侧部标准模板2将其进行下一段隧洞的衬砌；
期间相邻两个单元模板可以通过钢管10贯穿搭载环99的方式并向连接多个单元，通过钢管10两端设有调节栓头101调节相邻两个单元模板的紧固度。
Claims (8)
1.一种适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板施工方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
S1：将圆形隧洞衬砌的装配式钢管片模板设计成沿隧洞轴向一定长度为一个模板单元，所述每个隧洞模板单元划分为底模板(1)、左、右侧部标准模板(2)和封顶模板(3)；
S2：圆形隧洞开挖时，在装配式钢管片模板对应围岩左右侧内预埋套管(4)；
S3：在钢管片模板加工厂分别按照底模板(1)、左、右侧部标准模板(2)和封顶模板(3)进行预制；其中，左、右侧部标准模板(2)在预埋套管(4)对应部位开孔；
S4：在圆形隧洞中装配装配式钢管片模板，采用地脚螺栓(5)将底模板(1)与隧洞底部围岩连接，支撑左、右侧部标准模板(2)和封顶模板(3)，采用连接螺栓(6)将左、右侧部标准模板与预埋套管(4)连接；所述底模板(1)、左、右侧部标准模板(2)和封顶模板(3)之间分别通过活拆扣(9)连接，
其中，所述活拆扣(9)主要包括内扣组件(91)、外扣组件(92)、控制杆(93)；所述内扣组件(91)和外扣组件(92)内外设置；所述内扣组件(91)包括条形载块(94)、分别设置在条形载块(94)左、右两侧的弹性伸缩板(95)，所述弹性伸缩板(95)与两侧模板接触一侧侧面各设有一个弹性接触块(96)，所述弹性接触块(96)包括接触块(961)和弹簧(962)，所述条形载块(94)中心设有转动块(941)；所述外扣组件(92)包括方形载块(97)、分别转动设置在方形载块(97)左、右两侧的半扣件(98)，所述半扣件(98)上设有与两侧模板连接的螺栓孔(981)，所述方形载块(97)中心设有螺纹孔(971)，所述控制杆(93)贯穿圆形载块(97)的螺纹孔并与条形载块(94)的转动块(941)连接；
S5：重复步骤S2～步骤S4，直至完成整个圆形隧洞模板单元的安装；
S6：在圆形钢管片模板装配固定完毕后，浇筑混凝土，待混凝土达到预设强度后卸载模板；
S7：重复步骤S2～步骤S6，直至完成整个圆形隧洞的衬砌施工。
2.如权利要求1所述的一种适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板施工方法，其特征在于，所述底模板(1)、左、右侧部标准模板(2)和封顶模板(3)沿隧洞轴向长度为2～4米。
3.如权利要求1所述的一种适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板施工方法，其特征在于，所述底模板(1)、左、右侧部标准模板(2)和封顶模板(3)均为钢构架结构，即：由钢板(7)和焊接在钢板(7)内侧的纵、横肋板(71)构成；所述钢板(7)和纵、横肋板(71)的厚度为5～10毫米。
4.如权利要求1所述的一种适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板施工方法，其特征在于，所述底模板(1)、左、右侧部标准模板(2)和封顶模板(3)之间还可以采用分别通过高强螺栓(8)连接。
5.如权利要求4所述的一种适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板施工方法，其特征在于，采用所述高强螺栓(8)连接时，所述步骤S4中装配式钢管片模板的装配方法具体为：在圆形隧洞中的装配固定顺序为：底模板(1)、左、右侧部标准模板(2)，最后为封顶模板(3)，所述底模板(1)、左、右侧部标准模板(2)和封顶模板(3)之间均由高强螺栓(8)相连接；所述步骤S6中卸载模板的方法具体为：切除左、右侧部标准模板(2)上的连接螺栓(6)，切除底模板(1)上的地脚螺栓(5)，拆除各个模板连接处的高强螺栓(8)，随后依次拆除各个模板。
6.如权利要求1所述的一种适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板施工方法，其特征在于，所述半扣件(98)与方形载块(97)通过阻尼转轴连接，所述方形载块(97)中心设有螺纹孔(971)。
7.如权利要求1所述的一种适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板施工方法，其特征在于，所述控制杆(93)后端设有用于操控控制杆(93)正反转的转动轮(931)，所述转动轮(931)后方的控制杆(93)端设有用于缓冲的气囊球(932)。
8.如权利要求1所述的一种适用于圆形隧洞快速衬砌的装配式钢管片模板施工方法，其特征在于，采用所述活拆扣(9)连接时，所述步骤S4中装配式钢管片模板的装配方法具体为：将活拆扣(9)分别通过半扣件(98)上设有的螺栓孔(981)与相邻两个模板配设的螺栓孔(981)通过高强螺栓(8)连接，然后将封顶模板(3)、底模板(1)分别向下、向上拼叠，同时左、右侧部标准模板(2)向内收拢，然后将隧洞模板单元运送至衬砌位置，然后采用连接螺栓(6)连接预埋套管(4)固定左、右侧部标准模板(2)，随后采用地脚螺栓(5)连接隧洞底部围岩和底模板(1)，再上推封顶模板(3)并转动控制杆(93)使条形载块(94)与方形载块(97)出现间距差，再通过条形载块(94)的作用上顶两个模板，紧固两个相邻模板；所述步骤S6中卸载模板的方法具体为：反转控制杆(93)，随后松开活拆扣(9)使封顶模板(3)、底模板(1)分别向下、向上拼叠，再使左、右侧部标准模板(2)向内收拢，以备下一次衬砌。
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