CN112727482A - 大直径盾构隧道及其内部预制结构施工成套设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大直径盾构隧道及其内部预制结构施工成套设备和方法，所述大直径盾构隧道的内部预制结构施工成套设备包括依次间隔设置的托梁独立浇筑设备(9)、预制箱涵独立拼装设备(10)、边道板及烟道板独立拼装设备(11)和中隔板独立拼装设备(13)。该大直径盾构隧道及其内部预制结构施工成套设备和方法可以实现在隧道内部预制结构拼装与盾构机开挖同步进行的目的，且每一个工法可以独立施工、独立行走，设备之间均间隔一定距离，互不干扰、相互独立，从而提高了大直径盾构隧道的施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体的是一种大直径盾构隧道，还是一种大直径盾构隧道的内部预制结构施工成套设备，更是一种大直径盾构隧道的内部预制结构施工方法。
背景技术
针对大直径盾构隧道(土压或泥水)项目，在完成隧道开挖及管片拼装后，隧道仍需进行轨下结构、中隔板、烟道板等工法安装作业。先前上述操作施工大多采用浇筑方法施工，由于现浇结构存在作业面大，成型时间长，前期无法负载等问题，不能在隧道开挖同时开展施工作业，只能在隧道贯通后或者交互性开展施工作业，一定程度上延长了整个施工工期，缺乏良好的统筹工法，且采用现场浇筑作业的方式，会在封闭的空间内产生大量潮湿粉尘，会污染隧道环境，导致人员工作环境恶劣。因此，针对上述施工作业难题，采用预制构件，模块拼装的方法越来越受到认可和接受。截止目前，国内针对上述工法，仅有轨下结构工法与盾构机开挖同步进行的施工工法，即预制箱涵的同步拼装。然而，受功能和成型效率限制，预制箱涵尺寸一般较大，受限于箱涵的高度和宽度，如将预制箱涵拼装与盾构机开挖同时进行，后配套系统需要考虑足够的净空满足调运和组装需求，导致设备布置空间有限，整体空间利用率低，使得后配套拖车非常长，对盾构机的设计、加工、始发、接收造成较大影响。而针对烟道板、中隔板预制拼装，国内还很少应用，即使有应用也是在隧道整体开挖完成后，进行针对性的设计和施工，无法实现上述工法与隧道开挖施工同步进行，统筹安排时间。
发明内容
为了提高隧道施工的效率，本发明提供了一种大直径盾构隧道及其内部预制结构施工成套设备和方法，该大直径盾构隧道及其内部预制结构施工成套设备和方法可以实现在隧道内部预制结构拼装与盾构机开挖同步进行的目的，且每一个工法可以独立施工、独立行走，设备之间均间隔一定距离，互不干扰、相互独立，从而提高了大直径盾构隧道的施工效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种大直径盾构隧道，包括隧道侧壁，隧道侧壁的内表面设有托梁，托梁含有左右对称设置的两根上托梁和两根下托梁，上托梁位于下托梁的上方，两根上托梁之间连接有烟道板，隧道侧壁的下部内设有预制箱涵，预制箱涵的上端与两根下托梁之间连接有边道板，烟道板与预制箱涵之间设置有直立的中隔板。
一种大直径盾构隧道的内部预制结构施工成套设备，所述大直径盾构隧道为上述的大直径盾构隧道，所述大直径盾构隧道的内部预制结构施工成套设备包括依次间隔设置的托梁独立浇筑设备、预制箱涵独立拼装设备、边道板及烟道板独立拼装设备和中隔板独立拼装设备。
一种大直径盾构隧道的内部预制结构施工方法，所述大直径盾构隧道为上述的大直径盾构隧道，所述大直径盾构隧道的内部预制结构施工方法采用了上述的大直径盾构隧道的内部预制结构施工成套设备,所述大直径盾构隧道的内部预制结构施工方法包括以下步骤：
步骤1、托梁独立浇筑设备浇筑上托梁和下托梁；
步骤2、预制箱涵独立拼装设备将预制箱涵移动至隧道侧壁的下部内，预制箱涵与隧道侧壁连接固定；
步骤3、边道板及烟道板独立拼装设备将边道板安装于预制箱涵与下托梁之间；
步骤4、边道板及烟道板独立拼装设备将烟道板安装于两根上托梁之间；
步骤5、在烟道板与预制箱涵之间安装中隔板。
本发明的有益效果是：该大直径盾构隧道及其内部预制结构施工成套设备和方法可以在盾构机开挖隧道的同时，完成隧道内部预制箱涵、中隔板、边道板、烟道板全预制拼装，且每道工法可以独立行走作业，互不干扰，从而节省了项目施工工期，节约了施工成本，改善了隧道环境。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是管片拼装完成后的示意图。
图2是托梁浇筑的示意图。
图3是预制箱涵拼装的示意图。
图4是边道板和烟道板拼装的示意图。
图5是底部植筋的示意图。
图6是中隔板拼装的示意图。
图7是中隔板焊接固定的示意图。
图8是中隔板裸露钢筋浆液浇筑的示意图。
图9是施工完成后的示意图。
图10是管片拼装区域的示意图。
图11是托梁浇筑区域和预制箱涵拼装区域的示意图。
图12是边道板及烟道板拼装区域、底部钢筋植入区域、中隔板拼装、焊接及浆液浇筑的示意图。
图13是托梁独立浇筑设备的示意图。
图14是沿图13中A-A方向的剖视图。
图15是预制箱涵独立拼装设备的示意图。
图16是边道板及烟道板独立拼装设备的示意图。
图17是沿图16中B-B方向的剖视图。
图18是沿图16中C-C方向的剖视图。
图19是物料运输设备和中隔板独立拼装设备的示意图。
图20是沿图19中D-D方向的剖视图。
图21是沿图19中E-E方向的剖视图。
1、隧道侧壁；2、托梁；3、预制箱涵；4、边道板；5、烟道板；6、底部钢筋；7、中隔板；8、盾构机；9、托梁独立浇筑设备；10、预制箱涵独立拼装设备；11、边道板及烟道板独立拼装设备；12、物料运输设备；13、中隔板独立拼装设备；14、底筋安装工；
101、管片；
201、上托梁；202、下托梁；
501、预留第一钢筋；
701、预留第二钢筋；702、预留孔；
901、第一主体结构；902、第一自驱斜轮对；903、上部第一吊机；904、下部第一吊机；
1001、第二主体结构；1002、预制箱涵吊机；1003、前部斜坡；1004、第二自驱斜轮对；1005、伸缩平台；1006、链轮链条驱动机构；1007、后部斜坡；
1101、第三主体结构；1102、第三自驱斜轮对；1103、第一自驱橡胶轮对；1104、边道板吊机；1105、烟道板吊机；
1301、车主体；1302、转盘；1303、抓取机构；1304、举升平台。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种大直径盾构隧道，包括隧道侧壁1，隧道侧壁1的内表面设有托梁2，托梁2含有左右对称设置的两根上托梁201和两根下托梁202，上托梁201位于下托梁202的上方，两根上托梁201之间连接有烟道板5，隧道侧壁1的下部内设有预制箱涵3，预制箱涵3的上端与两根下托梁202之间连接有边道板4，烟道板5与预制箱涵3之间设置有直立的中隔板7，如图9所示。
在该大直径盾构隧道中，中隔板7为该大直径盾构隧道的正中间，该大直径盾构隧道的左侧结构与该大直径盾构隧道的右侧结构在中隔板7的左右两侧互为镜像，两根下托梁202的上表面、两块边道板4的上表面和一个预制箱涵3的上表面位于同一水平面内，烟道板5与边道板4上下平行设置。
在本实施例中，烟道板5的中部的下表面设有预留第一钢筋501，中隔板7的上端设有预留第二钢筋701，中隔板7的下端设有预留孔702，预制箱涵3的中部的上表面设有底部钢筋6，预留第一钢筋501与预留第二钢筋701焊接，预留孔702与底部钢筋6对应插接，中隔板7内有水泥浆浇筑后的凝固体。
下面介绍一种大直径盾构隧道的内部预制结构施工成套设备，所述大直径盾构隧道为上述的大直径盾构隧道，所述大直径盾构隧道的内部预制结构施工成套设备包括从前向后依次间隔设置的托梁独立浇筑设备9、预制箱涵独立拼装设备10、边道板及烟道板独立拼装设备11和中隔板独立拼装设备13，如图10至图21所示。
在本实施例中，托梁独立浇筑设备9包含第一主体结构901、第一自驱斜轮对902、上部第一吊机903和下部第一吊机904，上部第一吊机903能够完成浇筑上托梁201，下部第一吊机904能够完成浇筑下托梁202。托梁独立浇筑设备9可以采用现有技术产品。
其中，第一自驱斜轮对902行走在隧道侧壁1的内表面上，从而满足该托梁独立浇筑设备9在隧道侧壁1的内表面上前后行走。上部第一吊机903能够完成浇筑上托梁201，下部第一吊机904能够完成浇筑下托梁202，上托梁201和下托梁202均与隧道侧壁1的管片101固结。
在本实施例中，预制箱涵独立拼装设备10包含第二主体结构1001、预制箱涵吊机1002、前部斜坡1003、第二自驱斜轮对1004、伸缩平台1005、链轮链条驱动机构1006和后部斜坡1007。预制箱涵独立拼装设备10可以采用现有技术产品。
其中，第二自驱斜轮对1004行走在隧道侧壁1的内表面上，从而满预制箱涵独立拼装设备10在隧道侧壁1的内表面上前后行走。前部斜坡1003和后部斜坡1007分别铰接在第二主体结构1001的两端。第二主体结构1001上设有预制箱涵吊机1002，预制箱涵3通过物料运输设备12运至其预定位置(安装位置)，预制箱涵吊机1002完成预制箱涵3的吊装、转运、旋转及拼装。
第二主体结构1001上上还设有伸缩平台1005，伸缩平台1005依靠链轮链条驱动机构1006实现前后移动，第二主体结构1001设置有前部斜坡1003与后部斜坡1007；当需要拼装箱涵时，伸缩平台1005后移，物料运输设备12将预制箱涵3通过后部斜坡1007运至预制箱涵吊机1002下方；当需要管片运输时，伸缩平台1005前移，物料运输设备12通过后部斜坡1007、伸缩平台1005以及前部斜坡1003后，向盾构机工作区域运送管片。当预制箱涵独立拼装设备10行走时，所述前部斜坡1003与后部斜坡1007均可以自动抬起，从而实现行走。
在本实施例中，边道板及烟道板独立拼装设备11包含第三主体结构1101、第三自驱斜轮对1102、第一自驱橡胶轮对1103、边道板吊机1104和烟道板吊机1105，边道板吊机1104能够完成边道板4的拼装，烟道板吊机1105能够完成烟道板5的拼装。边道板及烟道板独立拼装设备11可以采用现有技术产品。
其中，第三自驱斜轮对1102走在隧道侧壁1的内表面上。物料运输设备12将边道板4和烟道板5运至既定区域(安装位置)后，边道板吊机1104完成边道板4的拼装，烟道板吊机1105完成烟道板5的拼装，第一自驱橡胶轮对1103行走在已拼装的边道板4上。
在本实施例中，边中隔板独立拼装设备13包含车主体1301、转盘1302、抓取机构1303和举升平台1304，抓取机构1303能够配合转盘1302完成中隔板7的拼装。边中隔板独立拼装设备13可以采用现有技术产品。
转盘1302铰接在车主体1301上，抓取机构1303与转盘1302固结。物料运输设备12将中隔板7运输至既定区域(安装位置)，抓取机构1303配合转盘1302完成中隔板7的拼装。举升平台1304固结在车主体1301上，可以上下升降，操作人员可在举升平台1304上完成预留第二钢筋701与预留第一钢筋501焊接以及中隔板7的浆液浇筑。
托梁独立浇筑设备9位于盾构机8的后方，托梁独立浇筑设备9与盾构机8相隔在30m以上距离。预制箱涵独立拼装设备10位于托梁独立浇筑设备9的后方，预制箱涵独立拼装设备10与托梁独立浇筑设备9相隔50m以上。边道板及烟道板独立拼装设备11位于预制箱涵独立拼装设备10的后方，边道板及烟道板独立拼装设备11与预制箱涵独立拼装设备10相隔50m以上。
底筋安装工14位于边道板及烟道板独立拼装设备11的后方，底筋安装工14边道板及烟道板独立拼装设备11相隔50m以上。位于边道板及烟道板独立拼装设备后部。中隔板独立拼装设备13位于底筋安装工14的的后方，中隔板独立拼装设备13与底筋安装工14间隔50m以上。
可以理解为图11的右端与图12的左端对应连接，图12的右端与图13的左端对应连接。工作时，盾构机8、托梁独立浇筑设备9、预制箱涵独立拼装设备10、边道板及烟道板独立拼装设备11、底筋安装工14和中隔板独立拼装设备13通常均从右向左移动，物料运输设备12可以根据需要左右移动(物料运输设备12可以根据需要在图9中前后移动)，该大直径盾构隧道及其内部预制结构也将从右向左逐渐完成，如图11至图13所示。
一种大直径盾构隧道的内部预制结构施工方法，所述大直径盾构隧道为上述的大直径盾构隧道，所述大直径盾构隧道的内部预制结构施工方法采用了上述的大直径盾构隧道的内部预制结构施工成套设备,所述大直径盾构隧道的内部预制结构施工方法包括以下步骤：
步骤1、在管片101拼装完成后，如图1所示，托梁独立浇筑设备9在隧道侧壁1的内表面浇筑上托梁201和下托梁202，上托梁201和下托梁202均与管片101固结，如图2所示；
步骤2、预制箱涵独立拼装设备10将预制箱涵3移动至隧道侧壁1的下部内，预制箱涵3与隧道侧壁1通过螺栓连接固定，如图3所示；
步骤3、边道板及烟道板独立拼装设备11将边道板4安装于预制箱涵3与下托梁202之间，两块边道板4的两端分别与预制箱涵3和下托梁202固结，如图4所示；
步骤4、边道板及烟道板独立拼装设备11将烟道板5安装于两根上托梁201之间，烟道板5的两端与两根上托梁201固结；
步骤5、在烟道板5与预制箱涵3之间安装中隔板7。
步骤5含有以下步骤：
步骤5.1、底筋安装工14在预制箱涵3上植入底部钢筋6，直立的底部钢筋6与预制箱涵3固结，如图5所示；
步骤5.2、烟道板5的中部设有预留第一钢筋501，中隔板7的上端设有预留第二钢筋701，中隔板7的下端设有预留孔702，预制箱涵3的中部设有底部钢筋6，预留第一钢筋501与预留第二钢筋701焊接，预留孔702与底部钢筋6对应插接，中隔板7为预制件，如图6和图7所示；
除了预留第一钢筋501和预留第二钢筋701，中隔板7的上端和烟道板5之间还存在空缺；为了便于插接安装，预留孔702的内径大于底部钢筋6的外径，预留孔702与底部钢筋6之间存在环形空隙；
步骤5.3、在所述空缺的左右两侧安装模板，两块模板之间的距离等于中隔板7的厚度，对中隔板7的上端与烟道板5之间的空缺进行浆液浇筑，对预留孔702与底部钢筋6之间的空隙进行浆液浇筑，完成中隔板7的拼装，如图8和图9所示。
具体的，以大直径盾构为例详细介绍，盾构机8在隧道最前方进行开挖，盾构机8的后方依次设置有托梁独立浇筑设备9、预制箱涵独立拼装设备10、边道板及烟道板独立拼装设备11、底筋安装工14和中隔板独立拼装设备13。当需要进行管片拼装时，隧道后方已经完成中隔板7的拼装，隧道被分为左右两个洞室，在此区域，带载的物料运输设备12从右侧洞室通行，左侧洞室前方有中隔板独立拼装设备13，此时带载的物料运输设备12行走至已拼装预制箱涵3的右侧及已拼装的右侧的边道板4上；通过此区域后，带载的物料运输设备12转至隧道中间、已拼装的预制箱涵3的上方通行；当即将到达预制箱涵独立拼装设备10时，伸缩平台1005前移，然后带载的物料运输设备12依次通过后部斜坡1007、伸缩平台1005以及前部斜坡1003，然后行走至已拼的装管片上；最后带载的物料运输设备12行驶至盾构机8的既定区域，从而完成管片运输。其它物料运输与管片类似。此外，上述设备由于均可以独立完成施工，隧道内可根据实际情况来选择上述所有或某些设备进行配套使用、施工。
为了便于理解和描述，本发明中采用了绝对位置关系进行表述，如无特别说明，其中的方位词“上”表示图9中的上侧方向，“下”表示图9中的下侧方向，“左”表示图9中的左侧方向，“右”表示图9中的右侧方向，“前”表示垂直于图9中的纸面并指向纸面内侧的方向，“后”表示垂直于图9中的纸面并指向纸面外侧的方向。本发明采用了使用者或阅读的观察视角进行描述，但上述方位词不能理解或解释为是对本发明保护范围的限定。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (10)
1.一种大直径盾构隧道，其特征在于，所述大直径盾构隧道包括隧道侧壁(1)，隧道侧壁(1)的内表面设有托梁(2)，托梁(2)含有左右对称设置的两根上托梁(201)和两根下托梁(202)，上托梁(201)位于下托梁(202)的上方，两根上托梁(201)之间连接有烟道板(5)，隧道侧壁(1)的下部内设有预制箱涵(3)，预制箱涵(3)的上端与两根下托梁(202)之间连接有边道板(4)，烟道板(5)与预制箱涵(3)之间设置有直立的中隔板(7)。
2.根据权利要求1所述的大直径盾构隧道，其特征在于，下托梁(202)的上表面、边道板(4)的上表面和预制箱涵(3)的上表面位于同一水平面内，烟道板(5)与边道板(4)上下平行设置。
3.根据权利要求1所述的大直径盾构隧道，其特征在于，烟道板(5)的中部设有预留第一钢筋(501)，中隔板(7)的上端设有预留第二钢筋(701)，中隔板(7)的下端设有预留孔(702)，预制箱涵(3)的中部设有底部钢筋(6)，预留第一钢筋(501)与预留第二钢筋(701)焊接，预留孔(702)与底部钢筋(6)对应插接。
4.一种大直径盾构隧道的内部预制结构施工成套设备，其特征在于，所述大直径盾构隧道为权利要求1所述的大直径盾构隧道，所述大直径盾构隧道的内部预制结构施工成套设备包括依次间隔设置的托梁独立浇筑设备(9)、预制箱涵独立拼装设备(10)、边道板及烟道板独立拼装设备(11)和中隔板独立拼装设备(13)。
5.根据权利要求4所述的大直径盾构隧道的内部预制结构施工成套设备，其特征在于，托梁独立浇筑设备(9)包含第一主体结构(901)、第一自驱斜轮对(902)、上部第一吊机(903)和下部第一吊机(904)，上部第一吊机(903)能够完成浇筑上托梁(201)，下部第一吊机(904)能够完成浇筑下托梁(202)。
6.根据权利要求4所述的大直径盾构隧道的内部预制结构施工成套设备，其特征在于，预制箱涵独立拼装设备(10)包含第二主体结构(1001)、预制箱涵吊机(1002)、前部斜坡(1003)、第二自驱斜轮对(1004)、伸缩平台(1005)、链轮链条驱动机构(1006)和后部斜坡(1007)。
7.根据权利要求4所述的大直径盾构隧道的内部预制结构施工成套设备，其特征在于，边道板及烟道板独立拼装设备(11)包含第三主体结构(1101)、第三自驱斜轮对(1102)、第一自驱橡胶轮对(1103)、边道板吊机(1104)和烟道板吊机(1105)，边道板吊机(1104)能够完成边道板(4)的拼装，烟道板吊机(1105)能够完成烟道板(5)的拼装。
8.根据权利要求4所述的大直径盾构隧道的内部预制结构施工成套设备，其特征在于，中隔板独立拼装设备(13)包含车主体(1301)、转盘(1302)、抓取机构(1303)和举升平台(1304)，抓取机构(1303)能够配合转盘(1302)完成中隔板(7)的拼装。
9.一种大直径盾构隧道的内部预制结构施工方法，其特征在于，所述大直径盾构隧道为权利要求1所述的大直径盾构隧道，所述大直径盾构隧道的内部预制结构施工方法采用了权利要求4所述的大直径盾构隧道的内部预制结构施工成套设备,所述大直径盾构隧道的内部预制结构施工方法包括以下步骤：
步骤1、托梁独立浇筑设备(9)浇筑上托梁(201)和下托梁(202)；
步骤2、预制箱涵独立拼装设备(10)将预制箱涵(3)移动至隧道侧壁(1)的下部内，预制箱涵(3)与隧道侧壁(1)连接固定；
步骤3、边道板及烟道板独立拼装设备(11)将边道板(4)安装于预制箱涵(3)与下托梁(202)之间；
步骤4、边道板及烟道板独立拼装设备(11)将烟道板(5)安装于两根上托梁(201)之间；
步骤5、在烟道板(5)与预制箱涵(3)之间安装中隔板(7)。
10.根据权利要求9所述的大直径盾构隧道的内部预制结构施工方法，其特征在于，步骤5含有以下步骤：
步骤5.1、在预制箱涵(3)上安装底部钢筋(6)；
步骤5.2、烟道板(5)的中部设有预留第一钢筋(501)，中隔板(7)的上端设有预留第二钢筋(701)，中隔板(7)的下端设有预留孔(702)，预制箱涵(3)的中部设有底部钢筋(6)，预留第一钢筋(501)与预留第二钢筋(701)焊接，预留孔(702)与底部钢筋(6)对应插接；
步骤5.3、对中隔板(7)的上端与烟道板(5)之间的空缺进行浆液浇筑，对预留孔(702)与底部钢筋(6)之间的空隙进行浆液浇筑。
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