CN114033436A - 全圆针梁衬砌台车及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全圆针梁衬砌台车及其施工方法，全圆针梁衬砌台车包括顶模、侧模、边模、针梁框和针梁，其特征在于：还包括边梁、纵向导轨、环向导轨、环轨小车、滑动模板、环轨小车驱动机构，针梁框与边梁刚性连接，边梁为两根，每根边梁上平面与边模刚性连接，纵向导轨和环向导轨位于两根边梁之间且与边梁刚性连接，环向导轨与环轨小车滑动连接，环轨小车与滑动模板刚性连接；环轨小车驱动机构刚性连接在针梁框上带动环轨小车在环向导轨上运动。采用本发明，衬砌过程中整个隧道底部处于敞开状态，方便振捣作业有利于振捣排气，振捣无死角，混凝土密实强度高。

Description

全圆针梁衬砌台车及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种隧道混凝土衬砌施工中的施工装置，尤其涉及一种全圆针梁衬砌台车及其施工方法，用于隧道全断面混凝土一次性衬砌的施工。
背景技术
全圆针梁台车是用于开挖断面为圆形或马蹄形的隧道进行混泥土衬砌施工的大型模板设备。
目前在使用的全圆针梁台车主要由: 顶模板、侧模板、底模板、针梁框、针梁、针梁底座、支撑千斤、油缸、牵引机构等部件组成，各模板与针梁框相连接，顶模板、侧模板、底模板在立(拆)模时可通过支撑千斤及油缸基与针梁框转动或伸缩，针梁框可带动模板在针梁上滑动，针梁经顶升油缸联接于针梁底座上，针梁底座支撑于隧洞已衬砌基面及开挖基面上，针梁后端设卷扬机，在以针梁底座为支撑点时，可牵引针梁框沿针梁前后滑动，在以模板为支撑点时，可牵引针梁沿针梁框前后滑动。隧道衬砌前先将台车立模就位然后进行混凝土浇筑施工,浇筑施工完成后等混凝土凝固达到脱模强度要求后进行操作台车拆模并移动到下一施工位置进行下一轮施工。
但现有全圆针梁台车存在如下缺点：1，由于隧道底部被底模板覆盖了，使混凝土的振捣需从模板上开的工作窗进行，受模板结构限制，工作窗的布置数量有限不能充分兼顾需要振捣的混凝土面，导致底部混凝土因振捣不充分结构强度不达标；2，开闭工作窗过程繁琐且布料时受工作窗位置限制不能灵活调整布料机构导致施工时间长；3，底模板用钢量较大对资源造成较大浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种全圆针梁衬砌台车及其施工方法。采用本发明，衬砌过程中整个隧道底部处于敞开状态，方便振捣作业有利于振捣排气，振捣无死角，混凝土密实强度高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种全圆针梁衬砌台车，包括顶模、侧模、边模、针梁框和针梁，其特征在于：还包括边梁、纵向导轨、环向导轨、环轨小车、滑动模板、环轨小车驱动机构，针梁框与边梁刚性连接，边梁为两根，每根边梁上平面与边模刚性连接，纵向导轨和环向导轨位于两根边梁之间且与边梁刚性连接，环向导轨与环轨小车滑动连接，环轨小车与滑动模板刚性连接；环轨小车驱动机构刚性连接在针梁框上带动环轨小车在环向导轨上运动。
所述环轨小车为4台，通过小车滚轮和环向导轨上的限位滑槽与2组环向导轨滑动连接，且每组环向导轨分别连接2台环轨小车，环轨小车按隧道断面左右侧分为2组，每2台1组，每组环轨小车与1组滑动模板刚性连接，每个环轨小车中部设有2个与链条铰接的连接螺栓。
所述环轨小车驱动机构与牵引链条链接，牵引链条绕过环向导轨，两端分别与环轨小车铰接形成封闭的传动链路。
所述环轨小车驱动机构为4台，每2台为1组，左右侧各一组，环轨小车驱动机构分别刚性连接在针梁框上，每台环轨小车驱动机构设有驱动链轮，通过驱动链轮与1根牵引链条链接，每组环轨小车驱动机构的回转轴通过传动轴铰接。
所述牵引链条为4根，每2根1组，每根与环轨小车驱动机构驱动链轮链接，牵引链条分别绕过环向导轨和边墙连接梁上设置的链条导向轮，两端分别与环轨小车的2根连接螺栓铰接形成封闭的传动链路。
所述纵向导轨为2根，分别与2组边梁内平面前后刚性连接，且还与针梁框下端刚性连接；环向导轨外端上方和下方分别设有1个链条导向轮，内端下方设有1个链条导向轮。
所述顶模为一组，两侧分别与两组侧模铰接，下端与10根顶模油缸的上端刚性连接，顶模油缸的下端与针梁框刚性连接；侧模为两组，左右侧各一组分别与顶模两侧铰接，每组侧模中部与10根支撑千斤一端铰接；边模为两组，左右侧各一组分别两侧边梁刚性连接，每组边模上部还与针梁框下部刚性连接。
所述针梁框为一组，上部与10根顶模油缸下端刚性连接，下部与两侧边模和边梁刚性连接，针梁框还与针梁滑动连接；针梁为一组，两端左右侧分别与4根针梁油缸上端刚性连接，针梁上还设置有驱动针梁与针梁框相对滑动的针梁牵引机构。
所述针梁油缸上端分别与针梁前后端左右侧刚性连接，下端与针梁前后端的两个针梁底座滑动连接。
一种全圆针梁衬砌台车的施工方法，其特征在于，包括如下工序：
A、先移动台车到隧道需要位置并立模；
B、隧道底部混凝土施工：
B1启动环轨小车驱动机构，环轨小车运动并带动两侧滑动模板沿环向导轨向左右两侧移动，空出隧道底部；
B2 通过布料机构向隧道底部浇筑混凝土，并按规范要求振捣混凝土；
B3 当混凝土浇筑到隧道底部内顶面后，启动环轨小车驱动机构，环轨小车运动并带动滑动模板沿环向导轨向中间移动，封闭隧道仰拱底部并刮除多余混凝土；
B4 通过布料机构向滑动模板外侧浇筑混凝土，并按规范要求振捣混凝土；
B5 当混凝土充满滑动模板下方后，启动环轨小车驱动机构，环轨小车带动两侧滑动模板沿环向导轨向左右两侧移动，继续通过布料机构向滑动模板外侧浇筑混凝土，并按规范要求振捣混凝土，如此反复直到滑动模板与边梁相接；
B6 通过布料机构从边模工作窗浇筑混凝土并按规范要求振捣混凝土完成整个底部混凝土浇筑。
两侧及顶部混凝土浇筑：
C1在底部混凝土初凝后通过侧模工作窗浇筑隧道两侧混凝土；
C2通过顶模工作窗及注浆口浇筑隧道顶部混凝土并完成混凝土浇筑；
D当顶部混凝土达到脱模要求后，操作台车进行拆模；
重复以上步骤，进行隧道混凝土衬砌施工。
采用本发明的优点在于：
一、本发明中，将目前全圆针梁衬砌台车的底部模板采用覆盖面积极小的滑动模板取代，整个隧道底部衬砌过程中除滑动模板覆盖面外其余隧道底部处于敞开状态，在滑动模板纵向两侧均可进行振捣作业，且因滑动模板面积小，其覆盖下混凝土也在有效振捣区内；边模，侧模及顶模部分与水平面几乎垂直，浇注空间上方敞开，有利于振捣时插入振捣棒施工，所以整个施工过程，振捣 、排气无死角，混凝土密实强度高。
二、本发明中，先通过环轨小车带动两侧滑动模板沿环向导轨向隧道左右两侧移动，空出隧道底部，通过布料机构浇筑混凝土，当混凝土浇筑到隧道底部内顶面后，启动环轨小车带动滑动模板沿环向导轨向隧道中间移动，封闭隧道仰拱底部并刮除多余混凝土，然后从滑动模板移动方向侧进行混凝土布料，滑动模板与边模相接后，从边模上方布料。整个隧道顶部衬砌过程，布料灵活，速度快，无需模筑工艺的开闭工作窗的繁琐工作，施工速度可提高一倍以上。
三、本发明中，整个隧道底部施工过程的布料及振捣作业没有模筑施工中因模板上设置的工作窗带来的位置限制，工人可灵活的安排施工位置，效率高，劳动强度低，有利于在恶劣境环进行施工。
四、本发明滑动模板面积小且增加构件重量较轻，总重量轻；现有模筑施工采用的各类底模板由大面积的钢板制作，重量重。因此本发明可大量节省钢材，成本低，占用社会资源少。
五、本发明前端纵向导轨外侧固定安装有堵头板还与滑动模板构成混凝土浇筑空间；后端纵向导轨前半部搭接在隧道已成型底拱混凝土上，后半部悬空，避免滑动模板移动时被成型底拱混凝土碰触阻碍还与滑动模板构成混凝土浇筑空间。
附图说明
图1为本发明台车结构示意图；
图2为图1中的A-A向结构示意图；
图3为图1中的B-B向结构示意图；
图4为图1中的C-C向结构示意图；
图5为本发明脱模状态结构示意图。
图中标记为：1、顶模，2、侧模，3、边模，4、顶模油缸，5、针梁框，6、针梁，7、支撑千斤，8、边梁，9、纵向导轨，10、环向导轨，11、环轨小车，12、滑动模板，13、环轨小车驱动机构，14、针梁油缸，15、针梁底座，16、针梁牵引机构，17、牵引链条，18、链条导向轮。
具体实施方式
一种全圆针梁衬砌台车，包括顶模1、侧模2、边模3、顶模油缸4、针梁框5、针梁6、支撑千斤7、边梁8、纵向导轨9、环向导轨10、环轨小车11、滑动模板12、环轨小车驱动机构13、针梁油缸14、针梁底座15和针梁牵引机构16。边梁8上平面与边模3及针梁框5刚性连接，内平面分别与纵向导轨9、环向导轨10、针梁框5刚性连接，环向导轨10与环轨小车11滑动连接，环轨小车11与滑动模板12刚性连接；环轨小车驱动机构13刚性连接在针梁框5上，环轨小车驱动机构13与牵引链条17链接，牵引链条17绕过环向导轨10，两端分别与环轨小车11铰接形成封闭的传动链路。
所述顶模1为一组，两侧分别与两组侧模2铰接，下端与10根顶模油缸4的上端刚性连接；
所述侧模2为两组，左右侧各一组分别与顶模1两侧铰接，每组侧模2中部与10根支撑千斤7一端铰接。
所述边模3为两组，左右侧各一组分别两侧边梁8刚性连接，每组边模3上部还与针梁框5下部刚性连接。
所述顶模油缸4为10根，上端与顶模1刚性连接，下端与针梁框5刚性连接。
所述针梁框5为一组，上部与10根顶模油缸4下端刚性连接，下部与左右侧边模3及边梁8刚性连接，针梁框5还与针梁6滑动连接，针梁框5还在对应刚性连接有4个环轨小车驱动机构13。
所述针梁6为一组，两端左右侧分别与4根针梁油缸14上端刚性连接，还与针梁框5滑动连接，针梁6上还设置有驱动针梁6与针梁框5相对滑动的针梁牵引机构16。
所述支撑千斤7为20根，分为两组，左右侧各一组，每根一端与侧模2铰接，另一端与针梁框5铰接。
所述边梁8为2组，左右侧各一组，每组边梁8上端分别于一组边模3刚性连接，还分别与2根纵向导轨9、2组环向导轨10及针梁框5下端刚性连接，
所述纵向导轨9为2根，分别与2组边梁8内平面前后刚性连接还与针梁框5下端刚性连接。
所述环向导轨10为2组，分别与2组边梁8内平面前后刚性连接，还与针梁框5下端刚性连接，每组环向导轨10还通过导轨限位滑槽与2台环轨小车11滑动连接，每组环向导轨10外端上方及下方分别设有1个链条导向轮18，内端下方设有1个链条导向轮18。
所述环轨小车11为4台，通过小车滚轮及环向导轨10的限位滑槽与2组环向导轨10滑动连接，且每组环向导轨10分别连接2台环轨小车11，环轨小车11按隧道断面左右侧分为2组，每2台1组，每组环轨小车11还与1组滑动模板12刚性连接，每个环轨小车11中部设有2个与牵引链条17铰接的连接螺栓。
所述滑动模板12为2组，分别与2组环轨小车11刚性连接。
所述环轨小车驱动机构13为4台，每2台为1组，左右侧各一组，环轨小车驱动机构13分别刚性连接在针梁框5对应位置上，每台环轨小车驱动机构13设有驱动链轮，通过驱动链轮与1根牵引链条17链接，每组环轨小车驱动机构13的回转轴还通过传动轴铰接。
所述牵引链条17为4根，每2根1组，每根与环轨小车驱动机构13驱动链轮链接，牵引链条17分别绕过环向导轨10和边墙连接梁上设置的链条导向轮，两端分别与环轨小车11的2根连接螺栓铰接形成封闭的传动链路。
所述针梁油缸14为4根，上端分别与针梁6前后端左右侧刚性连接，下端与针梁6前后端的两个针梁底座15滑动连接。
所述针梁底座15为两个，对应针梁6前后端各一个，每个支座上部与两根针梁油缸14底部滑动连接，底座下部放置于地面上。
一种全圆针梁衬砌台车，包括如下工序：
A、先移动台车到隧道需要位置并立模；
B、隧道底部混凝土施工：
B1启动环轨小车驱动机构，环轨小车运动并带动两侧滑动模板沿环向导轨向左右两侧移动，空出隧道底部；
B2 通过布料机构向隧道底部浇筑混凝土，并按规范要求振捣混凝土；
B3 当混凝土浇筑到隧道底部内顶面后，启动环轨小车驱动机构，环轨小车运动并带动滑动模板沿环向导轨向中间移动，封闭隧道仰拱底部并刮除多余混凝土；
B4 通过布料机构向滑动模板外侧浇筑混凝土，并按规范要求振捣混凝土；
B5 当混凝土充满滑动模板下方后，启动环轨小车驱动机构，环轨小车带动两侧滑动模板沿环向导轨向左右两侧移动，继续通过布料机构向滑动模板外侧浇筑混凝土，并按规范要求振捣混凝土，如此反复直到滑动模板与边梁相接；
B6 通过布料机构从边模工作窗浇筑混凝土并按规范要求振捣混凝土完成整个底部混凝土浇筑。
两侧及顶部混凝土浇筑：
C1 等待一段时间，在底部混凝土初凝后通过侧模工作窗浇筑隧道两侧混凝土；
C2 通过顶模工作窗及注浆口浇筑隧道顶部混凝土并完成混凝土浇筑；
D 等待一段时间，当顶部混凝土达到脱模要求后，操作台车进行拆模；
重复以上步骤，进行隧道混凝土衬砌施工。

Claims (10)

1.一种全圆针梁衬砌台车，包括顶模（1）、侧模（2）、边模（3）、针梁框（5）和针梁（6），其特征在于：还包括边梁（8）、纵向导轨（9）、环向导轨（10）、环轨小车（11）、滑动模板（12）、环轨小车驱动机构（13），针梁框（5）与边梁（8）刚性连接，边梁（8）为两根，每根边梁（8）上平面与边模（3）刚性连接，纵向导轨（9）和环向导轨（10）位于两根边梁（8）之间且与边梁（8）刚性连接，环向导轨（10）与环轨小车（11）滑动连接，环轨小车（11）与滑动模板（12）刚性连接；环轨小车驱动机构（13）刚性连接在针梁框（5）上带动环轨小车（11）在环向导轨（10）上运动。
2.根据权利要求1所述的全圆针梁衬砌台车，其特征在于：所述环轨小车（11）为4台，通过小车滚轮和环向导轨（10）上的限位滑槽与2组环向导轨（10）滑动连接，且每组环向导轨（10）分别连接2台环轨小车（11），环轨小车（11）按隧道断面左右侧分为2组，每2台1组，每组环轨小车（11）与1组滑动模板（12）刚性连接，每个环轨小车（11）中部设有2个与牵引链条（17）铰接的连接螺栓。
3.根据权利要求2所述的全圆针梁衬砌台车，其特征在于：所述环轨小车驱动机构（13）与牵引链条（17）链接，牵引链条（17）绕过环向导轨（10），两端分别与环轨小车（11）铰接形成封闭的传动链路。
4.根据权利要求3所述的全圆针梁衬砌台车，其特征在于：所述环轨小车驱动机构（13）为4台，每2台为1组，左右侧各一组，环轨小车驱动机构（13）分别刚性连接在针梁框（5）上，每台环轨小车驱动机构（13）设有驱动链轮，通过驱动链轮与1根牵引链条（17）链接，每组环轨小车驱动机构（13）的回转轴通过传动轴铰接。
5.根据权利要求4所述的全圆针梁衬砌台车，其特征在于：所述牵引链条（17）为4根，每2根1组，每根与环轨小车驱动机构（13）驱动链轮链接，牵引链条（17）分别绕过环向导轨（10）和边墙连接梁上设置的链条导向轮，两端分别与环轨小车（11）的2根连接螺栓铰接形成封闭的传动链路。
6.根据权利要求5所述的全圆针梁衬砌台车，其特征在于：所述纵向导轨（9）为2根，分别与2组边梁（8）内平面前后刚性连接，且还与针梁框（5）下端刚性连接；环向导轨（10）外端上方和下方分别设有1个链条导向轮，内端下方设有1个链条导向轮。
7.根据权利要求6所述的全圆针梁衬砌台车，其特征在于：所述顶模（1）为一组，两侧分别与两组侧模（2）铰接，下端与10根顶模油缸（4）的上端刚性连接，顶模油缸（4）的下端与针梁框（5）刚性连接；侧模（2）为两组，左右侧各一组分别与顶模（1）两侧铰接，每组侧模（2）中部与10根支撑千斤（7）一端铰接；边模（3）为两组，左右侧各一组分别两侧边梁（8）刚性连接，每组边模（3）上部还与针梁框（5）下部刚性连接。
8.根据权利要求7所述的全圆针梁衬砌台车，其特征在于：所述针梁框（5）为一组，上部与10根顶模油缸（4）下端刚性连接，下部与两侧边模（3）和边梁（8）刚性连接，针梁框（5）还与针梁（6）滑动连接；针梁（6）为一组，两端左右侧分别与4根针梁油缸（14）上端刚性连接，针梁（6）上还设置有驱动针梁（6）与针梁框（5）相对滑动的针梁牵引机构（16）。
9.根据权利要求8所述的全圆针梁衬砌台车，其特征在于：所述针梁油缸（14）上端分别与针梁（6）前后端左右侧刚性连接，下端与针梁（6）前后端的两个针梁底座（15）滑动连接。
10.根据权利要求1所述的一种全圆针梁衬砌台车的施工方法，其特征在于，包括如下工序：
A、先移动台车到隧道需要位置并立模；
B、隧道底部混凝土施工：
B1启动环轨小车驱动机构，环轨小车运动并带动两侧滑动模板沿环向导轨向左右两侧移动，空出隧道底部；
B2 通过布料机构向隧道底部浇筑混凝土，并按规范要求振捣混凝土；
B3 当混凝土浇筑到隧道底部内顶面后，启动环轨小车驱动机构，环轨小车运动并带动滑动模板沿环向导轨向中间移动，封闭隧道仰拱底部并刮除多余混凝土；
B4 通过布料机构向滑动模板外侧浇筑混凝土，并按规范要求振捣混凝土；
B5 当混凝土充满滑动模板下方后，启动环轨小车驱动机构，环轨小车带动两侧滑动模板沿环向导轨向左右两侧移动，继续通过布料机构向滑动模板外侧浇筑混凝土，并按规范要求振捣混凝土，如此反复直到滑动模板与边梁相接；
B6 通过布料机构从边模工作窗浇筑混凝土并按规范要求振捣混凝土完成整个底部混凝土浇筑；
两侧及顶部混凝土浇筑：
C1 在底部混凝土初凝后通过侧模工作窗浇筑隧道两侧混凝土；
C2 通过顶模工作窗及注浆口浇筑隧道顶部混凝土并完成混凝土浇筑；
D 当顶部混凝土达到脱模要求后，操作台车进行拆模；
重复以上步骤，进行隧道混凝土衬砌施工。
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