CN116892401A - 基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构及其施工方法。目前通过销钉方式固定槽道存在混凝土浇筑与振捣导致槽道倾斜或局部移位的问题。本发明包括上套筒、下套筒、传力杆、工型槽口卡位器和槽道；下套筒位于上套筒内并能在上套筒内滑动，滑动范围由卡耳限定；传力杆位于下套筒内，下套筒的底板上对应传力杆的位置设置有下套筒T型槽口，工型槽口卡位器顶部位于下套筒的底部并卡在下套筒T型槽口内，槽道连接到工型槽口卡位器的底部。本发明整体位于衬砌结构内部，槽道与模板表面的接触压力由高性能弹簧的压缩实现，能保证槽道与模板表面紧密贴合，实现混凝土振捣过程中钢筋笼出现位移时滑动套筒与下方滑槽的相对稳定，实现槽道高精度预埋。

Description

基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构及其施工方法。

背景技术

目前对衬砌结构预埋滑槽的固定广泛采用基于模板设置销钉的方式进行，一般会将槽道通过销钉方式固定在二衬模板上，但在混凝土浇筑与振捣过程中，经常会导致槽道倾斜或局部移位，甚至离开模板表面而被混凝土掩埋，当衬砌脱模后，槽道预埋位置难以满足设备悬挂要求，后期可能需要设置外挂槽道或后置锚栓处理。无论是从投资控制、工期保障，还是衬砌质量控制等各个方面，都无法满足实际工程需要。

预埋滑槽可以最大程度确保设备的安装效率与衬砌结构质量，近年来已在地下工程、民建工程等领域得到了较为广泛的应用，但由于滑槽预埋不到位而引起的一系列问题已经引起了业界的广泛关注。因此，亟需研发既能确保槽道预埋精度、又能满足现场快速、简单的滑槽固定工艺的新结构和新措施，以克服现有预埋方式存在的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构及其施工方法，以解决目前通过销钉方式固定槽道存在的混凝土浇筑与振捣导致槽道倾斜或局部移位的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构，所述结构预埋于衬砌内，包括上套筒、下套筒、传力杆、工型槽口卡位器和槽道；

所述上套筒具有顶板和筒壁，所述下套筒具有底板和筒壁，所述下套筒位于所述上套筒内并能在上套筒内滑动，滑动范围由卡耳限定；

所述传力杆位于所述下套筒内并竖向设置，所述下套筒的底板上对应所述传力杆的位置设置有下套筒T型槽口，所述工型槽口卡位器的顶部位于所述下套筒的底部并卡在所述下套筒T型槽口内，所述槽道连接到所述工型槽口卡位器的底部。

进一步地，所述上套筒的顶板顶面通过套环支筋连接有套环，所述衬砌内的分布筋插入所述套环。

进一步地，所述上套筒的内壁下部设置有上下两层所述卡耳，为内卡耳；

所述下套筒的外壁上部设置有上下两层所述卡耳，为外卡耳；

所述外卡耳位于所述内卡耳上方，下层的所述外卡耳在上下两层所述内卡耳之间上下移动，令所述下套筒在所述上套筒内上下移动。

进一步地，所述传力杆的顶部与所述上套筒的顶板之间设置有弹簧。

进一步地，所述传力杆的底部设置有传力杆安装槽，所述工型槽口卡位器的顶部位于所述下套筒内并位于所述传力杆安装槽内；

所述下套筒T型槽口由所述下套筒底部设置的下套筒一字型槽口与所述传力杆安装槽组成。

进一步地，所述工型槽口卡位器包括卡板、连杆和钳口型槽体；

所述卡板位于所述传力杆安装槽内，所述连杆和所述钳口型槽体位于所述下套筒的底部。

进一步地，所述连杆设置有外螺纹并外套有六角螺母。

进一步地，所述传力杆安装槽的宽度大于所述卡板的长度；

所述卡板的长度大于所述下套筒一字型槽口的宽度；

所述连杆的直径小于所述下套筒一字型槽口的宽度。

进一步地，所述槽道的顶部设置有T形的锚腿，所述锚腿位于所述钳口型槽体内。

另一方面，提供如所述的基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构的施工方法，所述方法包括：

利用钢板焊接具有内卡耳的上套筒和具有外卡耳的下套筒，上套筒一侧敞开；

将弹簧固定于传力杆的顶部，将弹簧压缩后与传力杆一并放置于下套筒内，然后将下套筒从上套筒一侧敞开部分插接组成滑动套筒，封闭上套筒；

在分布筋外固定套环，并通过套环支筋将套环焊接到滑动套筒顶部；

将工型槽口卡位器的卡板插入下套筒从并旋转90°，通过旋拧连杆上的六角螺母固定；

将槽道顶部的锚腿插入工型槽口卡位器的钳口型槽体；

架设模板，槽道受到模板的径向推力后导致滑动套筒内的弹簧被压缩，弹簧反力确保槽道与模板表面紧密贴合，随后灌注砼，将基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构全部预埋到衬砌内。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明提出的一种基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构，整体预埋于衬砌结构内部，滑槽无需在二衬模板上打孔通过销钉固定，槽道与模板表面的接触压力由弹簧压缩反力提供、完全能保证槽道与衬砌结构内表面之间不存在砂浆渗漏的情况，实现混凝土振捣过程中钢筋笼出现位移情况下滑动套筒与下方滑槽的相对稳定，进而实现滑槽的高精度预埋，有效避免槽道倾斜或局部移位。

另外，本发明提出的一种基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构，径向被有效压紧，纵向能沿衬砌钢筋自由滑动。通过上部套环与衬砌结构分布筋连接，实现套环沿分布筋纵向自由滑动；通过下部工型槽口卡位器与槽道锚腿的限位连接，实现槽道与下套筒的固定连接；通过内外卡耳与高性能压缩弹簧、传力杆的组合效应，实现上下套筒之间的压缩滑动，进而实现下方槽道沿衬砌结构径向的压缩。自然状态下，内部高性能压缩弹簧呈一定压缩状态，使得上下套筒处于最大拉伸状态，此时整个装置的最大高度比分布筋至衬砌结构浇筑用模板的距离长约2～3cm，确保模板安装到位后内部高性能压缩弹簧继续压缩，实现下方预埋槽道与模板之间的紧密接触。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1是本发明的结构图。

图2是上套筒与分布筋连接的俯视图。

图3是下套筒一字型槽口的仰视图的。

图4是工型槽口卡位器的结构图。

图5是本发明在预埋于衬砌结构的示意图。

图中标识为：

1-上套筒，2-下套筒，3-内卡耳，4-外卡耳，5-弹簧，6-传力杆，7-分布筋，8-套环，9-套环支筋，10-焊接线，11-下套筒一字型槽口，12-工型槽口卡位器，13-槽道，14-锚腿，15-六角螺母，16-垫片；

61-传力杆安装槽；

121-卡板，122-连杆，123-钳口型槽体。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“纵向”、“横向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设置”等应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

具体实施方式中，将图1中分布筋的方向定义为隧道(或结构)纵向，与其垂直的方向定义为横向。其他附图的纵横方向与图1相统一。

本发明提供了一种基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构，用于隧道工程中电缆、管线、疏散平台、接触网等设备的安装。如图5，所述结构的全部构件均预埋于衬砌内，底部与衬砌表面齐平。

如图1，所述结构包括滑动套筒，滑动套筒顶部连接到衬砌内的分布筋7，滑动套筒内设置有弹簧5和传力杆6，滑动套筒底部连接工型槽口卡位器12和槽道13。

滑动套筒包括上套筒1和下套筒2。上套筒1具有顶板和筒壁，下套筒2具有底板和筒壁，均为矩形套筒，下套筒2位于上套筒1内并可沿上套筒1上下移动，移动范围通过卡耳限定。上套筒1的内壁下部设置有上下两层卡耳，为内卡耳3。下套筒2的外壁上部设置有上下两层卡耳，为外卡耳4。外卡耳4位于内卡耳3上方，下层的外卡耳4在上下两层内卡耳3之间上下移动，令下套筒2在上套筒1内上下移动。内卡耳3与外卡耳4尺寸基本相当，上下四层卡耳限制了上下两个套筒之间的相对活动范围，相对竖向滑动的最大距离就是上下两层内卡耳3之间的距离，滑动套筒竖向长度的变化距离也与此一致。下套筒2宽度与外卡耳4宽度之和略小于上套筒1净宽(差值一般按2～3mm控制)，确保既能满足上下套筒之间的竖向自由活动，又能保证两个套筒在水平方向的有效咬合。内外卡耳之间的相对滑动距离约为上套筒1高度的1/3～1/2。内卡耳3与外卡耳4只在套筒左右两侧壁上设置。滑动套筒、内外卡耳等厚度均不小于5mm。

如图2，上套筒1的顶板顶面通过套环支筋9连接有套环8，衬砌结构钢筋也就是衬砌内的分布筋7被套环8包裹。套环8包括两个半圆管，夹持在分布筋7的外侧，焊接为一体。套环8的内径略大于分布筋7的外径，令套环8可在分布筋7上滑动。每个套环8两侧各可设置两根套环支筋9，套环支筋9两端分别与套环8与上套筒1焊接牢固，套环支筋9轴向与上套筒1顶面水平夹角在60°左右。套环8壁厚可按6-8mm、内径可按比分布筋7大1-2cm考虑。套环8两侧焊接的套环支筋9，应确保均焊接在成环后套环8的腰部，套环支筋9直径应按不小于隧道衬砌受力主筋，一般可按25cm考虑。

传力杆6呈工字形，位于下套筒2内并竖向设置，传力杆6的顶部与上套筒1的顶板之间设置有弹簧5，弹簧5处于被压缩的状态，采用高性能弹簧。滑动套筒的竖向长度可以变化，在该过程中，由于弹簧5的设置，使得上套筒1和下套筒2分别持续受到向上和向下的压力。自然状态下，弹簧5长度和传力杆6高度之和应大于滑动套筒内部最大竖向净空高度至少2cm，弹簧5被组装到滑动套筒内后可以给传力杆6一定压力，确保初始状态弹簧5被有效压缩且对应滑动套筒的最大高度。

在上下套筒卡耳与内置弹簧的双重作用下，上下套筒可沿竖向进行一定压缩，给下方预埋滑槽施加一定的弹簧压力，确保槽道13与衬砌结构混凝土浇筑用模板之间紧密接触。

如图4，工型槽口卡位器12包括卡板121、连杆122和钳口型槽体123。卡板121水平设置并位于下套筒2内，连杆122竖向设置，钳口型槽体123开口向下。下套筒2的底板上对应传力杆6的位置设置有下套筒T型槽口，如图3，下套筒T型槽口的横断面为T型槽型式，传力杆6的底部设置有传力杆安装槽61，下套筒2的底面设置有下套筒一字型槽口11，传力杆安装槽61和下套筒一字型槽口11组成下套筒T型槽口。卡板121长边方向沿下套筒一字型槽口11塞入下套筒T型槽口，随后旋转90°，沿下套筒T型槽口纵向滑动至所需位置，连杆122设置有外螺纹并外套有六角螺母15，根据需要，可以为六角螺母15适配垫片16，通过六角螺母15的拧紧将工型槽口卡位器12固定于下套筒2底部。传力杆安装槽61的宽度大于卡板121的长度(旋转前的纵向长度)，连杆122的直径小于下套筒一字型槽口11的宽度，卡板121可悬挂在下套筒2的底部。

如图1，槽道13的顶部设置有T形的锚腿14，纵向尺寸一般在1-2cm，锚腿14位于钳口型槽体123内，实现对槽道13的有效夹持。设置两根或多根槽道13时，通过扁钢连接形成一组槽道。

上下套筒、内外卡耳、传力杆6、工型槽口卡位器12、套环8等均可采用Q235或Q345钢材。

上述基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构的施工方法，具体包括以下步骤：

S1：利用钢板焊接具有内卡耳3的上套筒1和具有外卡耳4的下套筒2，上套筒1一侧敞开，具体为：

根据所需固定槽道13长度与质量，预估最大荷载，据此进行上下套筒方案设计(壁厚可按5mm考虑，长宽高可按5cm、5cm与10cm考虑)，随后根据“F型卡耳”套筒构造特点，用五块钢板焊接组成顶部开口的下套筒2，随后在顶部及中部位置、套筒两外侧分别焊接外卡耳4，外卡耳4仅在下套筒2左右两侧侧壁上设置。用四块钢板焊接组成一侧与底部均开口的上套筒2，随后在底部及中部位置、套筒两内侧分别焊接内卡耳3，内卡耳3仅在上套筒1左右两侧侧壁上设置。

S2：将弹簧5固定于传力杆6的顶部，将弹簧5压缩后与传力杆6一并放置于下套筒2内，然后将上套筒1和下套筒2插接组成滑动套筒，将上套筒1一侧敞开部分用钢板封闭，具体为：

S201：在上套筒1顶板底面中央位置提前预留圆形凹槽，给弹簧5固定预留条件。下套筒2底部进行一字开口处理(带封条)，传力杆6底部相应位置开槽处理，共同形成下套筒T型槽口。。

S202：将弹簧5固定于传力杆6顶部，随后将弹簧5进行一定压缩后(≥2cm)，将弹簧5与传力杆6一并放置于套筒内部中间位置，自然状态下，弹簧5压缩量约为最大压缩量的1/5左右，确保内外卡耳的有效接触。

S203：将上套筒1和下套筒2插接组成滑动套筒，将上套筒1一侧开口部位用钢板进行焊接封堵，完成压缩套筒的制作。

S3：在分布筋7外固定套环8，并通过套环支筋9将套环8焊接到滑动套筒顶部，具体为：

S301：根据槽道13预埋位置，利用两个半圆套筒把相应位置的分布筋7套住，随后对两个半圆套筒组成的套环8上下两条接缝进行焊接。

S302：把已经安装到位的滑动套筒顶部与套环8两侧，通过四根套环支筋9焊接牢固，套环支筋9须焊接于套环8两侧腰部，焊接点必须均匀分布于上套筒1顶部中间位置，套环8可在分布筋(7)上自由滑动。

S4：将工型槽口卡位器12的卡板121插入下套筒一字型槽口11并旋转90°，通过旋拧连杆122外的六角螺母15进行固定，具体为：

将带六角螺母15的工型槽口卡位器12顶端，即卡板121，沿下套筒一字型槽口11方向插入，随后旋转90°，利用T型槽口内大外小的构造特点，可将卡板121固定，随后移动至特定位置后利用下方六角螺母15，将工型槽口卡位器12固定，最后将其余下套筒一字型槽口11部位用封条密封处理。

S5：将槽道13顶部的锚腿14插入工型槽口卡位器12的钳口型槽体123，可根据情况必要时用扎丝绑扎固定。

每根槽道13至少通过2根锚腿14分别与滑动套筒连接，在隧道纵向上，可根据需要将两根或多根槽道13之间通过钢条焊接位一个槽道组，确保衬砌结构浇筑期间，相邻槽道13之间不存在相对位移。

S6：根据衬砌结构砼浇筑需要，架设模板，将槽道适当沿隧道径向压缩，压缩位移一般不小于2cm，滑动套筒底部槽道13与模板表面紧密贴合，在混凝土浇筑、振捣过程中，可满足套筒下方槽道13与混凝土浇筑用模板之间紧密压实的需要，将基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构全部预埋到衬砌内。

本发明基于“径向有效压紧、纵向自由滑动”的理念，通过套环8、上下套筒与工型槽口卡位器12，将上部衬砌钢筋与下部预埋滑槽13进行有效连接。上下套筒内部设置卡耳、压缩弹簧与工字型传力杆，可沿套筒内部进行自由滑动，将下方槽道通过工型槽口卡位器连接后，自然状态下确保槽道底部超出衬砌内表面不小于2cm，通过混凝土浇筑模板与套筒内部压缩弹簧，将槽道13紧压在模板表面。同时，由于套环8内径比衬砌分布钢筋直径略大，因此整个体系可沿着衬砌分布钢筋方向适当滑动，可确保衬砌模注过程中钢筋笼与槽道之间出现相对位移情况下，前后一组预埋滑槽位置基本不受影响，实现滑槽在衬砌浇筑阶段的高精度预埋。

另外，本发明可满足前后固定的两组或多组滑槽在隧道纵向适当移动的实际需要(主要是考虑到混凝土振捣可能引起的位移)，而且避免了常规槽道固定所需的模板开孔，一举多得。

本发明对现有基于模板表面设置销钉固定滑槽的方法有本质提升，提升衬砌结构预埋滑槽与设备设施安装的安全性与可靠性，具有较高的经济效益和社会效益。同时工艺简单、施工简便，为确保实现衬砌结构滑槽的高精度预埋提供了全新的思路，在城市轨道交通、铁路、公路、民建等工程中有广泛的应用前景。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构，其特征在于：

所述结构预埋于衬砌内，包括上套筒(1)、下套筒(2)、传力杆(6)、工型槽口卡位器(12)和槽道(13)；

所述上套筒(1)具有顶板和筒壁，所述下套筒(2)具有底板和筒壁，所述下套筒(2)位于所述上套筒(1)内并能在上套筒(1)内滑动，滑动范围由卡耳限定；

所述传力杆(6)位于所述下套筒(2)内并竖向设置，所述下套筒(2)的底板上对应所述传力杆(6)的位置设置有下套筒T型槽口，所述工型槽口卡位器(12)的顶部位于所述下套筒(2)的底部并卡在所述下套筒T型槽口内，所述槽道(13)连接到所述工型槽口卡位器(12)的底部。

2.根据权利要求1所述的基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构，其特征在于：

所述上套筒(1)的顶板顶面通过套环支筋(9)连接有套环(8)，所述衬砌内的分布筋(7)插入所述套环(8)。

3.根据权利要求2所述的基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构，其特征在于：

所述上套筒(1)的内壁下部设置有上下两层所述卡耳，为内卡耳(3)；

所述下套筒(2)的外壁上部设置有上下两层所述卡耳，为外卡耳(4)；

所述外卡耳(4)位于所述内卡耳(3)上方，下层的所述外卡耳(4)在上下两层所述内卡耳(3)之间上下移动，令所述下套筒(2)在所述上套筒(1)内上下移动。

4.根据权利要求3所述的基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构，其特征在于：

所述传力杆(6)的顶部与所述上套筒(1)的顶板之间设置有弹簧(5)。

5.根据权利要求4所述的基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构，其特征在于：

所述传力杆(6)的底部设置有传力杆安装槽(61)，所述工型槽口卡位器(12)的顶部位于所述下套筒(2)内并位于所述传力杆安装槽(61)内；

所述下套筒T型槽口由所述下套筒(2)底部设置的下套筒一字型槽口(11)与所述传力杆安装槽(61)组成。

6.根据权利要求5所述的基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构，其特征在于：

所述工型槽口卡位器(12)包括卡板(121)、连杆(122)和钳口型槽体(123)；

所述卡板(121)位于所述传力杆安装槽(61)内，所述连杆(122)和所述钳口型槽体(123)位于所述下套筒(2)的底部。

7.根据权利要求6所述的基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构，其特征在于：

所述连杆(122)设置有外螺纹并外套有六角螺母(15)。

8.根据权利要求7所述的基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构，其特征在于：

所述传力杆安装槽(61)的宽度大于所述卡板(121)的长度；

所述卡板(121)的长度大于所述下套筒一字型槽口(11)的宽度；

所述连杆(122)的直径小于所述下套筒一字型槽口(11)的宽度。

9.根据权利要求8所述的基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构，其特征在于：

所述槽道(13)的顶部设置有T形的锚腿(14)，所述锚腿(14)位于所述钳口型槽体(123)内。

10.如权利要求9所述的基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构的施工方法，其特征在于：

所述方法包括：

利用钢板焊接具有内卡耳(3)的上套筒(1)和具有外卡耳(4)的下套筒(2)，上套筒(1)一侧敞开；

将弹簧(5)固定于传力杆(6)的顶部，将弹簧(5)压缩后与传力杆(6)一并放置于下套筒(2)内，然后将下套筒(2)从上套筒(1)一侧敞开部分插接组成滑动套筒，封闭上套筒(1)；

在分布筋(7)外固定套环(8)，并通过套环支筋(9)将套环(8)焊接到滑动套筒顶部；

将工型槽口卡位器(12)的卡板(121)插入下套筒(2)从并旋转90°，通过旋拧连杆(122)上的六角螺母(15)固定；

将槽道(13)顶部的锚腿(14)插入工型槽口卡位器(12)的钳口型槽体(123)；

架设模板，槽道(13)受到模板的径向推力后导致滑动套筒内的弹簧(5)被压缩，弹簧(5)反力确保槽道(13)与模板表面紧密贴合，随后灌注砼，将基于滑动套筒的衬砌预埋滑槽结构全部预埋到衬砌内。