专利名称：一种洞室顶拱模喷混凝土施工结构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于建筑工程混凝土施工技术领域，尤其涉及水利水电工程混凝土施 工技术领域，特别涉及一种洞室顶拱模喷混凝土施工结构。
背景技术：
混凝土施工在建筑工程中经常应用。常规的混凝土施工经混合、振捣可实现混凝 土浇筑。水利水电工程地下洞室的顶拱永久结构传统方式为混凝土衬砌，采用传统顶拱混 凝土衬砌优点是施工技术成熟，缺点是将使用大量的管材搭设承重脚手架、配套的混凝土 拌和系统、混凝土罐车、混凝土输送泵和混凝土施工人员，而在顶拱混凝土衬砌完成后这部 分材料、机械设备和施工人员又会因后续工作面不具备施工条件而闲置，增加施工成本；并 且顶拱混凝土衬砌施工工期长。改进和创新洞室顶拱混凝土施工是目前水利水电工程施工 中重要的技术问题。
实用新型内容本实用新型根据现有技术的不足公开了一种洞室顶拱模喷混凝土施工结构，本实 用新型采用模板悬挂技术解决了现有洞室顶拱混凝土施工工期长、施工成本高、安全及质 量急需提高的问题。本实用新型通过以下技术方案实现洞室顶拱模喷混凝土施工结构，包括锚杆、钢结构、混凝土和模板，其中锚杆固定 在基岩内，钢结构通过锚杆固定，可拆卸模板悬挂固定并与基岩构成洞室顶拱浇筑空间，混 凝土通过模喷位于浇筑空间内。进一步所述可拆卸模板悬挂固定结构是在钢结构上外表面有绑扎的混凝土保护 层垫块，横向围拎钢管有按照设计半径尺寸加工弯曲成的洞室顶拱曲率，铅丝与钢结构绑 扎固定纵向围拎钢管于最外层，纵向围拎钢管支撑横向围拎钢管将模板固定在混凝土保护 层垫块和横向围拎钢管之间。更进一步所述钢结构包括内层钢筋网、L形连接筋、工字钢和外层钢筋网；所述内 层钢筋网焊接固定在锚杆上靠近基岩表面，内层钢筋网全覆盖基岩；所述L形连接筋的一 边焊接固定在锚杆上，一边与工字钢焊接固定，工字钢在洞室纵向间隔布置；所述外层钢筋 网通过工字钢焊接固定，位于工字钢外侧，全覆盖基岩。所述可拆卸模板绑扎固定在钢结构的外层钢筋网上。所述内层钢筋网和外层钢筋网的纵向和横向钢筋间距是20X20cm。所述模板长1. 5m,宽不大于lm。具体施工步骤是A、基岩面处理，开挖后进行岩石面欠挖处理及松动岩块的清除；B、锚杆施工，搭设施工平台，进行锚杆钻孔和灌注；C、内层钢筋网安装，通过锚杆焊接内层钢筋网的架力钢筋，然后将内层钢筋按照
3设计间排距20 X 20cm进行绑扎安装；D、工字钢安装，将L形连接筋的一边焊接固定在锚杆上，另一边焊接固定工字钢；C、外层钢筋网安装，按照设计排距20cm将水平钢筋焊接在工字钢的外侧面上，再 将纵向钢筋按照设计间距20cm绑扎在水平钢筋上构成外层钢筋网；D、模板安装，在外层钢筋网上绑扎混凝土保护层垫块，垫块按照长每块模板1. 5m 长范围内绑扎2块，排距为75cm，垫块绑扎好后进行模板安装，模板安装高度不大于1. 0米， 随模喷混凝土的上升增加高度，在混凝土喷到顶部之前将顶拱模板封闭，模板的横向围拎 钢管按照设计半径尺寸加工弯曲成形，利用铅丝与外层钢筋网绑扎固定纵向围拎钢管支撑 横向围拎钢管将模板固定；E、喷混凝土，自下而上进行混凝土喷射，喷头离受喷面的距离不超过1.0米，喷射 到顶部时，从侧面进行喷射，并在封闭模板时采取顶部分段退步封闭进行封闭喷射，3米长 一段分成两段进行封闭，同时在顶部位置加设振捣棒，以防止在顶部时受空间的限制喷设 骨料集中形成托空；F、混凝土凝结硬化后拆除模板。在A步骤中欠挖的处理保证建筑结构尺寸达到设计要求，保障结构的稳定。在B步骤中开挖后进行锚杆施工，在岩体中增加筋骨，增强了锚固区围岩的强度。在C步骤中内层钢筋网使混凝土结构在受力变形时增加里层受拉区的强度。在D步骤中工字钢的强度高，与锚杆连接成一体后通过混凝土的包裹，增强了混 凝土的强度。在E步骤中外层钢筋网与工字连接成一体，增强混凝土强度。在F步骤中混凝土保护层垫块保证钢筋在混凝土中的包裹厚度，使模喷混凝土结 构不侵占设计断面，并减少喷设混凝土的回弹损失。在G步骤中喷射到顶拱时，受顶拱空间的限制，喷射混凝土的方向由原来的垂直 模板长度方向改为与模板平行，喷射角度改变了 90°，顶拱部位的空间高度也只有40cm， 这样喷射角度改变后的喷射距离达到2. 5 3m，喷射距离过大；影响顶拱部位喷射混凝土 的质量；为此在顶拱部位的模板封闭时，先只安装一块模板1. 5m长度模板顶拱的封闭，在 该部分顶拱喷射混凝土完成后再进行另一半的顶拱模板的封闭，最后将顶拱混凝土喷射完 成，这样顶拱3m宽的混凝土采用分两段退步施工，解决因顶拱部位空间受限，喷射距离过 大的问题，为弥补平行模板长度方向喷射混凝土时工字钢对混凝土的阻饶，喷射时同时在 顶部位置加设振捣棒，以防止在顶部时受工字钢的阻饶喷设骨料回弹集中形成托空。通过 喷射机械，利用压缩空气，将混凝土拌合料，通过管道高速喷射到已架设好模板内，并与模 板内固定好的钢筋网、工字钢凝结硬化成钢筋混凝土结构。混凝土凝结硬化后拆除模板与传统的顶拱混凝土衬砌相比本实用新型具有的优点是1、使用本实用新型结构工期短，开挖后出露的岩石面得到及时有效的封闭，保障 结构的稳定；2、减少了顶拱混凝土衬砌所必须的承重排架的搭设，和承重混凝土浇筑及等强时 间，节约了工期；3、减少了混凝土拌和系统，延缓了混凝土输送泵和施工人员的进场时间，降低了
4经营成本；4、模喷混凝土模板随混凝土上升而加高，操作上更加简便；5、在模喷混凝土施工过程中振捣设备的应用，使得喷射混凝土的施工质量更加得 到保障，尤其是在顶拱部位衬砌混凝土施工最为薄弱的地方，模喷混凝土通过模板关闭的 可操作性，使得顶拱模喷混凝土在操作上更加方便，质量有保障。综上所述，本实用新型公开了一种洞室顶拱模喷混凝土施工结构和施工工艺，采 用本实用新型进行施工不需混凝土输送泵、不需搭设满堂承重脚手架、只需少量施工人员 和喷射设备，大量节约施工材料，且施工工期短，能代替顶拱衬砌混凝土成为地下洞室永久 结构的模喷混凝土，顶拱模喷混凝土在操作上更加方便，质量有保障。
以下结合
和具体实施例对本实用新型进一步说明图1是本实用新型洞室顶拱模喷混凝土结构示意图；图2是本实用新型洞室顶拱各构件组合结构示意图；图3是本实用新型各构件组合结构放大示意图。图中，1是基岩面，2是锚杆，3是内层钢筋网，4是工字钢，5是外层钢筋网，6是模 板，8是L形连接筋，9是混凝土保护层垫块，10是模板悬挂铅丝，11是纵向围拎钢管，15是 底模承重架，17是横向围拎钢管。
具体实施方式
结合图1至图3。图1是本实用新型洞室顶拱模喷混凝土结构示意图。图中示意了洞室顶拱锚杆2 和钢结构，本实用新型采用模板悬挂技术，在混凝土施工过程中钢结构和模板悬挂结构的 重量利用锚杆2支撑，锚杆2的数量及钻孔深度根据现场设计需要，这是常规力学计算设 计，无论多少锚杆2及如何固定都属于本实用新型保护的范围。钢结构是混凝土浇筑必须 的结构特征，混凝土结构中的钢结构是加强整体混凝土结构的韧性，增加抗拉力，无论采用 什么混凝土钢结构都属于本实用新型保护的范围。图2是本例洞室顶拱各构件组合结构示意图，图3是本例各构件组合结构放大示 意图。由基岩面1开始顺序向洞内方向依次是内层钢筋网3、工字钢4、外层钢筋网5、混凝 土保护层垫块9、模板6、横向围拎钢管17、纵向围拎钢管11 ；其中锚杆2固定在基岩面1内， L形连接筋8 —边与锚杆2焊接固定、一边与工字钢4焊接固定。具体结构包括锚杆2、钢结构、混凝土和模板6，锚杆2固定在基岩1内，钢结构通 过锚杆2固定，可拆卸模板6悬挂在钢结构上与基岩1构成洞室顶拱浇筑空间，混凝土通过 模喷位于浇筑空间内。在钢结构上外表面有绑扎的混凝土保护层垫块9，横向围拎钢管17有按照设计半 径尺寸加工弯曲成的洞室顶拱曲率，铅丝10与钢结构绑扎固定纵向围拎钢管11于最外层， 纵向围拎钢管11支撑横向围拎钢管17将模板6固定在混凝土保护层垫块9和横向围拎钢 管17之间。钢结构包括内层钢筋网3、L形连接筋8、工字钢4和外层钢筋网5 ；内层钢筋网3
5焊接固定在锚杆上靠近基岩表面，内层钢筋网3全覆盖基岩；L形连接筋8的一边焊接固定 在锚杆上，一边与工字钢4焊接固定，工字钢4在洞室纵向间隔布置；外层钢筋网5通过工 字钢4焊接固定，位于工字钢4外侧，全覆盖基岩。混凝土保护层垫块9和纵向围拎钢管11绑扎固定在钢结构的外层钢筋网5上。内 层钢筋网3和外层钢筋网5的纵向和横向钢筋间距是20X 20cm。模板6长1. 5m,宽不大于 Im0采用本例具体结构通过以下步骤进行施工A、基岩面处理，开挖后进行岩石面1欠挖处理及松动岩块的清除；欠挖的处理保 证建筑结构尺寸达到设计要求，保障结构的稳定。B、锚杆施工，搭设施工平台13，进行锚杆2钻孔和灌注；开挖后进行锚杆施工，在 岩体中增加筋骨，增强了锚固区围岩的强度；C、内层钢筋网安装，通过锚杆2焊接内层钢筋网的架力钢筋，然后将内层钢筋按 照设计间排距20X 20cm进行绑扎安装。内层钢筋网使混凝土结构在受力变形时增加里层 受拉区的强度；D、工字钢安装，将L形连接筋8的一边焊接固定在锚杆2上，另一边焊接固定工字 钢4 ；工字钢的强度高，与锚杆连接成一体后通过混凝土的包裹，增强了混凝土的强度；E、外层钢筋网安装按照设计排距20cm将水平钢筋焊接在工字钢4的外侧面上， 再将纵向钢筋按照设计间距20cm绑扎在水平钢筋上；外层钢筋网与工字连接成一体，增强 混凝土强度。F、模板安装，在外层钢筋网5上绑扎混凝土保护层垫块9，垫块9按照长每块模板 1. 5m长范围内绑扎2块，排距为75cm，垫块9绑扎好后进行模板6安装，模板6安装高度不 大于1. 0米，随模喷混凝土 7的上升增加高度，在混凝土 7喷到顶部之前将顶拱模板6封闭， 模板6的横向围拎钢管17按照设计半径尺寸加工弯曲成形，横向围拎钢管17支撑模板6， 利用铅丝10与外层钢筋网5绑扎固定纵向围拎钢管11支撑横向围拎钢管17将模板6固 定；通过混凝土保护层垫块9安装保证钢筋在混凝土内的包裹厚度，使模板混凝土结构不 侵占设计断面，并减少喷设混凝土的回弹损失。G、喷混凝土，自下而上进行混凝土喷射，喷头12离受喷面的距离不超过1. 0米，喷 射到顶部时，从侧面进行喷射，并在封闭模板6时采取顶部分段退步封闭法进行封闭喷射； 混凝土为3米宽，在喷射到顶拱前采用两块长1. 5m的模板6 —次拼装安装形成，喷射到顶 拱时，受顶拱空间的限制，喷射混凝土的方向由原来的垂直模板6长度方向改为与模板平 行，喷射角度改变了 90°，顶拱部位的空间高度也只有40cm，这样喷射角度改变后的喷射 距离达到2. 5 3m，喷射距离过大；影响顶拱部位喷射混凝土的质量；为此在顶拱部位的模 板6封闭时，先只安装一块1. 5m长的模板6封闭顶拱，在该部分顶拱喷射混凝土完成后再 进行另一半的顶拱模板的封闭，最后将顶拱混凝土喷射完成，这样顶拱3m宽的混凝土采用 分两段退步施工，解决因顶拱部位空间受限，喷射距离过大的问题，为弥补平行模板长度方 向喷射混凝土时工字钢对混凝土的阻饶，喷射时同时在顶部位置加设振捣棒，以防止在顶 部时受工字钢的阻饶喷设骨料回弹集中形成托空。通过喷射机械，利用压缩空气，将混凝土 拌合料，通过管道高速喷射到已架设好模板内，并与模板内固定好的钢筋网、工字钢凝结硬 化成钢筋混凝土结构。
6[0055]模喷混凝土 通过架设模板形成设计结构，借助喷射机械，利用压缩空气，将混凝 土拌合料，通过管道高速喷射到已架设好模板内，并与模板内固定好的钢筋网、工字钢凝结 硬化成钢筋混凝土结构。混凝土凝结硬化后拆除模板。工程例某电站调压室长133m，宽13m，最大高度84. 711m。岩石为III2 IV类围岩，顶拱 设计采用衬砌钢筋混凝土 1. 5m厚。按照原来设计的衬砌混凝土施工，需用80T架管搭设满 堂承重脚手架、混凝土罐车3辆，混凝土泵1台，HZS60拌和站一套，混凝土施工人员60人， 工期4. 5个月。后来顶拱采用“锚杆+钢筋网+工字钢+40cmC20模喷混凝土”进行施工， 工期缩短为30天，施工人员20人。减少了衬砌混凝土和双层钢筋的工程量，减少拌和系统 等设备。节约成本88. 5万元，节约工期105天，可增加发电产值3727万元。
权利要求一种洞室顶拱模喷混凝土施工结构，包括锚杆、钢结构、混凝土和模板，其特征在于锚杆固定在基岩内，钢结构通过锚杆固定，可拆卸模板悬挂固定并与基岩构成洞室顶拱浇筑空间，混凝土通过模喷位于浇筑空间内。
2.根据权利要求1所述的洞室顶拱模喷混凝土施工结构，其特征在于所述可拆卸模板 悬挂固定结构是在钢结构上外表面有绑扎的混凝土保护层垫块(9)，横向围拎钢管(17) 有按照设计半径尺寸加工弯曲成的洞室顶拱曲率，铅丝(10)与钢结构绑扎固定纵向围拎 钢管(11)于最外层，纵向围拎钢管(11)支撑横向围拎钢管(17)将模板(6)固定在混凝土 保护层垫块(9)和横向围拎钢管(17)之间。
3.根据权利要求1或2所述的洞室顶拱模喷混凝土施工结构，其特征在于所述钢结 构包括内层钢筋网(3)、L形连接筋(8)、工字钢(4)和外层钢筋网(5)；所述内层钢筋网(3)焊接固定在锚杆上靠近基岩表面，内层钢筋网(3)全覆盖基岩；所述L形连接筋(8)的一边焊接固定在锚杆上，一边与工字钢(4)焊接固定，工字钢 (4)在洞室纵向间隔布置；所述外层钢筋网(5)通过工字钢(4)焊接固定，位于工字钢(4)外侧，全覆盖基岩。
4.根据权利要求3所述的洞室顶拱模喷混凝土施工结构，其特征在于所述可拆卸模 板绑扎固定在钢结构的外层钢筋网(5)上。
5.根据权利要求3所述的洞室顶拱模喷混凝土施工结构，其特征在于所述内层钢筋 网(3)和外层钢筋网(5)的纵向和横向钢筋间距是20X20cm。
6.根据权利要求3所述的洞室顶拱模喷混凝土施工结构，其特征在于所述模板(6) 长1. 5m,宽不大于Im0
专利摘要本实用新型公开了一种洞室顶拱模喷混凝土施工结构，包括锚杆、钢结构、混凝土和模板，其中锚杆固定在基岩内，钢结构通过锚杆固定，可拆卸模板悬挂固定并与基岩构成洞室顶拱浇筑空间，混凝土通过模喷位于浇筑空间内。采用本实用新型进行施工不需混凝土输送泵、不需搭设满堂承重脚手架、只需少量施工人员和喷射设备，大量节约施工材料，且施工工期短，能代替顶拱衬砌混凝土成为地下洞室永久结构的模喷混凝土，顶拱模喷混凝土在操作上更加方便，质量有保障。
文档编号E21D11/15GK201738935SQ20102051555
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者伍有刚, 张登柱, 王先平, 罗宁, 陈建国 申请人:中国水利水电第七工程局有限公司