一种隧道砼衬砌施工辅助设备及施工工艺的制作方法

本发明涉及隧道建造技术领域，特别涉及一种隧道砼衬砌辅助设备及施工工艺。

背景技术：

隧道是一种重要的交通设施，在修建地铁、穿山公路时，都需要建设隧道。通常为了保障隧道的使用安全，沿隧道洞身的围岩设置有由混凝土形成的砼衬砌。通过砼衬砌对隧道围岩形成永久支护，避免隧道围岩垮塌。可见，在隧道施工中建造砼衬砌十分重要。

现有技术中，在建造隧道砼衬砌时，采用支架和模板作为辅助设备。具体地，支架包括托梁，以及固定在托梁上沿隧道长度方向设置的顶梁。其中，托梁和模板的径向截面形状与隧道的径向截面形状相适配。示例地，隧道为拱形时，托梁和模板均呈弧状。在使用时，将膜板放置在支架的顶梁上，并确保模板表面与隧道围岩表面形成预设空间。施工时，将混凝土填充在模板和隧道围岩之间的预设空间中。之后静置3～4天以使混凝土达到预设凝固要求，形成第一段砼衬砌。之后拆卸模板，移动支架，按照上述工艺紧邻第一段砼衬砌建造第二段砼衬砌。依次类推，直至建造与隧道等长的砼衬砌。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术中的施工工艺存在施工效率低，人员、设备安排不合理的问题。具体来说，现有技术中，在静置混凝土的时间段内，无法再进行其他作业，在静置之后才可开始集中施工。如此不仅拖延施工工期，影响施工效率，同时集中投入人力、物力，易造成工作安排混乱。

技术实现要素：

为了解决现有技术中砼衬砌施工工艺存在施工效率低，人员、设备安排不合理的缺陷，本发明实施例提供了一种隧道砼衬砌施工辅助设备及工艺。该技术方案具体如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种隧道砼衬砌施工辅助设备，包括：模板与支架，所述支架支撑所述模板使其与隧道围岩之间具有预设空间，

所述多块子模板的总长度被设置为：当向所述模板尾端处的所述子模板与所述隧道围岩之间的预设空间浇筑混凝土后，所述模板首端处的所述子模板与所述隧道围岩之间的预设空间中的混凝土达到预设凝固状态；

所述支架包括两套宽度和高度可调的子支架，当一套所述子支架的宽度和高度缩小时，其可脱离对所述模板的支撑并沿所述支架的长度方向移动至少一个所述子模板长度的距离。

可选地，多个所述子模板之间通过连接组件相连。

可选地，所述子支架包括：由两个弧形梁形成的拱形的托梁；

通过高差块固定在所述托梁外表面上，沿所述隧道长度方向设置的顶梁；

两端分别与两个所述弧形梁内侧连接的可伸缩的横梁；以及，

设置在所述托梁下端的可伸缩的支柱。

可选地，所述子支架还包括：一端连接所述横梁下表面、另一端连接所述弧形梁内表面的斜撑梁。

可选地，两套所述子支架的所述顶梁相间分布。

可选地，所述支架还包括同时连接两套所述子支架的推进组件。

可选地，所述推进组件的一次推进距离为至少一个所述子模板的长度。

第二方面，提供一种利用第一方面所提供的砼衬砌施工设备的隧道砼衬砌施工工艺，所述工艺包括：

步骤1、将支架放置在隧道中，将模板放置在所述支架上，所述模板与所述隧道的围岩之间具有预设空间；

步骤2、由所述模板首端到所述模板尾端对应的所述预设空间中浇筑混凝土；

步骤3、在向所述模板尾端处的所述预设空间浇筑混凝土之后，分别移动两套子支架，以使所述支架的首端脱离对所述模板的支撑，所述支架的尾端超出所述模板至少一个所述模板的长度；

步骤4、拆卸所述模板首端处的所述子模板，并将被拆卸下的所述子模板安装在所述支架超出所述模板的端部；

步骤5、向新安装的所述子模板的所述预设空间中浇筑混凝土；

步骤6、重复所述步骤3～5至完成所述砼衬砌。

可选地，所述分别移动所述两套子支架包括：

步骤301、缩小一套所述子支架的宽度和高度，以脱离对所述模板的支撑；之后沿所述隧道长度方向移动所述子支架至少一个所述子模板长度的距离；恢复所述子支架对所述模板的支撑；

步骤302、按照所述步骤301移动另一套所述子支架。

可选地，所述步骤301包括：

收缩一套所述子支架的横梁、支柱和斜撑梁，以使得所述子支架的顶梁脱离对所述模板的支撑；

所述推进组件推进，使所述子支架的尾端超出另一套所述子支架的尾端一个所述子模板的距离；

伸长所述子支架的所述横梁、支柱和斜撑梁，以恢复所述顶梁对所述模板的支撑。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施所提供的辅助设备，其中当向模板尾端处子模板的预设空间浇筑混凝土后，模板首端处子模板的预设空间中的混凝土段达到预设凝固状态。如此通过拆卸模板首端的子模板，并移动支架后形成新的安装位，之后再次安装被拆卸子模板，完成该连续施工。如此，使得隧道砼衬砌建造过程连续不间断，使得施工工序更为合理，大大提高了施工效率，避免了现有技术中施工效率低，人力、物力安排不合理的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的附图。

图1是本发明实施例提供的一种隧道砼衬砌施工辅助设备的侧面结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种隧道砼衬砌施工辅助设备中支架的断面结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种隧道砼衬砌施工辅助设备中子模板连接组件的结构示意图。

附图中的标记分别为：

1、模板；

11、子模板；

12、连接组件；

121、第一固定螺栓；

122、第二固定螺栓；

123、连接片；

124、螺母；

2、支架；

21、子支架；

211、托梁；

212、顶梁；

213、横梁；

214、支柱；

215、斜撑梁；

x、弧形梁；

22、推进组件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

首先，对本发明实施例中所出现的方位名词进行解释、说明。在本发明实施例中，从隧道的一端开始建造砼衬砌，则以模板1和支架2靠近首先建造砼衬砌的一端称为首端，以模板1和支架2靠近后建造砼衬砌的一端称为尾端。并且，支架2的前进方向由首端指向尾端。

本发明实施例中所涉及的“长度”是指沿隧道长度方向的尺寸，“宽度”是指沿隧道宽度方向的尺寸，“高度”是指沿隧道径向的尺寸。

以下将针对本发明实施例所提供的隧道砼衬砌施工辅助设备以及工艺进行详细说明。

参见图1、图2，本发明实施例提供了一种隧道砼衬砌施工辅助设备，包括：模板1与支架2，支架2支撑模板1使其与隧道围岩之间具有预设空间。其中，模板1包括可拆卸连接的多块子模板11；多块子模板11的总长度被设置为：当向模板1尾端处的子模板11与隧道围岩之间的预设空间浇筑混凝土后，模板1首端处的子模板11与隧道围岩之间的预设空间中的混凝土达到预设凝固状态。

支架2包括两套宽度、高度可调的子支架21，当一套子支架21的宽度和高度缩小时，其可脱离对模板1的支撑并沿支架2的长度方向移动至少一个子模板11长度的距离。

本发明实施例所提供的隧道砼衬砌辅助设备的工作原理如下：

在使用时，在隧道中安放支架2，并将模板1放置在支架2上，并调整两套子支架21的宽度对模板形成有效支撑，此时模板1和隧道围岩之间形成预设空间。之后向该预设空间浇筑混凝土，形成混凝土段。由于子模板11的总长度满足以下条件：当向模板1尾端处的子模板11与隧道围岩之间的预设空间浇筑混凝土后，模板1首端处的子模板11与隧道围岩之间的预设空间中的混凝土段达到预设凝固状态。换言之，由于位于模板1首端的子模板11所支撑的混凝土段已达到预设凝固要求，因此模板1首端的子模板11可以被拆除。此时，先缩小一套子支架的宽度和高度，使其脱离对模板的支撑，并使其向着模板的尾端移动至少一个子模板长度的距离，之后增加该套子支架的宽度，使其恢复对模板进行支撑；之后再缩小另一套子支架的宽度，使其脱离对模板的支撑，并使其向着模板的尾端移动至少一个子模板长度的距离，再增加该套子支架的宽度恢复对模板的支撑。通过上述两套子模板的交替行走，使支架2整体向着模板尾端的方向移动了至少一个子模板长度的距离，从而使支架2的一端脱离对模板1首端子模板11的支撑，支架2的另一端在靠近模板1的尾端处形成新的子模板11的安装空间。如此，可拆卸模板1首端的子模板11，并且将被拆卸下的子模板11安装在支架2所形成的新的安装空间处。进而，新安装在支架1尾端的子模板11与隧道围岩之间再次形成了预设空间，如此可以向该预设空间浇筑混凝土，形成新的混凝土段。且在完成新的混凝土段后，此时模板1首段的子模板11对应的混凝土段同样达到了预设凝固状态，因此可继续上述操作直至完成与隧道等长的混凝土段，即完成隧道砼衬砌。

本发明实施例提供的隧道砼衬砌施工辅助设备，利用由多个可拆卸连接的子模板11形成的模板1，以及由两个可相对行走的子支架21形成的支架2，实现了砼衬砌的连续施工。具体通过拆卸模板1首段的子模板11，并移动支架2后形成新的安装位，之后再次安装被拆卸子模板11，完成该连续施工。因此整体隧道砼衬砌建造过程连续不间断，工序安排合理，大大提高了施工效率，避免了现有技术中施工效率低，人力、物力安排不合理的缺陷。

此外，需要说明的是，在现有技术中，还存在相邻混凝土段的接缝处稳定性差的问题，具体如下：

由于一段混凝土段在完成后需要静置3～4天以达到预设凝固要求，之后再在相邻位置建造另一段混凝土段。此时，两段混凝土段在形成时间隔较长时间，其凝固状态差异较大，因此相邻混凝土段间的连接处极易出现内应力。如此降低了混凝土段连接处的稳定性，进而影响最终形成的隧道砼衬砌的质量，有损隧道砼衬砌的使用安全性。

而在本发明实施例中，通过该隧道砼衬砌施工辅助设备，在建造砼衬砌时，除了首次一次性浇筑与模板1等长的混凝土段，之后每次建筑均只进行一个子模板11的长度。因此，大大缩短了相邻混凝土段之间成型的时间间隔，使得相邻的混凝土段更易连接，进而可有效改善混凝土段相连处的接缝稳定性，进而保障所建设的隧道砼衬砌的质量，提高其使用安全性。

进一步地，对于子模板11的数量做如下详细说明。

在本发明实施例中，子模板11的最少数量与每天所能浇筑完成的混凝土段的长度相关。举例来说，采用一天3班的工作制度，每班可完成2段子模板11长度的混凝土段，且混凝土段达到预设凝固要求需要4天时间；则模板1所包含的子模板11的最少数量为：3×2×4＝24。初次浇筑混凝土段时，依次性浇筑24段子模板11长度的混凝土段，该过程中仅需安装子模板11，无需拆卸子模板11。在浇筑完第24段子模板11后，完成初次浇筑。此时，模板1首段的第一个子模板11对应的混凝土段已达到预设凝固要求，因此可拆除第一个子模板11。之后移动支架2，拆除并重新安装第一个子模板11形成第24个子模板11，并且在重新安装后的子模板11处浇灌混凝土。显然，这一系列作业所需的时间，大于浇筑一个子模板11所对应的混凝土段所需的时间。因此此时，原先的第二个子模板11即现在的第一个子模板11所对应的混凝土段也达到了预设凝固要求，可拆除子模板11。进而循环进行上述步骤，至完成隧道砼衬砌。

当然，若采用一天2班生产的工作制度，每班可完成2段子模板11长度的混凝土段，则模板1所包含的子模板11的最少数量为：2×2×4＝16。在本发明实施例中，对于子模板11的具体数量不做限定，可根据上述原则就实际工作安排设定。

进一步地，相连子模板11之间通过连接组件12相连。关于子模板11间连接组件12的具体实现形式，本发明实施例不做具体限定。

示例地，参见图3，连接组件12包括设置在一块子模板11上的第一固定螺栓121，以及设置在相邻子模板11上的第二固定螺栓122，同时连接第一固定螺栓121和第二固定螺栓122的连接片123，以及与第一固定螺栓121、第二固定螺栓122相适配的螺母。使用时，将子模板11上连接有螺栓的一面朝向隧道内部，未连接螺栓的一面朝向隧道围岩。在连接两块子模板11时，将连接片123同时连接第一固定螺栓121和第二固定螺栓122，之后在第一固定螺栓121和第二固定螺栓122上连接螺母124，以固定连接片123，完成相邻子模板11的连接。拆卸时，将螺母124旋下，取下连接板123即可。

其他可实现相邻子模板11可拆卸连接的方式均可应用于本发明实施例中。

通过可拆卸连接的子模板11实现了在建造砼衬砌时模板1的不断前进，进而提高施工功效。在模板1前进时，支架2中的两套子支架21也需要一边支撑模板1，一边同步前进，下面将针对支架2的结构进行详细说明。

其中，参见图2，并结合图1，子支架21包括：由两个弧形梁x形成的拱形的托梁211；通过高差块固定在托梁211外表面上的顶梁212；两端分别与两个弧形梁内侧连接的可伸缩的横梁213；以及，设置在托梁211下端的可伸缩的支柱214。其中，横梁213的伸缩可使两个弧形梁x相邻端部间的距离增大或缩小；且顶梁212沿隧道长度方向设置。

在移动其中一套子支架21时，收缩该子支架21的支柱214，以使该子支架2的高度降低一个高差块的距离；收缩该子支架21的横梁213使两个弧形梁x靠近，进而用于支撑隧道侧围处模板1的顶梁212脱离模板1内表面。此时，待移动的子支架21的顶梁212不再支撑模板1，可顺利前进预设距离。当子支架21前进完毕后，伸长支柱214和横梁213，使得顶梁212重新支撑模板1。此时再按照上述步骤移动另一套子支架21。

在本发明实施例提供的子支架21中，通过两个弧形梁x形成的托梁211，使得其在满足与隧道截面形状相适配的前提下，能够向内收缩，使顶梁212脱离对模板1支撑。并且通过高差块为顶梁212的向下、向内位移预留空间，实现子支架21的顺利行走。

优选地，两套子支架21的顶梁212相间分布。如此当一套子支架21移动，其顶梁212脱离对模板1的支撑时，另一套子支架21可以保持对模板1均匀、全面的支护，避免出现支护薄弱环节造成模板1坍塌。

进一步地，该子支架21还包括：一端连接横梁213下表面、另一端连接弧形梁x内表面的可伸缩的斜撑梁215。在本发明实施例中，斜撑梁215是横梁213伸、缩时的辅助梁。由于支架2的整体尺寸较大，因此通过斜撑梁215可保证托梁收缩时的受力均匀，避免出现偏斜。

进一步地，为了便于子支架21的相对前进，支架2还包括同时连接两套子支架21的托梁211的推进组件22。并且，推进组件22的一次推进的距离为一个子模板11的长度。换言之，一个子支架21相对另一个子支架21相对行走一次，即为前进一个子模板11的长度。如此在移动支架2时，通过推进组件22的一次推动和一次拉动实现两套子支架21前进一个子模板11的长度。并且，支架2前进所形成的新的安装空间也具有一个子模板11的长度，进而保证新安装子模板11的稳定性。

在本发明实施例中，对于推进组件22、可伸缩的横梁213、支柱214以及斜撑梁215的具体实现方式不做具体限定，例如均采用液压伸缩缸。

通过本发明实施例所提供的隧道砼衬砌施工辅助设备，实现了砼衬砌施工连续化，显著提高施工效率，对人力、物力利用更为合理。

本发明实施例第二方面提供了一种隧道砼衬砌施工工艺，该工艺利用上述第一方面所提供的辅助设备进行。具体地，该隧道砼衬砌施工工艺包括：

步骤1、将支架2放置在隧道中，将模板1放置在支架2上，模板1与隧道的围岩之间具有预设空间；

步骤2、由模板1首端到模板1尾端对应的预设空间中浇筑混凝土；

步骤3、在向模板1尾端处的预设空间浇筑混凝土之后，分别移动两套子支架21，以使支架2的首端脱离对模板1的支撑，支架2的尾端超出模板1至少一个模板1的长度；

步骤4、拆卸模板1首端处的子模板11，并将被拆卸下的子模板11安装在支架2超出模板1的端部；

步骤5、向新安装的子模板11的预设空间中浇筑混凝土；

重复步骤3～5至完成砼衬砌。

通过本发明实施例所提供的隧道砼衬砌施工工艺，使得整体砼衬砌施工工艺连续不间断，大大提高了施工效率，同时合理安排人力、物力，避免现有技术中集中施工、施工不连贯的缺陷。

进一步地，步骤3中分别移动所述两套子支架21包括：

步骤301、缩小一套子支架21的宽度和高度，以脱离对模板1的支撑；之后沿隧道长度方向移动子支架21至少一个子模板11长度的距离；恢复子支架21对模板1的支撑；

步骤302、按照步骤301移动另一套子支架21。更具体地，上述步骤301还包括：

首先，收缩一套子支架21的横梁213、支柱214和斜撑梁215，以使得子支架21的顶梁212脱离对模板1的支撑。其次，推进组件22推进，使子支架21的尾端超出另一套子支架21的尾端一个子模板11的距离。最后，伸长子支架21的横梁213、支柱214和斜撑梁215，以恢复顶梁212对模板1的支撑。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。