隧洞二次衬砌施工双气囊式封端装置的制作方法

本发明涉及隧洞工程施工设备领域，特别是涉及一种隧洞二次衬砌施工双气囊式封端装置。

背景技术：

目前，水利工程中隧洞的修建通常采用新奥法，在隧洞开挖完成后，根据围岩类别及洞身承压情况，须进行单层衬砌或组合式衬砌。组合式衬砌是在原有单层衬砌(俗称初衬，系在围岩处打入锚杆、挂放钢筋网后，再喷射一层混凝土)的内侧沿周向再浇筑一层钢筋混凝土(即二次衬砌)。

随着我国装备制造业的不断发展，对于全圆断面、有压隧洞的二次衬砌施工一般采用全圆针梁式钢模台车(以下均简称为台车)模筑法，台车周向的外框架包括圆形的模筑筒(采用8—10mm的钢板经弯曲后围合而成)、设置在模筑筒内壁的加强框架(采用槽钢、工字钢等经连接后形成)。

为防止围岩渗水，相邻两模二次衬砌施工的施工缝处设计采用环形且扁平带状截面的止水圈加以封闭，以防止围岩渗水，止水圈采用中埋式橡胶止水带围合而成，止水带的宽度为230—500mm。

采用台车实施隧洞二次衬砌施工存在着以下缺陷：无法快速、方便地对每个衬砌段的前端进行封堵，封堵时易出现漏浆问题，施工效率较低、用工人数多、周转材料消耗大、止水效果也较差。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种隧洞二次衬砌施工双气囊式封端装置，本装置配装在台车上，能有效提高施工效率，使得隧洞二次衬砌施工的封端效果较佳。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种隧洞二次衬砌施工双气囊式封端装置，它包括延长圆筒、若干支撑杆、两个环形的气囊、若干阻挡杆，支撑杆、阻挡杆的数量相同，支撑杆的长度不小于延长圆筒的轴向长度，支撑杆沿延长圆筒的轴向设在其内壁且周向相互间隔，设定两个气囊的轴线方向为前后方向，两个气囊的前后向宽度相同且宽度大于延长圆筒的轴向长度，每个气囊的材料为弹性材料，每个气囊的前侧设有气嘴，两个气囊内外套叠连接，内侧的气囊套装在延长圆筒上，每个支撑杆的前端均与一个阻挡杆靠近延长圆筒轴线区域的内侧相接，每个阻挡杆远离延长圆筒轴线区域的外侧与两个气囊的前侧接触。

为简单说明问题起见，以下对本发明所述的隧洞二次衬砌施工双气囊式封端装置均简称为本装置。

将本装置配装在台车上，即：支撑杆的后端与台车的加强框架的前端垂直相接，支撑杆的长度走向与台车的模筑筒的轴线方向相一致，延长圆筒位于台车的前端且与台车的模筑筒共轴线。上述结构设计简单、合理，便于装配，连接强度较佳；

将止水圈的后侧圈体固定在衬砌段的钢筋笼的前侧并保证其位置准确，止水圈的前侧圈体(即预留圈体)虽然裸露在衬砌段的前端之外，但其以非折弯的圆滑方式被夹持在充有压缩空气的两个气囊之间(即一个气囊、止水圈的前侧圈体、另一气囊依次内外套叠连接)，阻挡杆用以使两个气囊定位(设定止水圈、钢筋笼、气囊靠近隧洞内部的一侧为前，设定止水圈、钢筋笼、气囊远离隧洞内部的一侧为后，止水圈的前后向宽度大于每个气囊的前后向宽度)；

向台车的模筑筒、围岩这两者所形成的空间内浇筑混凝土，并采用两个气囊作为整体结构形式的封堵部件，对衬砌段的前端沿周向进行封堵，两个气囊与止水圈的前侧圈体呈柔性接触，止水圈的前侧圈体不会折弯、受损，止水圈的前侧圈体得到保护，实现快速、方便、稳定地封端(每个气囊内的压缩空气可达到一定的压力，其适当的变形可适应衬砌段前端的不规则面，这种封堵结构相当省时、省力、节省人工、方便，不会出现混凝土的漏浆问题，有效提高了施工效率、降低了周转材料的消耗，封端效果较佳)，外侧的气囊外壁与隧洞的围岩紧密贴靠，阻挡杆的外端指向围岩；

当衬砌段的混凝土浇筑成型后，将两个气囊内的空气放掉，使两者与衬砌段的混凝土层的前端相分开，再拆除阻挡杆及两个气囊(这使得裸露在衬砌段前端之外的止水圈的前侧圈体不会出现变形或位移问题，也不会出现破损问题，妥善解决了现有技术所存在的相关问题)；

因此，本装置配装在台车上，能有效提高施工效率，使得隧洞二次衬砌施工的封端效果较佳。

所述阻挡杆的截面形状及规格分别对应相同；

每个支撑杆的前端设有用来插装阻挡杆的套管，若干套管的截面形状及规格分别对应相同，每个套管上旋装紧固螺钉，每个阻挡杆的内侧与相应套管插接，且每个阻挡杆利用相应套管上的紧固螺钉得到定位。

这样，根据围岩表面的凹凸情况，每个阻挡杆可沿相应套管内外地移动位置，以适应不同规格及形状的围岩，充分满足隧洞二次衬砌施工的施工需求。

所述每个气囊的材料采用橡胶材料；

内侧的气囊的轴向截面形状为方形，外侧的气囊的轴向截面形状为圆形或椭圆形。

采用橡胶材料，使得气囊的耐磨强度较佳、不易漏气；

内外侧气囊的不同轴向截面形状，使得两个气囊对止水圈的前侧圈体的夹持效果、对相应衬砌段的前端的封端效果均较好，确保施工缝直顺。

附图说明

图1是采用安装本装置的台车实施隧洞二次衬砌施工的结构及施工状态示意图。

图2是图1的局部视图。

图3是图2的A-A放大剖视图。

图4是图3的B向放大视图。

图5是采用安装本装置的台车实施隧洞二次衬砌施工的另一结构及施工状态示意图。

附图中各部件的标记如下：

1a、延长圆筒；1b、支撑杆；1c、套管；1d、紧固螺钉；2、气囊；2a、气嘴；3、阻挡杆；4、气压表；5、压缩机；T、台车的模筑筒；J、台车的加强框架；D1、第一衬砌段；L1、第一钢筋笼；D2、第二衬砌段；L2、第二钢筋笼；F、施工缝；Y、围岩；Q1、第一止水圈；Q11、第一止水圈的前侧圈体；Q12、第一止水圈的后侧圈体；Q2、第二止水圈；Q21、第二止水圈的前侧圈体；Q22、第二止水圈的后侧圈体；N、隧洞内部。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为简洁说明问题起见，图1中未示出若干支撑杆1b、若干套管1c、若干紧固螺钉1d、若干阻挡杆3，且是针对第一衬砌段D1进行混凝土浇筑成型施工。

图5中所示为实施隧洞二次衬砌施工后，围岩Y、第一衬砌段D1、施工缝F、第二衬砌段D2、第一止水圈Q1、第二止水圈Q2的配合状态。

参见图1-图5，本装置包括延长圆筒1a、若干支撑杆1b、两个环形的气囊2、若干阻挡杆3。

支撑杆1b、阻挡杆3的数量相同。

支撑杆1b的长度等于延长圆筒1a的轴向长度，支撑杆1b沿延长圆筒1a的轴向设在其内壁且周向相互间隔，延长圆筒1a采用5mm厚的钢板围合而成，支撑杆1b周向相互间隔30～50cm且支撑杆1b采用10#槽钢。

两个气囊2内外套叠连接，内侧的气囊2套装在延长圆筒1a上，内侧的气囊2的轴向截面形状为方形，外侧的气囊2的轴向截面形状为圆形。设定两个气囊2的轴线方向为前后方向，两个气囊2的前后向宽度相同且宽度大于延长圆筒1a的轴向长度，设定延长圆筒1a的轴向长度为C、每个气囊2的前后向宽度为K，则C：K为1：1.05。

每个气囊2的材料为橡胶材料，每个气囊2的前侧设有气嘴2a。施工时，气嘴2a可分别与气压表4、压缩机5相接。

阻挡杆3的截面形状及规格分别对应相同，阻挡杆3采用8#槽钢。

每个支撑杆1b的前端借助紧固件设有用来插装阻挡杆3且长方形的套管1c，若干套管1c的截面形状及规格分别对应相同，每个套管1c上旋装紧固螺钉1d，每个阻挡杆3靠近延长圆筒1a轴线区域的内侧与相应套管1c插接(即：每个支撑杆1b的前端均与一个阻挡杆3的内侧相接)，且每个阻挡杆3利用相应套管1c上的紧固螺钉1d得到定位(这样，阻挡杆3周向相互间隔)，每个阻挡杆3远离延长圆筒1a轴线区域的外侧与两个气囊2的前侧接触。

参见图1-图5，采用配装本装置的台车实施隧洞二次衬砌施工的工艺步骤及存在的相对应优点为：

1)在隧洞的一端搭建第一衬砌段D1(即第一模)的圆筒状的第一钢筋笼L1(采用钢筋焊接而成)，移动台车至第一衬砌段D1，台车的模筑筒T与第一钢筋笼L1之间留有周向间隙，支撑杆1b的后端与台车的加强框架J的前端垂直相接，支撑杆1b的长度走向与台车的模筑筒T的轴线方向相一致，延长圆筒1a位于台车的前端且与台车的模筑筒T共轴线(上述结构设计简单、合理，便于装配，连接强度较佳)；

2)将第一止水圈Q1的后侧圈体Q12固定在第一钢筋笼L1的前侧并保证其位置准确，第一止水圈Q1的前侧圈体Q11(即预留圈体)虽然裸露在第一衬砌段D1的前端之外，但其以非折弯的圆滑方式被夹持在充有压缩空气的两个气囊2之间(即一个气囊2、第一止水圈Q1的前侧圈体Q11、另一气囊2依次内外套叠连接)，阻挡杆3用以使两个气囊2定位(设定第一止水圈Q1、第一钢筋笼L1、气囊2靠近隧洞内部N的一侧为前，设定第一止水圈Q1、第一钢筋笼L1、气囊2远离隧洞内部N的一侧为后，第一止水圈Q1的前后向宽度大于每个气囊2的前后向宽度)；

3)向模筑筒T、围岩Y这两者所形成的空间内浇筑混凝土，并采用两个气囊2作为整体结构形式的封堵部件，对第一衬砌段D1的前端沿周向进行封堵，两个气囊2与第一止水圈Q1的前侧圈体Q11呈柔性接触，第一止水圈Q1的前侧圈体Q11不会折弯、受损，第一止水圈Q1的前侧圈体Q11得到保护，实现快速、方便、稳定地封端(每个气囊2内的压缩空气可达到一定的压力，其适当的变形可适应第一衬砌段D1前端的不规则面，这种封堵结构相当省时、省力、节省人工、方便，不会出现混凝土的漏浆问题，有效提高了施工效率、降低了周转材料的消耗，封端效果较佳)，外侧的气囊2外壁与隧洞的围岩Y紧密贴靠，阻挡杆3的外端指向围岩Y；

4)当第一衬砌段D1的混凝土浇筑成型后，将两个气囊2内的空气放掉，使两者与第一衬砌段D1的混凝土层的前端相分开，再拆除阻挡杆3及两个气囊2(这使得裸露在第一衬砌段D1前端之外的第一止水圈Q1的前侧圈体Q11不会出现变形或位移问题，也不会出现破损问题，妥善解决了现有技术所存在的相关问题)；

5)在隧洞内继续搭建第二衬砌段D2(即第二模)的圆筒状的第二钢筋笼L2(也是采用钢筋焊接而成，设定第二钢筋笼L2靠近隧洞内部N的一侧为前，设定第二钢筋笼L2远离隧洞内部N的一侧为后)，第二钢筋笼L2位于第一衬砌段D1的前侧且与第一衬砌段D1之间留有间隙，在隧洞内向前移动台车至第二衬砌段D2，台车的模筑筒T与第二钢筋笼L2之间留有周向间隙；

6)将第一止水圈Q1的前侧圈体Q11(即预留圈体)固定在第二钢筋笼L2的后侧(因第一止水圈Q1的前侧圈体Q11不会出现变形或位移问题，这样，第一止水圈Q1的前侧圈体Q11内就不会产生相应的扭曲应力，使得第一止水圈Q1的前侧圈体Q11与第二钢筋笼L2的后侧能够顺畅、圆滑地固定)；

7)将第二止水圈Q2的后侧圈体Q22固定在第二钢筋笼L2的前侧并保证其位置准确(第二止水圈Q2、第一止水圈Q1的结构和规格分别对应相同)，第二止水圈Q2的前侧圈体Q21虽然裸露在第二衬砌段D2的前端之外，但其以非折弯的圆滑方式被夹持在充有压缩空气的两个气囊2之间(即一个气囊2、第二止水圈Q2的前侧圈体Q21、另一气囊2依次内外套叠连接)，阻挡杆3用以使两个气囊2定位(设定第二止水圈Q2靠近隧洞内部N的一侧为前，设定第二止水圈Q2远离隧洞内部N的一侧为后)；

8)向模筑筒T、围岩Y这两者所形成的空间内再次浇筑混凝土，并再次采用两个气囊2作为整体结构形式的封堵部件，对第二衬砌段D2的前端沿周向进行封堵，两个气囊2与第二止水圈Q2的前侧圈体Q21呈柔性接触，第二止水圈Q2的前侧圈体Q21不会折弯、受损，第二止水圈Q2的前侧圈体Q21得到保护，实现快速、方便、稳定地封端(每个气囊2内的压缩空气可达到一定的压力，其适当的变形可适应第二衬砌段D2前端的不规则面，这种封堵结构相当省时、省力、节省人工、方便，不会出现混凝土的漏浆问题，有效提高了施工效率、降低了周转材料的消耗，封端效果较佳)，外侧的气囊2外壁与隧洞的围岩Y紧密贴靠，阻挡杆3的外端指向围岩Y；

9)当第二衬砌段D2的混凝土浇筑成型后，第一止水圈Q1处于第一衬砌段D1、第二衬砌段D2的相邻区域内及施工缝F处(对于第一止水圈Q1的前侧圈体Q11位于施工缝F处的裸露部分而言，一则它在采用两个气囊2封端时不会出现破损问题，二则在隧洞的实际使用过程中，因第一止水圈Q1的前侧圈体Q11内不会产生相应的扭曲应力，故它的使用寿命延长，以致可有效防止围岩Y渗水，止水效果较佳)；

10)再次将两个气囊2内的空气放掉，使两者与第二衬砌段D2的混凝土层的前端相分开，再拆除阻挡杆3及两个气囊2(这使得裸露在第二衬砌段D2前端之外的第二止水圈Q2的前侧圈体Q21不会出现变形或位移问题，也不会出现破损问题，妥善解决了现有技术所存在的相关问题)；

多次重复5)—10)的工艺步骤，从而完成隧洞的二次衬砌施工。

综上所述，采用安装本装置的台车实施隧洞二次衬砌施工存在以下优点：能够快速、方便地对每个衬砌段的前端进行封堵，封堵时不会出现漏浆问题，施工效率较高、用工人数少、周转材料消耗小、止水效果也较佳。

因此，本装置配装在台车上，能有效提高施工效率，使得隧洞二次衬砌施工的封端效果较佳。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。如：

支撑杆的长度还可大于延长圆筒的轴向长度；

每个支撑杆的前端还可借助焊接方式设有用来插装阻挡杆的套管；

每个阻挡杆的内侧延长线还可与延长圆筒的轴线相交；

外侧的气囊的轴向截面形状还可为椭圆形；

设定延长圆筒的轴向长度为C、每个气囊的前后向宽度为K，则C：K还可在1：(1.05—1.2)的比值范围内根据实际需要灵活选择。