气囊内模移动模架及隧道初期支护喷射混凝土施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种气囊内模移动模架及隧道初期支护喷射混凝土施工方法。
【背景技术】
[0002]喷射混凝土施工工艺，在隧道施工初期支护中已广泛使用，是新奥法施工锚喷支护的重要组成部分。从工艺上来说，喷射混凝土分为干喷、潮喷、湿喷及混合喷四种，由于干喷的强度普遍仅能达到15MPa左右，且施工现场作业环境差，劳动强度大，材料浪费大，生产效率低，已无法适应目前的生产技术要求，从而干喷工艺现已淡出施工现场。采用湿喷工艺通过集中拌合站、自动计量、机械运输及上料等大大提高了喷射混凝土的施工质量，3天强度能达到40MPa，就相当于在第一时间内在掌子面施作了二衬，因此湿喷工艺已成为目前喷射混凝土施工的主流施工工艺。经过近年来的施工技术改进与提高，湿喷技术工艺已相当成熟，在目前隧道施工中得到广泛应用。
[0003]但在隧道初期支护喷射混凝土施工过程中，不论潮喷还是湿喷都存在回弹率较大的现象，普遍回弹率平均在30%以上，原材料浪费较大，过大的回弹率使施工现场空气中的粉尘含量过高，严重威胁到施工人员的身体健康安全，如何通过技术改进和加强管理来降低喷射混凝土的回弹率是施工企业必须面对的研究课题，为减低回弹率、提高经济效益并保障职工健康，各施工单位都投入了大量的人力、物力，从技术改进和加强管理方面来降低回弹率，但目前普遍只能将回弹率控制在15%?20%，无法根除回弹率造成的成本浪费及施工环境污染。
[0004]平原地区山岭隧道、海底隧道、河底隧道、城市地铁等施工过程中，通过建国以来铁路公路隧道施工的迅速发展，喷射混凝土施工技术及施工成功经验丰富，但是均不必过多考虑低气压及低温造成的影响。
[0005]但在高海拔、高寒地区修建铁路及公路隧道时，低气温及低气压造成的施工影响大，尤为严重的是隧道喷射混凝土施工，在极寒气温及低气压情况下，喷射混凝土施工受低气压影响回弹率加大，普遍在40%?60 %之间，平原地区3小时可完成的喷砼工程量要6?8小时才可完成，混凝土早期强度成长慢，需要投入大量的人力物力保温维护，造成施工进度循环缓慢;高海拔地区同等耗能完成的混凝土喷射工程量不足平原地区的一半，如何克服高海拔高寒地区低气压及低温对隧道喷射混凝土施工造成的影响，确保隧道内施工正常化，稳定提高低气温及低气压环境下施工进度，是重点要解决的问题。
[0006]目前国内外隧道施工过程中，在施工初期支护喷射混凝土施工时，传统的施工方式是:先向混凝土喷浆机(以下简称喷浆机)内注入喷浆料，通过喷浆管及高压风，喷浆工掌握管口，将喷浆料喷射到围岩表面，喷射时需要分层喷射，单层厚度3cm?5cm，如初期支护厚度为20cm时，需要循环喷射施工5?6次。上述传统施工方式主要存在以下几方面缺陷:第一、浪费大:施工时由于喷浆料在围岩及支护钢架钢筋上碰撞，产生大量的回弹料，依据规范回弹料是不得重新使用的，普遍回弹料达到10%?20%，对于天气寒冷地区，甚至达到30 %以上；以雀儿山隧道为例，每立方喷浆料成本加工费单价1135.62元，全隧道喷浆料浪费高达580万元；因此，减少隧道初期支护喷射混凝土回弹率，是隧道施工中的重要成本控制点，但目前控制最好的回弹率也在10%?15%，回弹量较大;第二、污染大:喷射混凝土作业是隧道施工中污染最大的工序，施工时喷浆料在围岩及支护钢架钢筋上碰撞，产生大量的粉尘颗粒，即便施工人员佩戴防护装备，依然对施工人员的身体健康产生巨大的影响;第三、工时长:隧道施工时，普遍一个循环喷射混凝土施工需要4小时左右，长时间在该污染严重环境下施工，对施工人员身体健康严重损伤，在整个隧道循环施工中占有时间长，成本投入大;第四、质量低:喷射混凝土施工对操作工人技术要求较高，一般工人操作极难达到质量要求，普遍存在不密实、不平整、厚度不够的情况发生。
[0007]由上述内容可知，由于回弹量造成极大的材料浪费，施工单位进行隧道施工时，均以喷射混凝土回弹率控制降低为成本控制重点。以往施工单位往往把重点放在原材料、施工工艺、配合比和环境温度的控制上，如采取加强现场管理、优化材料及配合比、确保施工环境温度等措施。但是经过多种方式的改良提高，即便各项影响回弹率过大的因素均达到最佳控制参数，平原地区隧道施工普遍只能将喷射混凝土回弹率控制为:拱顶喷射混凝土回弹率为20 %左右且边墙喷射混凝土回弹率为15 %左右;高海拔地区由于受到低气压及低温的影响，喷射混凝土回弹率只能控制为:拱顶喷射混凝土回弹率为30%左右，边墙喷射混凝土回弹率为25%左右，无法根除回弹率造成的成本浪费及施工环境污染。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种气囊内模移动模架，其结构简单、设计合理且加工制作及使用操作简便、使用效果好，通过气囊内模对隧道初期支护喷射混凝土的回弹率进行有效控制。
[0009]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种气囊内模移动模架，其特征在于:包括能在所施工隧道的隧道洞内进行前后移动的移动式支撑排架、位于移动式支撑排架外侧的充气模板和对所述充气模板进行支撑的伸缩式支撑装置，所述伸缩式支撑装置安装在移动式支撑排架上且其位于充气模板内侧；
[0010]所述充气模板位于所述隧道洞的拱墙内侧且其形状与所述拱墙的横断面形状相同；所述充气模板包括气囊内模和支撑于所述气囊内模内侧的模板支架，所述气囊内模为拱形模板，所述模板支架为拱形内支架;所述气囊内模包括位于所述隧道洞拱部正下方的顶模板和左右两个对称布设的侧模板，所述顶模板与两个所述侧模板均布设在同一竖直面上且三者连接为一体，两个所述侧模板分别位于所述顶模板的左右两侧下方且二者分别位于所述隧道洞的左右两侧边墙内侧;所述模板支架包括对所述顶模板进行支撑的顶部支架和两个分别对两个所述侧模板进行支撑的侧部支架，所述顶部支架支撑于所述顶模板底部，两个所述侧部支架分别支撑于两个所述侧模板内侧;所述顶模板和两个所述侧模板均为组合式模板，所述顶模板包括拱顶中部气囊和左右两个对称布设的第二气囊，两个所述第二气囊分别布设在所述拱顶中部气囊的左右两侧下方，且所述拱顶中部气囊连接于两个所述第二气囊之间；每个所述侧模板均由四个从上至下布设的气囊连接而成，所述拱顶中部气囊、第二气囊和所述侧模板中的四个所述气囊均沿移动式支撑排架的长度方向进行布设;所述侧模板中的四个所述气囊由上至下分别为第三气囊、第四气囊、第五气囊和第六气囊，所述第三气囊连接于第二气囊与第四气囊之间；
[0011]所述伸缩式支撑装置包括一个带动顶部支架进行上下移动的拱顶伸缩机构和两个对称布设且分别带动两个所述侧部支架进行内外移动的侧部伸缩机构，所述拱顶伸缩机构安装于移动式支撑排架上且其支撑于顶部支架的正下方，两个所述侧部伸缩结构分别安装在移动式支撑排架的左右两侧且二者分别支撑于两个所述侧部支架的内侧。
[0012]上述气囊内模移动模架，其特征是:所述气囊内模充气后的厚度为0.3m?0.5m;所述顶模板的形状与所述隧道洞的拱部形状相同，两个所述侧模板的形状分别与所述隧道洞的左右两侧边墙形状相同；
[0013]所述移动式支撑排架的顶部设置有顶部施工平台且其左右两侧均设置有一个中部施工平台和一个位于中部施工平台下方的下部施工平台，所述顶部施工平台位于所述拱顶中部气囊下方，两个所述中部施工平台分别位于两个所述第三气囊内侧，两个所述下部施工平台分别位于两个所述第五气囊内侧；
[0014]所述移动式支撑排架的前后两侧均设置有安全防护网。
[0015]上述气囊内模移动模架，其特征是:所述移动式支撑排架包括多个由前至后布设的支撑门架和对多个所述支撑门架进行连接的纵向连接架，多个所述支撑门架的结构和尺寸均相同，所述纵向连接架位于多个所述支撑门架的正上方且其分别与多个所述支撑门架紧固连接。
[0016]上述气囊内模移动模架，其特征是:所述移动式支撑排架和充气模板均呈水平布设;多个所述支撑门架均呈竖直向布设;所述支撑门架和纵向连接架均为型钢架体；
[0017]每个所述支撑门架均包括上横梁和两个分别支撑于上横梁左右两侧下方的支撑立柱，两个所述支撑立柱呈对称布设且二者分别为支撑于上横梁左右两侧下方的左侧立柱和右侧立柱；多个所述支撑门架的左侧立柱底部之间均通过一道左侧连接梁进行连接，且多个所述支撑门架的右侧立柱底部之间均通过一道右侧连接梁进行连接。
[0018]上述气囊内模移动模架，其特征是:所述拱顶伸缩机构包括左右两个对称布设的拱顶液压伸缩机构，两个所述拱顶液压伸缩机构的结构相同且二者分别安装在移动式支撑排架的上部左右两侧;两个所述拱顶液压伸缩机构均呈竖直向布设；
[0019]每个所述侧部伸缩机构均包括多个由上至下布设的侧部液压伸缩机构，多个所述侧部液压伸缩机构的结构均相同。
[0020]上述气囊内模移动模架，其特征是:每个所述拱顶液压伸缩机构均包括一个呈竖直向布设的第一剪叉式伸缩机构和一个带动第一剪叉式伸缩机构进行伸缩的第一伸缩液压缸，所述第一伸缩液压缸呈竖直向布设;所述第一剪叉式伸缩机构底部固定安装在第一纵向连接杆上，所述第一纵向连接杆沿移动式支撑排架的长度方向进行布设且其安装在移动式支撑排架上部，第一伸缩液压缸的缸体底部固定在第一纵向连接杆上且其活塞杆顶端与第一剪叉式伸缩机构顶部连接；
[0021]所述侧部液压伸缩机构呈水平布设或由外至内逐渐向下倾斜；
[0022]每个所述侧部液压伸缩机构均包括一个第二剪叉式伸缩机构和带动第二剪叉式伸缩机构进行伸缩的第二伸缩液压缸，所述第二伸缩液压缸与第二剪叉式伸缩机构呈平行布设;所述第二剪叉式伸缩机构底部固定安装在第二纵向连接杆上，所述第二纵向连接杆沿移动式支撑排架的长度方向进行布设且其安装在移动式支撑排架侧部，第二伸缩液压缸的缸体底部固定在第二纵向连接杆上且其活塞杆顶端与第二伸缩液压缸顶部连接。
[0023]上述气囊内模移动模架，其特征是:所述拱顶液压伸缩机构和侧部液压伸缩机构均为能沿移动式支撑排架的长度方向进行前后移动的液压伸缩机构;所述移动式支撑排架的上部左右两侧分别设置有一个供拱顶液压伸缩机构进行前后移动的第一纵向滑道，所述拱顶液压伸缩机构安装在第一纵向滑道上;所述移动式支撑排架的左侧和右侧均由上至下设置有多个分别供多个所述侧部液压伸缩机构前后移动的第二纵向滑道，所述侧部液压伸缩机构安装在第二纵向滑道上;所述第一纵向滑道和第二纵向滑道均沿移动式支撑排架的长度方向进行布设。
[0024]同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理、实现方便且施工效率高、施工工期短、施工质量高的隧道初期支护喷射混凝土施工方法，其特征在于:沿所施工隧道的纵向延伸方向，由后向前分多个隧道节段对开挖形成的隧道洞进行隧道初期支护喷射混凝土施工，多个所述隧道节段的隧道初期支护喷射混凝土施工方法均相同；对任一个所述隧道节段进行隧道初期支护喷射混凝土施工时，包括以下步骤:
[0025]步骤一、气囊内模移动模架前移到位:沿所施工隧道的纵向延伸方向将所述气囊内模移动模架向前移动，直至将所述气囊内模移动模架移动至当前所施工隧道节段的内侧；
[0026]此时，所述气囊内模中的所有气囊均处于未充气状态；
[0027]步骤二、隧道初期支护喷射混凝土施工，过程如下:
[0028]步骤201、模板支架打开及气囊内模充气并预留喷射混凝土施工窗口:采用所述伸缩式支撑装置中的所述拱顶伸缩机构带动顶部支架向上移动，同时采用两个所述侧部伸缩机构带动两个所述侧部支架分别向外移动;待顶部支架向上移动到位且两个所述侧部支架均向外移动到位后，采用充气装置对所述气囊内模中的两个所述第二气囊、两个所述第四气囊和两个所述第六气囊分别进行充气；
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