复合式衬砌隧道模型的浇筑模具的制作方法

本实用新型属于隧道衬砌结构模型试验领域，具体涉及复合式衬砌隧道模型的浇筑模具。

背景技术：

随着我国基础建设和道路交通建设的不断发展，各类隧道工程得以设计、建设与应用。在目前的隧道工程建设中，“新奥法”和“浅埋暗挖法”应用十分广泛，并在大量新建隧道工程中形成了以“初期支护承担基本设计荷载，二次衬砌作为安全储备”为理念的隧道承载体系，即复合式衬砌隧道结构。

一般情况下，在复合式衬砌隧道的初期支护和二次衬砌之间铺设有防水层，以其提高隧道结构的防水性能，保障隧道内的行车安全，提升隧道的使用寿命。但是，在隧道结构投入运营后，其结构性能和使用寿命往往受到多种因素的影响，如受地下水位、衬砌背后空洞、不利荷载、结构变形和/或列车振动荷载等，这些不良因素都会对复合式衬砌隧道的结构性能和使用寿命产生不利的影响，导致衬砌结构的变形与开裂，在不加干预和维护的情况下甚至会导致隧道的最终垮塌，造成极大的经济损失。因此，在复合式衬砌隧道结构的施工与应用前，往往需要对其进行模型试验，试验隧道模型在不同作用环境下的受力情况和破坏极限，以此来指导复合式衬砌隧道的结构设计与施工。

在众多影响复合式衬砌隧道结构性能的因素中，围岩条件是一个永远绕不开的话题，由于其作用形式的复杂性和多样性，往往会对隧道结构的稳定性和使用寿命造成深远的影响。因此，在复合式衬砌隧道的施工与应用前，往往会浇筑隧道模型来模拟复合式衬砌隧道使用过程中所承担的围岩条件，试验该隧道模型在不同围岩条件下的变形、开裂和垮塌，以对隧道建设的参数设计提供依据。在现有技术中，复合式衬砌隧道的模型试验往往借助单层衬砌结构模型来完成，其整体结构一次性成型，即隧道模型的成型过程中未涉及初期支护模型和二次衬砌模型，这使得模型试验过程中的隧道结构与实际隧道结构有一定的差异，在研究衬砌结构开裂及破坏时，无法真实模拟衬砌结构的受力状态，影响试验结构的准确性和隧道结构设计的稳定性。此外，现有隧道模型的成型模具分块过少，拆模困难，成型精度较差，影响隧道模型的成型周期和试验精确性。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了复合式衬砌隧道模型的浇筑模具，其中通过设置由外模组件、中模组件和内模组件构成的主体构件和可对应固定连接在主体构件两端的端板组件，由外模组件、中模组件和两端板组件对应组合，可完成初期支护结构的成型，再由成型后的初期支护结构、内模组件和两端板组件对应组合，可完成二次衬砌结构的对应成型，从而实现复合式衬砌隧道模型的分步浇筑成型，有效模拟了复合式衬砌隧道的实际成型过程，且初期支护和二次衬砌的变形与开裂均可在各自结构范围内进行，能有效提升试验结果的准确性和真实性，为复合式衬砌隧道的设计与施工提供准确的数据支持，间接提升复合式衬砌隧道的使用寿命，降低隧道的应用成本。

为实现上述目的，本实用新型提供一种复合式衬砌隧道模型的浇筑模具，其特征在于，该浇筑模具包括主体构件和分设于该主体构件两端的端板组件；其中，

所述主体构件包括由外及内依次同轴套设的外模组件、中模组件和内模组件，各组件分别为筒状结构，并在相邻两组件之间预留有浇筑对应结构的空间，继而可通过所述外模组件和所述中模组件的对应匹配来完成复合式衬砌隧道模型中初期支护结构的浇筑，且可通过所述外模组件和所述内模组件的对应匹配来完成所述复合式衬砌隧道模型中二次衬砌结构的浇筑；

所述端板组件呈环形板状结构，其板面沿所述主体构件的径向设置，且该板面可在与所述主体构件的端部对正后与该主体构件中各组件的端部稳定连接，并实现所述主体构件的端部密封，即所述外模组件、所述中模组件和所述内模组件的端部可分别固定在所述端板组件的环形板面上，从而可实现所述主体构件中各组件位置的固定和相邻两组件之间间距的保持。

作为本实用新型的进一步改进，所述外模组件由沿环向依次设置的多个弧形外板对应拼装而成，其包括设置在所述外模组件顶部的拱顶外板和设置在所述外模组件底部的仰拱外板，以及分设于所述外模组件两侧的侧壁外板，所述侧壁外板的两侧壁可分别与所述拱顶外板和所述仰拱外板的侧壁对正后与其匹配连接，以形成环向封闭的筒状结构。

作为本实用新型的进一步改进，所述中模组件由沿环向依次设置的多个弧形中板对应拼装而成，其包括设置在所述中模组件顶部的拱顶中板和设置在所述中模组件底部的仰拱中板，以及分设于所述外模组件两侧的侧壁中板，所述侧壁中板的两侧壁可分别与所述拱顶中板和所述仰拱中板的侧壁对正后与其匹配连接，以形成环向封闭的筒状结构。

作为本实用新型的进一步改进，所述内模组件由沿环向依次设置的多个弧形内板对应拼装而成，其包括设置在所述内模组件顶部的拱顶内板和设置在所述内模组件底部的仰拱内板，以及分设于所述外模组件两侧的侧壁内板，所述侧壁内板的两侧壁可分别与所述拱顶内板和所述仰拱内板的侧壁对正后与其匹配连接，以形成环向封闭的筒状结构。

作为本实用新型的进一步改进，所述侧壁外板包括沿环向依次设置并以侧壁对应连接的拱肩外板、侧墙外板和墙脚外板，即所述拱肩外板背离所述侧墙外板的一侧侧壁与所述拱顶外板的一侧侧壁对应连接，且所述墙脚外板背离所述侧墙外板的一侧侧壁与所述仰拱外板的一侧侧壁对应连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述侧壁中板包括沿环向依次设置并以侧壁对应连接的拱肩中板、侧墙中板和墙脚中板，即所述拱肩中板背离所述侧墙中板的一侧侧壁与所述拱顶中板的一侧侧壁对应连接，且所述墙脚中板背离所述侧墙中板的一侧侧壁与所述仰拱中板的一侧侧壁对应连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述侧壁内板包括沿环向依次设置并以侧壁对应连接的拱肩内板、侧墙内板和墙脚内板，即所述拱肩内板背离所述侧墙内板的一侧侧壁与所述拱顶内板的一侧侧壁对应连接，且所述墙脚内板背离所述侧墙内板的一侧侧壁与所述仰拱内板的一侧侧壁对应连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述外模组件端部的外周壁面上对应所述端板组件沿环向间隔设置有多个具有通孔的连接凸起，并使得所述外模组件的端部与所述端板组件对正后，可通过各所述连接凸起分别与螺栓对应匹配而将所述外模组件的端部稳固连接在所述端板组件上。

作为本实用新型的进一步改进，所述中模组件和/或所述内模组件端部的内周壁面上对应所述端板组件沿环向间隔设置有多个具有通孔的连接凸起，并使得对应组件的端部与所述端板组件对正后，可通过所述连接凸起分别与螺栓对应匹配而将该组件的端部稳固连接在所述端板组件上。

作为本实用新型的进一步改进，所述端板组件由沿环向依次设置的多个端板对应拼装而成，其包括对应所述主体构件顶部设置的拱顶端板和对应该主体构件底部设置的仰拱端板，以及分设于所述端板组件两侧并可与所述主体构件两侧端部对正的侧壁端板。

作为本实用新型的进一步改进，所述侧壁端板包括依次以侧壁连接的拱肩端板、侧墙端板和墙脚端板，即所述拱肩端板的一侧侧壁连接所述拱顶端板的一侧侧壁，且所述墙脚端板的一侧侧壁连接所述仰拱端板的一侧侧壁。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本实用新型的复合式衬砌隧道模型的浇筑模具，其中通过设置由外模组件、中模组件和内模组件构成的主体构件和可对应固定连接在主体构件两端的端板组件，由外模组件、中模组件和两端板组件对应组合，可完成初期支护结构的成型，再由成型后的初期支护结构、内模组件和两端板组件对应组合，可完成二次衬砌结构的对应成型，从而实现复合式衬砌隧道模型的分步浇筑成型，有效模拟了复合式衬砌隧道的实际成型过程，且初期支护和二次衬砌的变形与开裂均可在各自结构范围内进行，能有效提升试验结果的准确性和真实性，为复合式衬砌隧道的设计与施工提供准确的数据支持，间接提升复合式衬砌隧道的使用寿命，降低隧道的应用成本；

(2)本实用新型的复合式衬砌隧道模型的浇筑模具，其通过将外模组件、中模组件和/或内模组件设置为由多个弧形板沿环向依次拼装而成的形式，使得模具的拼装和拆除简单便捷，且隧道模型的成型精度高，有效缩短了隧道模型成型的周期，提升了隧道模型试验的效率和准确性；

(3)本实用新型的复合式衬砌隧道模型的浇筑模具，其通过螺栓来完成各组件中对应弧形板的匹配连接和各组件与端板组件的匹配连接，操作简单，稳定性高，能有效保证隧道模型成型过程中的精度，减少成型过程中的浇筑结构的变形，进一步提升成型的精度，减少试验结果的误差；

(4)本实用新型的复合式衬砌隧道模型的浇筑模具，其主体结构的各组件之间相互套设，并可通过在各组件对应环向周面上涂抹脱模剂，来辅助完成对应组件的拆除和浇筑结构的脱模，且待拆除的组件可在构件浇筑完成后以沿轴向滑动的方式进行拆除，拆除的过程简单，拆除效率较高，并且可有效减少模具拆卸过程中对浇筑模型的破坏，确保试验结果的准确性；

(5)本实用新型的复合式衬砌隧道模型的浇筑模具，其模具结构简单，装卸便捷，且利用其浇筑隧道模型的步骤简便，可操作性强，能有效完成复合式衬砌隧道模型的分步成型，充分模拟复合式衬砌隧道的成型与应用过程，提升试验数据的真实性和准确性，为隧道的结构设计与施工提供理论依据，提升隧道的使用寿命，具有较好的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型实施例中复合式衬砌隧道模型的浇筑模具的主体构件结构示意图；

图2是本实用新型实施例中复合式衬砌隧道模型的浇筑模具的端板组件结构示意图；

图3是利用本实用新型实施例的浇筑模具来浇筑复合式衬砌隧道模型的流程示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1.外模组件，101.拱顶外板，102.拱肩外板，103.侧墙外板，104.墙脚外板，105.仰拱外板；2.中模组件，201.拱顶中板，202.拱肩中板，203.侧墙中板，204.墙脚中板，205.仰拱中板；3.内模组件，301.拱顶内板，302.拱肩内板，303.侧墙内板，304.墙脚内板，305.仰拱内板；4.端板组件，401.拱顶端板，402.拱肩端板，403.侧墙端板，404.墙脚端板，405.仰拱端板。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型实施例中复合式衬砌隧道模型的浇筑模具如图1和图2中所示，其中，图1是本实用新型实施例中复合式衬砌隧道模型的浇筑模具的主体构件结构示意图；图2是本实用新型实施例中复合式衬砌隧道模型的浇筑模具的端板组件结构示意图。

进一步地，优选实施例中浇筑模具的主体构件如图1中所示，其包括由外及内依次套设的外模组件1、中模组件2和内模组件3，其中，相邻两组件之间预留有一定的空隙，以用于复合式衬砌隧道模型中对应衬砌结构的浇筑成型；具体地，在优选实施例中，外模组件1同轴套设在中模组件2的外周上，两者之间预留的环形空间可用于浇筑成型复合式衬砌隧道模型的初期支护结构；而中模组件2同轴套设于内模组件3的外周上，在初期支护结构浇筑成型后，可对应将中模组件2拆除，并在内模组件3和外模组件1之间浇筑成型复合式衬砌隧道模型的二次衬砌结构，即在初期支护结构的内周壁与内模组件3的外周壁之间浇筑成型复合式衬砌隧道的二次衬砌结构。

进一步地，优选实施例中的外模组件1、中模组件2和内模组件3分别呈筒状结构，其径向截面大体呈椭圆形，如图1中所示；进一步地，优选实施例中的外模组件1由多个具有一定弧度的外板对应拼装而成，其优选包括设置在外模组件1顶部的拱顶外板101和对应设置在外模组件1底部的仰拱外板105，拱顶外板101和仰拱外板105的两侧壁之间分别设置有侧壁外板，侧壁外板的顶部侧壁与拱顶外板101的一侧侧壁对应匹配连接，其底部侧壁与仰拱外板105的一侧侧壁对应匹配连接，当然，另一侧壁外板也以上述形式对应连接，并继而形成筒状的外模组件1；进一步优选地，优选实施例中的侧壁外板具有一定的弧度，其优选包括依次以侧壁对应连接的拱肩外板102、侧墙外板103和墙脚外板104，即拱肩外板102的一侧侧壁对应连接拱顶外板101的一侧侧壁，拱肩外板102的另一侧侧壁对应连接侧墙外板103的一侧侧壁，而墙脚外板104的两侧侧壁分别对应连接侧墙外板103的一侧侧壁和仰拱外板105的一侧侧壁；通过设置多侧壁对应拼接的形式来形成外模组件1的侧壁外板，可降低模具的拆模难度，提升复合式衬砌隧道模型的浇筑成型效率。

进一步地，优选实施例中的中模组件2包括设置在顶部的拱顶中板201和设置在底部的仰拱中板201，两中板的两侧壁之间分别通过侧壁中板对应连接，形成如图1所示的筒状结构；进一步优选地，优选实施例中的侧壁中板包括拱肩中板202、侧墙中板203和墙脚中板204，各中板的连接形式优选如图1中所示，即与优选实施例中侧壁外板的各外板连接形式一致，故而在此不做赘述。

相应地，优选实施例中内模组件3如图1中所示，其设置形式与外模组件1和/或中模组件2类似，即包括设置在顶部的拱顶内板301和设置在底部的仰拱内板305，两内板的两侧壁之间分别通过侧壁内板对应连接，形成如图1所示的筒状结构；进一步优选地，优选实施例中的侧壁内板包括拱肩内板302、侧墙内板303和墙脚内板304，各内板的连接形式优选如图1中所示，即与优选实施例中侧壁外板和/或侧壁中板的各板连接形式一致，故而在此不做赘述。

进一步地，优选实施例中的浇筑模具中对应主体构件的两端分别设置有呈环状的端板组件4，如图2中所示，端板组件4的板面沿主体构件的径向设置，且端板组件4的内周环向和外周环向分别对应内模组件3和外模组件1的端部设置，即端板组件4的内周环向可对应连接在内模组件3的端部上，端板组件4的外周环向可对应连接在外模组件1的端部上，相应地，在端板组件4的板面上对应中模组件2的端部开设有多个连接孔，即多个连接孔沿环向间隔设置，以实现中模组件2端部在端板组件4上的固定，从而可实现主体构件端部在端板组件4上的稳固连接，使得主体构件两端部可通过两端板组件4密封，且由于主体构件各组件端部分别固定在端板组件4上，使得各组件之间的间距可以保持一致，以完成对应衬砌结构的浇筑成型，保证浇筑厚度的稳定性和精确性。

进一步优选地，优选实施例中的端板组件4由多块板对应拼装而成，其在优选实施例中包括拱顶端板401、拱肩端板402、侧墙端板403、墙脚端板404和仰拱端板405，上述各端板之间依次匹配连接，组装成如图2中所示的环状结构；进一步地，优选实施例中的拱顶端板401对应拱顶外板101和拱顶内板301设置，即其外周壁面对正拱顶外板101的端面，内周壁面对正拱顶内板301的端面，并可分别与拱顶外板101、拱顶中板201和拱顶内板301匹配连接，相应地，拱肩端板402、侧墙端板403、墙脚端板404和仰拱端板405的设置形式与拱顶端板401的设置形式相同，即拱肩端板402的内外周可分别与拱肩内板302和拱肩外板102对正，侧墙端板403的内外周可分别与侧墙内板303和侧墙外板103对正，以此类推，其余端板也可与对应位置上的主体构件端部对正并稳固连接。

进一步优选地，优选实施例中各组件相邻两板之间的连接和/或端板组件4与主体构件之间的连接可通过螺栓连接来完成；具体地，优选实施例中外模组件1的各板之间通过连接凸起上的连接通孔和螺栓对应匹配连接，各外板上的连接凸起分别沿轴向间隔设置在各外板两侧的外周壁面上，继而相邻两外板对应拼接时，两外板对正侧壁上的连接凸起可依次对正，并分别通过螺栓对应连接，继而多个外板对应拼装连接后，在外模组件1内形成光滑的环状内周壁面；相应地，各中板和/或各内板的两侧内周壁面上沿轴向间隔设置有多个连接凸起，使得各中板和/或各内板对应拼装成筒状整体后，在中模组件2和/或内模组件3上形成光滑的环状外周壁面，以用于衬砌结构的浇筑成型；当然，优选实施例中连接凸起的设置间隔、设置数量、设置位置等可根据实际需要进行优选，在此不做赘述。

进一步地，优选实施例中在主体构件各组件的端部上分别对应端板组件4沿环向间隔设置有连接凸起，以用于主体构件和端板组件4的对应匹配和连接；进一步优选地，外模组件1端部的连接凸起沿环向间隔设置在各板的外周壁面上，如图1中所示，相应地，中模组件2和内模组件3端部的连接凸起优选沿环向间隔设置在各板的内周壁面上，以用于中模组件2和内模组件3在端板组件4上的稳固连接；进一步地，端板组件4上对应主体构件端部的连接凸起设置有对应的连接结构，具体而言，端板组件4的内周环向上对应内模组件3内周壁面上的连接凸起设置有连接凸起，端板组件4的外周环向上对应外模组件1外周壁面上的连接凸起对应设置有连接凸起，且端板组件4的板面上沿环向间隔开设有多个可对正中模组件2内周壁面上连接凸起的连接孔，以用于连接螺栓对应穿过而将中模组件固定在端板组件4上。

通过上述优选实施例中所记载的主体构件和其两端面对应设置的端板组件4，可快速拼装成复合式衬砌隧道模型的浇筑模具，完成复合式衬砌隧道模型的快速、精确成型。进一步地，利用优选实施例中的浇筑模具来浇筑衬砌隧道模型的方法，其流程示意图如图3中所示，具体步骤如下：

S1：将外模组件1中的各外板依次拼装，组成如图1中所示呈筒状的外模结构，并将外模结构的一侧端部对应连接在一端板组件4上，再将中模组件2中的各中板依次拼装，组成呈筒状的中模结构，继而在外模结构的内周壁面上涂抹脱模剂，且在中模结构的外周壁面上缠绕粘结透明胶带或者保鲜膜等材料，以之模拟初期支护与二次衬砌之间的防水材料；

S2：将中模组件2同轴套设在外模组件1内，并将中模组件2的一侧端部对应连接在已连接有外模组件1端部的端板组件4上，继而在外模组件1和中模组件2之间浇筑复合式衬砌隧道模型的初期支护结构，该初期支护结构的材料、成分与比例在此不做限定，其可根据实际需要进行优选；

S3：完成初期支护结构的浇筑后，在外模组件1和中模组件2未连接端板组件4的一端端部上对应连接另一端板组件4，并优选将模具置于烤箱内烘干，完成初期支护结构的硬化和成型；

S4：将浇筑模具一侧的端板组件4拆除，并对应拆除浇筑模具中的中模组件2，继而将内模组件3中的各内板依次拼装，组成如图1中所示的内模结构，并优选在内模结构的外周壁面上涂抹脱模剂，以辅助内模结构的拆模，继而将内模结构的一端固定连接在连接有外模组件1一侧端部的端板组件4上，从而在内模结构的外周和已成型的初期支护结构的内周之间形成可浇筑二次衬砌结构的环状空间；

S5：在已成型的的初期支护结构和内模的外周壁之间浇筑成型复合式衬砌隧道模型的二次衬砌结构，完成浇筑后，对应连接好主体构件两侧端部上的端板组件4，并将浇筑模具置于烤箱中烘干硬化，完成二次衬砌结构的硬化和成型；

S6：待二次衬砌结构硬化成型后，依次拆除主体构件两端的端板组件4，再依次拆除外模组件1和内模组件3，从而得到具有初期支护结构和二次衬砌结构的复合式衬砌隧道模型，完成复合式衬砌隧道模型的浇筑。

通过上述成型的复合式衬砌隧道模型可有效模拟完成复合式衬砌隧道实际应用过程中受不同围岩条件下的开裂、损伤、变形等情况，为复合式衬砌隧道的设计提供理论及参数依据。

本实用新型优选实施例中复合式衬砌隧道模型的浇筑模具，其通过设置由外模组件1、中模组件2和内模组件3组成的主体构件和可与主体构件两端部对应连接的端板组件4，由外模组件1、中模组件2和两端板组件4对应组合，可完成初期支护结构的成型，再由成型后的初期支护结构、内模组件3和两端板组件4对应组合，可完成二次衬砌结构的对应成型，从而完成复合式衬砌隧道模型的浇筑成型；其中，初期支护结构和二次衬砌结构分开浇筑，可更为真实地模拟隧道结构的实际受力状态，使得初期支护和二次衬砌的变形与开裂均可在各自结构范围内进行，有效提升试验结果的准确性和真实性；此外，在对应组件的拆模过程中，可通过对应组件沿轴向的滑动来实现对应组件的快速拆除，有效提升了模具拆除的效率，间接提升了隧道模型成型的效率，降低了复合式衬砌隧道模型的试验成本，具有较好的推广应用价值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。