全圆隧洞混凝土衬砌的周向滑模施工装置及方法与流程

本发明涉及隧洞混凝土衬砌的施工方法，特别涉及一种全圆隧洞混凝土衬砌的周向滑动模板及方法。

背景技术：

目前，全圆隧洞混凝土衬砌通常采用全断面钢模台车，其能够实现隧洞混凝土的快速衬砌。但现有技术中全断面钢模台车混凝土衬砌比较突出的缺点与不足是：

一是钢模台车重量大，安装、移动、拆除不方便，制造、运输、安装等成本较高，通用性差，难以重复利用。

二是混凝土的入仓、平仓、振捣等施工工序只能依靠入料口来完成，不能直观的控制混凝土施工过程及工程质量。

三是衬砌混凝土在待强后才能脱模，施工过程中不能随时发现施工缺陷，无法及时得到有效处理，也无法对混凝土及时实施养护。

四是局限于钢模台车的结构，针梁阻挡了施工通道，无法满足通行要求，不利于实现平行作业。

五是局限于工程成本的影响，钢模台车的长度受限，隧洞衬砌速度也因此受限，施工速度很难实现较大突破。

综上所述，提供一种结构简单、安拆方便、适应性强、成本可控、满足通行、能对隧洞混凝土先行脱模并能够及时修补混凝土施工缺陷、还能及时养护的全圆隧洞混凝土衬砌快速施工装置与方法，成为本领域工程技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明目的是提供一种全圆隧洞混凝土衬砌的周向滑模施工装置及方法，有效解决全圆隧洞混凝土施工过程中普遍存在的关键问题和不足，此施工装置及方法结构简单，安拆移动方便，成本低廉，质量可控，能连续施工、并能随时监控并修复施工质量缺陷，及时有效实施养护，且能够满足通行要求。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：全圆隧洞混凝土衬砌的周向滑模施工装置，它包括用于对整个装置进行支撑的台架结构，在台架结构的两端安装用于驱动其沿着隧洞轴线方向行走的行走动力装置；所述台架结构上通过滑模轨道支撑支撑安装有用于滑模环形移动的滑模环形轨道，所述滑模环形轨道沿着隧洞的断面环形布置，并在滑模环形轨道上设置有用于混凝土成型的模板系统；所述滑模上连接有用于驱动其沿着滑模环形轨道滑动并实现其脱模的滑升动力装置；所述台架结构的顶部设置有用于混凝土浇筑的混凝土入仓装置；在台架结构和滑模环形轨道之间的位置搭设有工作平台。

所述台架结构采用型钢焊接成桁架式，在其中间部位铺设有通道；所述台架结构内接于滑模环形轨道，所述台架结构的长度大于滑模的长度；在台架结构的前后两端分别对称设置有液压固定支撑。

所述模板系统包括对称滑动安装在滑模环形轨道上的两块滑模，所述滑模环形轨道的顶部设置有封顶模板，所述封顶模板上加工多个进料孔、排气孔、观察孔和封堵孔；所述滑模包括弯曲成弧形的面板，所述面板采用6-9毫米厚的钢板加工而成，面板的内侧壁通过加强筋焊接固定有桁架围圈；所述焊接围圈采用角钢和钢板材料裁剪拼装焊接而成。

在浇筑过程中所述滑模环形轨道和隧洞开挖边线之间设置有堵头模板；所述封顶模板和台架结构的顶部之间设置有脱模液压缸。

所述滑升动力装置包括用于对模板进行支撑和脱模的液压油缸，用于驱动模板滑动的升降杆以及千斤顶，所述升降杆的末端连接有牵引钢丝绳，所述牵引钢丝绳的另一端穿过设置在滑模环形轨道顶部的导向轮，并与滑模固定相连；所述滑模环形轨道每间隔3-4米布置一榀；所述液压油缸、升降杆和千斤顶都采用液压动力驱动，都分别通过油管、控制阀与液压泵站相连。

所述混凝土入仓装置包括设置在台架结构顶部的集料斗，所述集料斗的底部设置有多个分料槽，所述分料槽通过活节溜筒与滑模的浇筑仓相连通，并向两侧滑模均匀分料、分层平仓浇筑混凝土。

所述工作平台包括设置在台架结构上的固定工作台以及能够折叠的折叠工作台；所述折叠工作台采用钢管作为框架，用钢筋焊接成网片结构，分片制造，并与滑模铰接相连；还包括悬吊在滑模底部的用于对脱模之后混凝土、预埋件进行消缺及处理的辅助盘；沿着滑模的长度方向布置有洒水喷雾装置。

所述行走动力装置包括铺设在已浇筑段上的后轨道，所述后轨道上通过滚动配合有后轨道轮组，所述后轨道轮组与台架结构的一端固定相连，所述台架结构的另一端固定安装有前轨道轮组，所述前轨道轮组支撑在前轨道上，所述前轨道支撑在待浇筑段上，所述后轨道轮组和前轨道轮组都与轨道轮液压牵引机相连，并分别驱动其沿着轨道移动。

所述后轨道和前轨道都采用标准钢轨窄轨距双轨分节制造，所述后轨道轮组和前轨道轮组都采用钢铸造而成，与行走轨道相配套，采取双轮双侧布置。

任意一项所述周向滑模施工装置的进行全圆隧洞混凝土衬砌施工的方法，包括以下步骤：

步骤1，模板系统的制作：在制造车间按照设计要求分节制造封顶模板、滑模和堵头模板，并预组装进行空载实验，验收合格后分节编号；

步骤2，台架结构和滑模环形轨道的制作与安装：在制造车间按照设计要求制造好台架结构，并在隧洞内进行固定安装；

步骤3，模板系统的安装：待台架结构和滑模环形轨道安装完成之后，在滑模环形轨道上安装滑模；

步骤4，混凝土入仓装置布置：在台架结构上安装集料斗、分料槽和活节溜筒，并在合适位置布置混凝土泵，架设混凝土泵管到集料斗内；

步骤5，混凝土浇筑施工：混凝土采用罐车运输，到位之后通过混凝土泵将其输送到集料斗，利用分料槽、活节溜筒对称入仓、均匀分仓，并利用软轴震动棒分层均匀振捣；严格执行顺序入仓、分层平仓、均匀振捣、同步滑升、及时消缺、定时养护的原则；封顶段施工时，将混凝土泵管直接连接在封堵孔上，逐步完成封堵作业，并通过排气孔、观察孔以及堵头模板及时观察封堵情况，利用安装在封顶模板上的附着式振动器对封堵部位混凝土实现有效振捣，确保封顶质量；

步骤6，滑模滑动：滑模滑动分为底拱段、边拱段、顶拱段三部分，底拱段比较平缓，滑动速度可以稍快，滑模的初次滑升要缓慢进行，并在此过程中，对液压系统，模板系统以及相关设施，在负载情况下，全面系统检查，发现问题，及时处理，待一切正常后方可进行正常滑升；

两边拱段可随着滑模的滑升其速度逐渐减慢，尤其滑升进入腰部后和拱顶段后，其速度应严格控制，应尽量保持连续作业，须由专人观察脱模混凝土表面质量，以确定合适的滑升时间和滑升速度，必要时可调整混凝土初凝时间；根据混凝土特性、供料速度、环境温度、脱模强度等综合试验来确定滑升速度，正常日滑升5-10m左右；

混凝土浇筑前应做混凝土固身凝固试验，应控制其固身凝固时间4～6小时，脱模的混凝土面应无流淌和拉裂现象，手按有硬的感觉并能压出0.9~1mm的指印，能用抹子抹光；若脱模混凝土面平整，可不做抹光处理，如脱模混凝土面有缺陷，应立即进行混凝土表面修补，一般用抹子在混凝土表面用原浆压平抹光；

步骤7，混凝土消缺养护：底拱混凝土浇筑时气泡不易排出，吸附于模板表面，脱模后易形成麻面，在脱模后利用养护平台进行原浆修复，要求光、匀、平整，脱模后的混凝土洒水喷雾养护，通过辅助盘上的洒水喷雾装置，对脱模混凝土面进行及时养护；

步骤8，模体下放、平移：当滑模滑到封顶模板位置封堵完成并待强具备脱模强度后，启动脱模液压缸，使模板与混凝土脱离；尔后利用控制台控制千斤顶将滑模缓慢沿滑模环形轨道下放至隧洞底板的移动轨道上，松开两端液压固定支撑，再利用轨道轮液压牵引机将模体牵引到下一个仓位，如此循序往返，逐渐完成隧洞混凝土衬砌施工。

本发明有如下有益效果：

1、本发明采用轨道行走方式，其安装、拆除位置比较灵活；通过采用轨道轮液压牵引机牵拉，移动平稳且非常方便。每循环施工完毕，能在较快的时间内移至下一个仓位；采用全液压集中控制，施工操作方便，可快速实现装置的移动、就位、固定、施工、脱模等施工工序。

2、混凝土施工工艺直观可控，混凝土的入仓、平仓、振捣等施工均在模板上口一定范围内进行，操作方便、易于控制，可充分保证均匀入仓、分层平仓、密实振捣，有利于混凝土内在质量。

3、脱模符合混凝土强度浇筑规律，混凝土脱模强度控制在0.1～0.3MPa，仍处于初凝期间，脱模后人员可以及时检查混凝土浇筑质量，对表面缺陷和预埋可以及时处理，既可保证表面质量，又保证了表面美观；洒水养护在辅助盘上及时、连续、均匀进行，也有利于混凝土强度保证。

4、滑模移动与台架结构共用轨道，施工精度高，钢筋绑扎质量有保障，施工速度可有效提高。

5、台架结构设计为中空结构，有较大的施工操作空间，同时，可在中部布置施工通道，方便人员、施工材料、工器具通过；有利于其它工序的平行作业。

6、滑模数分节制造，结构长度可以调节，可适应隧洞转弯的要求；重量较轻，移动方便；同时2块滑模和1块封顶模板合计周向弧长仅5米左右，重量相比全断面钢模台车大幅减轻，制造安装成本大幅降低，尤其对大直径隧洞更加有利。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的纵剖面示意图。

图2为本发明的第一断面示意图。

图3为本发明的第二断面示意图。

图中：已浇筑段1、后轨道2、后轨道轮组3、滑模轨道支撑4、台架结构5、脱模液压缸6、隧洞开挖边线7、活节溜筒8、分料槽9、封顶模板10、封堵孔11、滑模环形轨道12、正浇筑段13、滑模14、堵头模板15、前轨道轮组16、前轨道17、轨道轮液压牵引机18、衬砌轮廓19、液压固定支撑20、导向轮21、牵引钢丝绳22、千斤顶23、升降杆24、固定工作平台25、集料斗26、折叠工作台27、待浇筑段28。

滑模初始位置A、滑模滑动方向B、滑模最终位置C。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

请参阅图1-3，全圆隧洞混凝土衬砌的周向滑模施工装置，它包括用于对整个装置进行支撑的台架结构5，在台架结构5的两端安装用于驱动其沿着隧洞轴线方向行走的行走动力装置；所述台架结构5上通过滑模轨道支撑4支撑安装有用于滑模14环形移动的滑模环形轨道12，所述滑模环形轨道12沿着隧洞的断面环形布置，并在滑模环形轨道12上设置有用于混凝土成型的模板系统；所述滑模14上连接有用于驱动其沿着滑模环形轨道12滑动并实现其脱模的滑升动力装置；所述台架结构5的顶部设置有用于混凝土浇筑的混凝土入仓装置；在台架结构5和滑模环形轨道12之间的位置搭设有工作平台。通过上述施工装置，有效解决了全圆隧洞混凝土施工过程中普遍存在的关键问题和不足，其结构简单、安拆移动方便、成本低廉、质量可控、能连续施工、并能随时监控并修复施工质量缺陷、及时有效实施养护、且能够满足通行要求。

进一步的，所述台架结构5采用型钢焊接成桁架式，在其中间部位铺设有通道；所述台架结构5内接于滑模环形轨道12，所述台架结构5的长度大于滑模14的长度；在台架结构5的前后两端分别对称设置有液压固定支撑20。其中台架结构5是整个结构的支撑骨架，也是滑模环形轨道12的支撑构架，还可以作为工作通道。根据隧洞断面的不同，一般情况下用型钢焊接成桁架式，中部可铺设成通道，以方便材料及人员通行。其截面尺寸需综合考虑滑模要求、行走通道、分料系统、滑升系统、行走方式等因素；一般情况下，按照滑模环形轨道的内接正方形考虑其截面尺寸。其长度主要考虑其行走方式、衬砌强度、设计分缝、钢筋安装等要求；一般情况下略大于模板长度，两端考虑一定的行走装置位置即可。为了保证滑模施工过程中结构稳定，在台架前后端头分别设置4个液压固定支撑20。

进一步的，所述模板系统包括对称滑动安装在滑模环形轨道12上的两块滑模14，所述滑模环形轨道12的顶部设置有封顶模板10，所述封顶模板10上加工多个进料孔、排气孔、观察孔和封堵孔11；所述滑模14包括弯曲成弧形的面板，所述面板采用6-9毫米厚的钢板加工而成，面板的内侧壁通过加强筋焊接固定有桁架围圈；所述焊接围圈采用角钢和钢板材料裁剪拼装焊接而成。优选的，模板面板采用6-9毫米厚的钢板加工成设计弧度，焊接到桁架围圈上，通过加强肋与面板形成一个刚性模体。桁架围圈采用角钢、钢板等加工，截面尺寸1-1.2米，模板宽度1.2-1.5米，其顶部固定封顶模板可适当加宽。模板长度统筹考虑隧洞设计分缝、钢筋长度、施工进度等因素，一般以10-20米左右为宜。为了安拆、运输方便，并适应不同的转弯，可按一定的模数分节制造，节之间螺栓连接。

进一步的，在浇筑过程中所述滑模环形轨道12和隧洞开挖边线7之间设置有堵头模板15；所述封顶模板10和台架结构5的顶部之间设置有脱模液压缸6。其中，为了脱模的需要，模板与环形轨道之间留有一定的收缩余地，一般用脱模液压缸6或丝杠实现脱模。

进一步的，所述滑升动力装置包括用于对模板进行支撑和脱模的液压油缸，用于驱动模板滑动的升降杆24以及千斤顶23，所述升降杆24的末端连接有牵引钢丝绳22，所述牵引钢丝绳22的另一端穿过设置在滑模环形轨道12顶部的导向轮21，并与滑模14固定相连；所述滑模环形轨道12每间隔3-4米布置一榀；所述液压油缸、升降杆24和千斤顶23都采用液压动力驱动，都分别通过油管、控制阀与液压泵站相连。所述滑模环形轨道12其数量徐综合考虑模板其强度与刚度、滑模摩阻力、模板重量、工作载荷、动载荷、不均匀载荷等因素，一般情况下与台架系统统筹布置。滑升动力装置主要是牵引模体沿环形轨道周向滑动。其中液压油缸主要用于模板支撑与脱模，千斤顶与升降杆配套使用，其数量、吨位根据模板长度、结构型式等来确定。集中控制台是专用设备，为系统的指挥中心，通过油管、控制阀等为千斤顶提供动力，安装在台架结构5上，用液压油管与各油缸、千斤顶连接，采用电脑自动控制，实现模体的移动行走、支撑固定、升降脱模等功能。

进一步的，所述混凝土入仓装置包括设置在台架结构5顶部的集料斗26，所述集料斗26的底部设置有多个分料槽9，所述分料槽9通过活节溜筒8与滑模14的浇筑仓相连通，并向两侧滑模均匀分料、分层平仓浇筑混凝土。混凝土泵直接将混凝土送到集料斗内，通过分料槽、活节溜筒向两侧滑动模板均匀分料、分层平仓，在模板上口用插入式振捣器对混凝土实施有效振捣。当滑动模板与封顶模板封闭后，将混凝土泵管直接连接在封堵孔上，逐步完成封堵作业；利用安装在封顶模板上的附着式振动器对封堵部位混凝土实现有效振捣。

进一步的，所述工作平台包括设置在台架结构5上的固定工作台25以及能够折叠的折叠工作台27；所述折叠工作台27采用钢管作为框架，用钢筋焊接成网片结构，分片制造，并与滑模14铰接相连；还包括悬吊在滑模14底部的用于对脱模之后混凝土、预埋件进行消缺及处理的辅助盘；沿着滑模14的长度方向布置有洒水喷雾装置。其中工作平台是滑模施工的主要工作场地。考虑到滑模周向运动，工作平台采用折叠式。也可以考虑利用台架布置多层折叠式固定工作平台。

进一步的，所述行走动力装置包括铺设在已浇筑段1上的后轨道2，所述后轨道2上通过滚动配合有后轨道轮组3，所述后轨道轮组3与台架结构5的一端固定相连，所述台架结构5的另一端固定安装有前轨道轮组16，所述前轨道轮组16支撑在前轨道17上，所述前轨道17支撑在待浇筑段28上，所述后轨道轮组3和前轨道轮组16都与轨道轮液压牵引机18相连，并分别驱动其沿着轨道移动。所述后轨道2和前轨道17都采用标准钢轨窄轨距双轨分节制造，所述后轨道轮组3和前轨道轮组16都采用钢铸造而成，与行走轨道相配套，采取双轮双侧布置。轨道轮液压牵引机18固定前轨道上，用大行程液压油缸与台架相连，轨道轮液压牵引机18由集中液压控制台控制，驱动爬轨器油缸循序完成台车的移动。

实施例2：

任意一项所述周向滑模施工装置的进行全圆隧洞混凝土衬砌施工的方法，包括以下步骤：

步骤1，模板系统的制作：在制造车间按照设计要求分节制造封顶模板10、滑模14和堵头模板15，并预组装进行空载实验，验收合格后分节编号；

步骤2，台架结构5和滑模环形轨道12的制作与安装：在制造车间按照设计要求制造好台架结构5，并在隧洞内进行固定安装；

步骤3，模板系统的安装：待台架结构5和滑模环形轨道12安装完成之后，在滑模环形轨道12上安装滑模14；

步骤4，混凝土入仓装置布置：在台架结构5上安装集料斗26、分料槽9和活节溜筒8，并在合适位置布置混凝土泵，架设混凝土泵管到集料斗26内；

步骤5，混凝土浇筑施工：将混凝土采用罐车运输，到位之后通过混凝土泵将其输送到集料斗26，利用分料槽9、活节溜筒8对称入仓、均匀分仓，并利用软轴震动棒分层均匀振捣；严格执行顺序入仓、分层平仓、均匀振捣、同步滑升、及时消缺、定时养护的原则；封顶段施工时，将混凝土泵管直接连接在封堵孔11上，逐步完成封堵作业，并通过排气孔、观察孔以及堵头模板及时观察封堵情况，利用安装在封顶模板10上的附着式振动器对封堵部位混凝土实现有效振捣，确保封顶质量；

步骤6，滑模14滑动：滑模14滑动分为底拱段、边拱段、顶拱段三部分，底拱段比较平缓，滑动速度可以稍快，滑模的初次滑升要缓慢进行，并在此过程中，对液压系统，模板系统以及相关设施，在负载情况下，全面系统检查，发现问题，及时处理，待一切正常后方可进行正常滑升；

两边拱段可随着滑模的滑升其速度逐渐减慢，尤其滑升进入腰部后和拱顶段后，其速度应严格控制，应尽量保持连续作业，须由专人观察脱模混凝土表面质量，以确定合适的滑升时间和滑升速度，必要时可调整混凝土初凝时间；根据混凝土特性、供料速度、环境温度、脱模强度等综合试验来确定滑升速度，正常日滑升5-10m左右；

混凝土浇筑前应做混凝土固身凝固试验，应控制其固身凝固时间4～6小时，脱模的混凝土面应无流淌和拉裂现象，手按有硬的感觉并能压出0.9~1mm的指印，能用抹子抹光；若脱模混凝土面平整，可不做抹光处理，如脱模混凝土面有缺陷，应立即进行混凝土表面修补，一般用抹子在混凝土表面用原浆压平；

同时为了滑模能顺利进行，混凝土供应要连续，混凝土初凝时间的要求要选择好外加剂，其中混凝土初凝时间可根据现场环境气候温度等进行及时调整。

步骤7，混凝土消缺养护：底拱混凝土浇筑时气泡不易排出，吸附于模板表面，脱模后易形成麻面，在脱模后利用养护平台进行原浆修复，要求光、匀、平整，脱模后的混凝土洒水喷雾养护，通过辅助盘上的洒水喷雾装置，对脱模混凝土面进行及时养护；

步骤8，模体下放、平移：当滑模14滑到封顶模板位置封堵完成并待强具备脱模强度后，启动脱模液压缸，使模板与混凝土脱离；尔后利用控制台控制千斤顶将滑模缓慢沿滑模环形轨道12下放至隧洞底板的移动轨道上，松开两端液压固定支撑，再利用轨道轮液压牵引机18将模体牵引到下一个仓位，如此循序往返，逐渐完成隧洞混凝土衬砌施工。