一種隧洞混凝土襯砌模板裝置的制作方法

專利名稱：一種隧洞混凝土襯砌模板裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于水利水電、市政工程等技術領域中圓形隧洞的施工裝置，特別涉及一種隧 洞混凝土襯砌模板裝置。
技術背景目前，國內常用的全斷面隧洞襯砌模板主要是模板組件是圓形全斷面的封閉型結構， 模板組件的承重針梁位于隧洞斷面的中下部位置，模板的立模、拆模通過液壓系統和鋼結 構桿件控制，此種模板應用最為廣泛。但是，傳統的將針梁置于隧洞中下部的下置式鋼模 結構，其底拱處的弧形模板呈封閉狀且不可拆分，在澆筑混凝土時，底部氣泡難以根除， 由于振搗混凝土時所產生的氣泡無法通過底模排出。這樣，就會在底部混凝土表面產生大 量的氣泡、乳皮或蜂窩等質量缺陷，而通常，為了解決這些缺陷， 一般要在底模上設置振 搗孔或者排氣孔，此方法操作不方便且效果不明顯，混凝土砌襯成型后仍需要做大量的混 凝土表面修補處理，嚴重影響了混凝土的表面質量及大大增加了修補處理的成本，同時也 增加了隧洞糙率，極大地影響輸水隧洞的過流條件。此外，由于鋼模中的針梁置于隧洞的 中下部位置，其操作空間有限，不便于鋼筋與其它所需要的施工器具的搬運，同時也不便 于施工人員的通行和施工，使施工環境變得困難而且安全性能不好。另外，在現有技術中，也出現了將針梁置于隧洞中上部的上置式鋼模結構，雖然模板 的下部操作空間較大，便于操作人員的通行和施工，但是該上置式針梁鋼模結構的底拱模 板仍為封閉狀且不可拆卸，其與前述的傳統針梁鋼模結構相同，也不能有效地保證隧洞底 部澆筑的混凝土的內在及外觀質量。 發明內容本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種隧洞混凝土襯砌模板裝置，該模板裝 置有效地消除了傳統全斷面模板底拱氣泡問題，提高底拱部位混凝土內在及外觀成型質量。為了實現上述技術目的，本發明是按以下技術方案實現的 一種隧洞混凝土襯砌模板 裝置，包括模板系統、承重用的針梁系統，模板系統包括模板組件及模板掛架，模板組件 包括弧形的左側模、右側模、頂模及底模，該左側模、右側模、頂模及底模對應連接形成 斷面為圓形的模板組件；模板掛架掛設于頂模上，且模板掛架底部設置有分別與左側模、 右側模及底模連接的可伸縮的立模脫模裝置；針梁系統包括置于隧洞中上部的承重針梁及 用于支撐承重針梁且可調節高度的前后支撐腿裝置；承重針梁的上端面與頂模間滑動接觸且針梁搭置在模板掛架上，所述底模為可拆卸式結構，該可拆卸式結構的底模上設有在混凝土初凝時拆卸或翻轉后可對隧洞底拱混凝土表面進行原漿抹面的開敞部位。所述底模包括在混凝土初凝時即可拆卸的弧形底拱模板和底拱模板的背部支撐楞，以 及置于底拱模板背部支撐楞上方用于支撐側模底部的底模架，該底模架為井架結構，其橫 梁間設有間距大且方便人工抹面的開口部位，該開口部位即為便于人工抹面時的操作空間。 所述底模架的左側邊與左側模底部對應鉸連接。所述頂模包括弧形頂拱模板(面板)及用于支撐頂拱模板的腹板及加勁肋，所述左側 模、右側模、頂拱模板的邊緣處設置有用于銜接澆筑接縫的軟性搭接裝置。所述模板掛架為倒門形結構，其包括直立梁、橫桿及輪架，直立梁懸掛且固定連接在 頂模上，輪架的上表面設有使針梁與模板掛架相對滑動的滾輪裝置，所述頂拱模板底部也 設有滾輪裝置。在承重針梁的端部設置有調節前后支撐腿裝置高度及控制針梁上下的立模拆模的可伸 縮式液壓式控制系統。所述前后支撐腿裝置包括前后支撐腿、調節前后支撐腿高度的液壓油缸、支撐梁及支 撐座；所述立模拆模裝置包括左側模立模拆模裝置、右側膜立模拆模裝置及底模架的立模 拆模裝置；所述左側模立模拆模裝置包括設置在模板掛架底部及左側模上的液壓油缸，以 及連接在掛架及左側模上的可伸縮式螺旋狀支撐桿；所述右側模立模拆模裝置包括設置在 模板掛架底部及右側模上的液壓油缸，以及連接在掛架及左側模上的可伸縮式螺旋狀支撐 桿；所述底模架的立模拆模裝置包括設置在模板掛架底部及底模架上的液壓油缸，以及連 接在掛架及底模架上的可伸縮式螺旋狀支撐桿；上述各液壓油缸均與設置在頂模下方針梁 中部的液壓式控制系統相連且由該液壓式控制系統控制。所述承重針梁的兩端部固定設置有可使模板組件與針梁相對移動的驅動裝置。該驅動 裝置為分別固定在針梁兩端部且同時動作的電動巻揚機，在針梁兩端部設置有用于支撐電 動巻揚機的托架，在頂模的外端面設置有動滑輪，電動巻揚機的牽引繩繞過動滑輪后連接 在電動巻揚機的滾筒上。所述左側模、右側模、頂模及底模的底模架之間通過鉸鏈的方式活動連接。與現有技術相比，本發明的有益效果是(l)隧洞成型質量好本發明模板裝置采用針梁上置，同時底模采用可拆卸式結構，施工過程中，待底拱混 凝土初凝時，將底拱模板及其背部支撐楞人工取出，然后人在底模架的開口部位進行人工 抹面，以消除隧洞底拱的表面氣泡，同時也避免由于混凝土中存在的氣孔增加缺陷處理的 成本和增大了隧洞糙率影響過流條件，使混凝土的澆筑質量得到進一步的提高。此外，本發明的模板裝置在已澆混凝土襯砌與待澆倉位之間的接縫處設置了軟邊搭接 裝置，有效地防止了施工縫間的漏漿，混凝土成型后，外觀平滑，無漏漿，混凝土密實性 好。另外，由于模板的剛性好，穩定性高，保證了混凝土設計體型和施工安全，避免了常 規模板易出現的移位、變形等現象，消除了施工安全隱患。(2) 節省材料和勞動力、降低成本本發明模板裝置與傳統的針梁下置式的鋼模相比，由于針梁上置，加大了模板中下部 施工人員操作空間，使模板上風、水、電管線移設和鋼筋搬運顯得極為方便，同時也方便 了脫模過程的操作，節省大量勞動力，降低了工人的勞動強度。鋼模的行走、定位、振搗 都配有相應的設備，對混凝土澆筑各工序的人員都大為減少，與傳統采用拱架立模的方法 相比，節省勞動力約30%。另外，勞動強度和施工環境的改善，有力地保障了施工人員的 安全和職業健康。其次，模板裝置為整體運動，模板損耗率低，周轉次數多，節約了大量 的鋼材、木材，有利于環保要求，具有明顯的社會效益。(3) 節約時間、加快進度-本發明模板裝置配合底拱部位的可拆卸模板原漿抹面進行全斷面混凝土襯砌施工工 藝，即可一次成型澆筑混凝土，保持了針梁鋼模無水平施工縫、消除隧洞水平縫產生滲水的可能性，在2小時內完成鋼模的定位和校正工作，節約了立模和處理施工縫的時間，改善了混凝土外觀的整體成型質量的優點。同時，針梁鋼模上有配套設置的風、水、電及混 凝土振搗設備，縮短了混凝土澆筑的準備過程，大大加快了隧洞混凝土襯砌施工速度，平均澆筑進度12塊/月，最高月澆筑進度可達16塊/月(144m)，月最高澆筑強度可達3600m3。(4) 人性化設計本發明上模板裝置由于針梁上置極大地增加了針梁模板下部人員操作空間，方便了鋼 筋和施工器具的搬運，并極大地方便了后續工序的(灌漿、涂料等)施工，另外還有效地 實現了長隧洞混凝土襯砌的高效快速施工。


下面結合附圖和具體實施例對本發明做詳細的說明圖1是本發明隧洞混凝土襯砌模板裝置側面結構示意圖；圖2是上述圖1中A-A剖視圖；圖3是本發明中底模的結構示意圖；圖4是上述圖3中底模架的正面結構示意圖；圖5是上述圖3中底模架的俯視圖；圖6是上述圖1中B向視圖；圖7是本發明中前后支撐腿裝置的結構示意圖；圖8是本發明中已經拆除底拱模板及底拱模板背部支撐楞后模板組件示意圖；圖9是上述圖8的展開示意圖；圖10是本發明中模板掛架的正面結構示意圖；圖11是本發明中模板掛架的側面結構示意圖；圖12是本發明中模板掛架的俯視圖；圖13是本發明中承重針梁的沿隧洞延伸方向的結構示意圖； 圖14是上述圖13中C向視圖；圖15是本發明中電動巻揚機的安裝結構示意圖一； 圖16是本發明中電動巻揚機的安裝結構示意圖二； 圖17是本發明底模架脫模示意圖； 圖18是本發明中左側模脫模示意圖； 圖19是本發明中右側模脫模示意圖； 圖20是本發明中頂模脫模示意圖。
具體實施方式
如圖1 圖6所示，本發明所述的一種隧洞混凝土襯砌模板裝置，包括模板系統、承重 用的針梁系統，模板系統包括模板組件及模板掛架5，所述模板組件包括弧形的左側模3、 右側模4、頂模2及底模1，該左側模3、右側模4、頂模2及底模1對應鉸接形成斷面為 圓形的模板組件；所述模板掛架5掛設于頂模2上，且模板掛架5底部對應設置有分別與 左側模3、右側模4及底模1連接的可伸縮的立模脫模裝置；如圖10 14所示，所述針梁 系統包括置于隧洞中上部的承重針梁及用于支撐承重針梁6且可調節高度的前后支撐腿裝 置7;承重針梁6的上端面與頂模2間滑動接觸，該承重針梁6是搭置在模板掛架5上。如 圖3 圖5所示，底模1包括在混凝土初凝時即可拆卸的弧形底拱模板11和底拱模板11的 背部支撐楞12，以及置于背部支撐楞12上方用于支撐左右兩側模底部的底模架13，該底 模架13為井架結構，其橫梁間間距較大，橫梁間的間距位置的開口部位131即為以便于人 工抹面的操作空間，所述底模架13的兩側邊分別與左側模3及右側模4的底部對應連接； 另外，如圖8所示，所述左側模3、右側模4、頂模2及底模1的底模架13之間活動連接， 同時承重針梁6為矩形鋼桁架結構(圖13、 14所示)。在本發明中，為了確保頂模2的穩定性能及其立模和脫模的便利性，如圖11所示，頂 模2由弧形頂拱模板21及用于支撐頂拱模板的腹板及加勁肋22組成，與此相同的，左側 模3及右側膜4也是由弧形模板及用于支撐模板的腹板及加勁肋組成。為了防止模板接縫間的漏漿，如圖9所示，在左側模3、右側模4、頂拱模板21形成的外圈的邊緣處設置有 用于銜接澆筑接縫的軟性搭接裝置8。為了將模板掛架5能緊緊地固定連接在頂模2的頂拱模板21上，如圖10 12所示， 模板掛架5為倒門形的焊接型鋼結構，該倒門型鋼結構掛架具體包括直立梁51、橫桿52及 輪架53，直立梁51懸掛且固定連接在頂拱模板21上，而輪架53的上設有使承重針梁6與 模板掛架5相對滑動的第一滾輪裝置54;另外，在頂拱模板21的底部也設有第二滾輪裝置 23，該兩組滾輪裝置的設置有效地保證了模板系統與針梁系統之間的相對移動。在本發明中，為了有效地保證承重針梁6的移動及各模板的立模脫模的順利進行，如 圖1所示，在承重針梁6的端部設置有調節前后支撐腿裝置7高度及控制頂模(掛架5)立 模拆模裝置伸縮的液壓式控制系統17。如圖7所示，所述前后支撐腿裝置7包括前后支撐腿71、調節前后支撐腿高度的液壓 油缸(圖中未示出)、支撐梁73及支撐座72;如圖2及圖17 圖20所示，所述立模拆模裝 置包括左側模3的立模拆模裝置、右側膜4的立模拆模裝置及底模架13的立模拆模裝置； 其中左側模3的立模拆模裝置包括設置在模板掛架5底部及設置在左側模3上的液壓油缸 (圖中未示出)，以及連接在掛架及左側模3上的可伸縮式螺旋狀支撐桿9;右側模4的立模 拆模裝置包括設置在模板掛架5底部及右側模4上的液壓油缸，以及連接在掛架及右側模4 上的可伸縮式螺旋狀支撐桿9;底模架13的立模拆模裝置包括設置在模板掛架5底部及底 模架13上的液壓油缸，以及連接在掛架及底模架13上的可伸縮式螺旋狀支撐桿9，上述各 螺旋狀支撐桿9結構均相同；另外，上述各液壓油缸均與設置在頂模下方承重針梁中部的 液壓式控制系統17相連，通過該液壓式控制系統17來控制各液壓油缸的動作，從而可以 較好地實現左右側膜及底模架13的立模脫模過程；同時也能較好地控制前后支撐腿裝置7 前后支撐腿71的伸縮，以便于在承重針梁6需要向前移動時，將前后支撐腿71脫離地面 向前走動移位。除此以外，為了方便施工人員的作業，在承重針梁6的兩端部位置還設置 有爬梯18。在本發明中，為了能更好地支撐左側模3及右側模4，以保證其良好的立模性能，如圖 2所示，在模板掛架5的底部還設置有與左側模3及右側膜4對應連接的水平可調螺桿10， 通過該水平可調螺桿10及各螺旋狀支撐桿9的支撐，能有效地將左側模3及右側膜4支撐 住，增強其穩定性能，使得其有較好的混凝土澆筑性能。由于在某一工作位澆筑完成后，此時如果模板系統的位置已接近針梁系統沿隧洞延伸方向的端部時，必須將模板系統整體地固定住，將針梁系統向前前進一定距離，然后固定住針梁系統，讓模板系統沿著針梁系統的承重針梁6延伸的方向前進到下一個工作位，以便于下一個工作位混凝土襯砌澆筑的需要。這樣，模板系統與針梁系統之間必須有能驅動 二者相對移動的驅動裝置。如圖l、圖15及圖16所示，該驅動裝置為分別固定在承重針梁 6兩端部且能同步工作的兩臺電動巻揚機14，該兩臺電動巻揚機14分別固定在承重針梁6 兩端部所設的托架15上，在與電動巻揚機14對應一側的頂模2外端面分別設置有滑輪16， 電動巻揚機14的牽引繩14繞過動滑輪16后連接在電動巻揚機的滾筒上。為了保證模板系 統和針梁系統之間的移動能平穩的進行，所述的兩臺電動巻揚機14的運動應該同步進行， 即一臺在放出牽引繩141時另一臺應該收緊牽引繩14，這樣就保證了移動時的相對穩定性； 當然，此處也可以用電動鏈條葫蘆替代電動巻揚機以實現模板系統和針梁系統間的相對移 動。在本發明中，左側模3、右側模4、頂拱模板21及底拱模板11均可由至少一頁弧形模 板對應拼合而成，在此實施例中，如圖5所示，所述的左側模3、右側模4、頂拱模板21 及底拱模板11均是由六頁弧形模板對應拼合而成的，每頁弧形模板上均設置有用于混凝土 下料和振搗的窗孔。另外，為了便于承重針梁6能穩定的搭置在模板掛架5上，模板掛架5 的數目也可以視承重針梁6的縱向長度的多少將其設置為若干個，如圖1所示，模板掛架5 的數目為3個。本發明的隧洞混凝土襯砌模板裝置的工作過程如下模板裝置在完成一個倉位混凝土 的襯砌后，將繼續轉移到下一個待澆筑倉位施工，每一個澆筑倉位的工序相同，是一個不 斷循環的工作過程，其工作循環程序如下(1) 立模過程澆筑混凝土時，把針梁系統移動到待澆筑的工作位置，通過承重針梁6 前后支腿裝置7的液壓油缸把承重針梁6頂起至混凝土襯砌成型所需高度，然后再通過前 后支腿裝置7的鎖定裝置把承重針梁6鎖定。通過固定在承重針梁6兩端部的電動巻揚機 14把模板系統移動到承重針梁6的前端(或后端)所對應的工作位置，啟動液壓式控制系統 17把模板系統撐起到成型尺寸，調節螺旋狀支撐桿9固定模板系統的位置，使各模板固定。(2) 澆筑過程各模板立模后接著進行澆筑，本發明中各模板的澆筑過程中混凝土下料 順序首先是底模l，接著是左右側模，然后為頂模2。(3) 人工抹面過程在底拱位置處所澆筑的混凝土初凝前，由施工人員將底模1的底拱 模板11及其背部支撐楞12拖出，然后由施工人員進入底拱倉位內進行人工收漿抹面，此 處收漿所用的漿料仍用澆筑用的混凝土原漿，這樣其收漿效果好，能有效地消除底拱部位 混凝土表面的氣孔，保證底拱處混凝土表面良好的外觀質量。(5)針梁系統移位過程待各模板處所澆筑的混凝土完全凝固后，左側模3、右側模4、頂模2及底模架13仍保持固定不動，啟動液壓式控制系統17，收縮針梁前后支腿裝置7上的液壓油缸，當前后支撐腿裝置7脫離地面一定的高度后，啟動電動巻揚機14使針梁系統 向前移動一個工作位，接著固定針梁系統。
(6)各模板的脫模過程松掉支撐左側模3、右側模4和底模架13的螺旋狀支撐桿9， 及支撐左側模3、右側模4的水平螺桿10，如圖17 20所示，依次收縮底拱模板ll、左側 模3、右側模4對應的液壓油缸，以完成脫模過程，然后收縮承重針梁6的前后支撐腿71 的液壓油缸，使頂模2脫模，所有的用于澆筑的模板都完全脫出。
(6)向前移動模板組件啟動電動巻揚機14，由該啟動電動巻揚機14驅動左側模3、右 側膜、頂模2及底模架13沿承重針梁6延伸的方向移動到下一個工作位，將各定型模板固 定好，再將底拱模板11及其背部支撐楞12安裝完畢，即完成整個立模過程，最后進行混 凝土的澆筑工作，如此循環使用。
在本發明中，底模1也可以為多個小塊的鋼模組合而成的組合件，待混凝土初凝后， 拆掉鋼模進行人工抹面，該種方法也可以有效地消除底拱位置處混凝土表面的氣泡缺陷問 題；另外，還可以將底模制成如本發明底模架13狀的大塊整體模式，并與左(或右)側模 采用鉸頁連接形成翻轉結構，通過液壓(或其它驅動系統)在底拱混凝土初凝后翻起模板 進行人工抹面。
本發明并不局限于上述實施方式，如果對本發明的各種改動或變型不脫離本發明的精 神和范圍，倘若這些改動和變型屬于本發明的權利要求和等同技術范圍之內，則本發明也 意圖包含這些改動和變形。
權利要求
1.一種隧洞混凝土襯砌模板裝置，包括模板系統、承重用的針梁系統，模板系統包括模板組件及模板掛架，模板組件包括弧形的左側模、右側模、頂模及底模，該左側模、右側模、頂模及底模對應連接形成斷面為圓形的模板組件；模板掛架掛設于頂模上，且模板掛架底部設置有分別與左側模、右側模及底模連接的可伸縮的立模脫模裝置；針梁系統包括置于隧洞中上部的承重針梁及用于支撐承重針梁且可調節高度便于針梁行走及立模脫模的前后支撐腿裝置；承重針梁的上端面與頂模間滑動接觸且針梁搭置在模板掛架上，其特征在于所述底模為可拆卸式結構，該可拆卸式結構的底模上設有在混凝土初凝時拆卸或翻轉后可對隧洞底拱混凝土表面進行原漿抹面的開敞部位。
2. 根據權利要求1所述的隧洞混凝土襯砌模板裝置，其特征在于所述底模包括在混 凝土初凝時即可拆卸的弧形底拱模板和底拱模板的背部支撐楞，以及置于底拱模板背部支 撐楞上方用于支撐左右兩側模底部的底模架，該底模架為井架結構，其橫梁間設有的大間 距空隙即為方便人工抹面的開口部位。
3. 根據權利要求1或2所述的隧洞混凝土襯砌模板裝置，其特征在于所述底模架的 左側通過鉸接方式與左側模連接。
4. 根據權利要求3所述的隧洞混凝土襯砌模板裝置，其特征在于所述頂模包括弧形 頂拱模板及用于支撐頂拱模板的腹板及加勁肋，所述左側模、右側模、頂拱模板的外圈邊 緣處設置有用于銜接澆筑接縫的軟性搭接裝置。
5. 根據權利要求4所述的隧洞混凝土襯砌模板裝置，其特征在于所述模板掛架為倒 門形結構，其包括直立梁、橫桿及輪架，直立梁懸掛且固定連接在頂模上，輪架上設有使 針梁與模板掛架相對運動的滾輪裝置，所述頂拱模板的底部也設有滾輪裝置。
6. 根據權利要求5所述的隧洞混凝土襯砌模板裝置，其特征在于在承重針梁的端部 設置有調節前后支撐腿裝置高度及控制針梁上下的立模拆模的可伸縮式液壓式控制系統。
7. 根據權利要求6所述的隧洞混凝土襯砌模板裝置，其特征在于所述前后支撐腿裝 置包括前后支撐腿、調節前后支撐腿高度的液壓油缸、支撐梁及支撐座；所述立模拆模裝 置包括左側模立模拆模裝置、右側膜立模拆模裝置及底模架的立模拆模裝置；所述左側模 立模拆模裝置包括設置在模板掛架底部及左側模上的液壓油缸，以及連接在掛架及左側模 上的可伸縮式螺旋狀支撐桿；所述右側模立模拆模裝置包括設置在模板掛架底部及右側模 上的液壓油缸，以及連接在掛架及左側模上的可伸縮式螺旋狀支撐桿；所述底模架的立模 拆模裝置包括設置在模板掛架底部及底模架上的液壓油缸，以及連接在掛架及底模架上的 可伸縮式螺旋狀支撐桿；上述各液壓油缸均與設置在頂模下方針梁中部的液壓式控制系統相連且由該液壓式控制系統控制。
8. 根據權利要求7所述的隧洞混凝土襯砌模板裝置，其特征在于承重針梁的兩端部 固定設置有可使模板組件與針梁相對移動的驅動裝置。
9. 根據權利要求8所述的隧洞混凝土襯砌模板裝置，其特征在于驅動裝置為分別固 定在針梁兩端部且同時動作的電動巻揚機，在針梁兩端部設置有用于支撐電動巻揚機的托 架，在頂模的外端面設置有動滑輪，電動巻揚機的牽引繩繞過動滑輪后連接在電動巻揚機 的滾筒上。
10. 根據權利要求I所述的隧洞混凝土襯砌模板裝置，其特征在于所述左側模、右側 模、頂模及底模的底模架之間通過鉸鏈的方式活動連接。
全文摘要
本發明公開一種隧洞混凝土襯砌模板裝置，包括模板系統、承重用的針梁系統，模板系統包括模板組件及模板掛架，模板組件包括弧形的左側模、右側模、頂模及底模，該左側模、右側模、頂模及底模對應連接形成斷面為圓形的模板組件；模板掛架掛設于頂模上，且模板掛架底部分別設置有與左側模、右側模及底模連接的可伸縮的立模脫模裝置；針梁系統包括置于隧洞中上部的承重針梁及用于支撐承重針梁且可調節高度的前后支撐腿裝置；承重針梁的上端面與頂模間滑動接觸且針梁搭置在模板掛架上，底模為可拆卸式結構，該可拆卸式結構的底模上設有在混凝土初凝時拆卸或翻轉后可對隧洞底拱混凝土表面進行原漿抹面的開敞部位。該模板裝置有效地消除了傳統全斷面模板底拱氣泡問題，提高底拱部位混凝土內在及外觀成型質量。
文檔編號E21D11/10GK101298839SQ20081002906
公開日2008年11月5日 申請日期2008年6月27日 優先權日2008年6月27日
發明者濤 于, 俎宏偉, 劉芳明, 宇 周, 游 周, 周仲文, 和孫文, 敏 宗, 曹耀東, 坤 洪, 熊訓邦, 祥 王, 王仕虎, 王合君, 石四喜, 鄧孝洪, 邱東明, 錢興喜, 錢永平, 陳恒敬, 馬勛才, 黃志直 申請人:中國水利水電第十四工程局有限公司