專利名稱：超大直徑隧道管片鋼模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制備隧道混凝土管片襯砌的鋼模，尤其是涉及一 種超大直徑的隧道管片鋼模。屬于隧道工程機械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自前盾構(gòu)法隧道混凝土管片襯砌都是采用鋼模澆筑而成的， 一般盾構(gòu) 法公路隧道大都為單圓結(jié)構(gòu)形式，其管片襯砌是由若干塊呈圓弧狀的管片 拼接成規(guī)則的圓環(huán)狀。隨著交通運輸對隧道通行量需求的增大，盾構(gòu)法公 路隧道建筑的直徑也不斷加大，目前盾構(gòu)法大直徑單圓公路隧道的外徑已 達到10到14米左右，如荷蘭綠心隧道工程隧道管片的外徑為cIM4.5m，上 海翔殷路隧道管片的外徑為巾11.36m。正在建設(shè)中的上海長江盾構(gòu)法隧道 采用了外徑為巾15m的超大直徑管片，是目前世界上最大的隧道混凝土管 片襯砌，顯然用于制備這種超大直徑混凝土管片襯砌的鋼模也是世界上最 大的。
經(jīng)對現(xiàn)有國內(nèi)外大量技術(shù)文獻的檢索后發(fā)現(xiàn)，申請?zhí)枮?br>
200410089263.0的中國專利申請《帶牛腿的雙層大直徑單圓隧道管片鋼模》
(公開號CN1619104A)公開了一種用于制備帶牛腿的雙層大直徑單圓隧
道管片的鋼模結(jié)構(gòu)，其解決了一次澆筑成型帶牛腿的單圓隧道管片的問題，
為建造雙層大直徑單圓隧道提供了構(gòu)件制造裝備。然而由于隧道直徑的加
大，構(gòu)筑每環(huán)隧道所需的管片數(shù)量及管片單片重量也隨之增加，因此隧道
管片襯砌拼接的堅固性和可靠性對工程的質(zhì)量水平有著至關(guān)重要的意義， 為了將各管片單片連接固定起來， 一般每片混凝土管片上都設(shè)有用以穿入
通過鋼連接件的連接通孔，然而為了使鋼連接件的安裝更可靠和方便，鋼
連接件的鎖固元件，如螺母最好直接預(yù)埋在混凝土管片中。上述專利申請 所述的管片鋼模設(shè)有用以形成管片上連接通孔的芯棒，但是沒有用于安裝 預(yù)埋件的裝置，此外為了便于鋼模板壁上芯棒安裝孔的加工，其芯棒呈彎 曲形且端部與鋼模板壁垂直，然而這也使鋼連接件不得不是一彎曲件，從 而影響鋼連接件作用于混凝土管片上的連接力無法處于最佳的軸向。若讓 鋼連接件成為直桿狀，則混凝土管片的連接通孔就必須是直孔，而芯棒端 部也就要與鋼模板斜交，這樣就必須在鋼模板面上斜向鉆出芯棒安裝孔， 無疑這會給管片鋼模的加工工藝帶來較大的困難。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種超大直徑隧道管片鋼模，其 能夠完成帶有各類不同預(yù)埋件的混凝土管片的一次澆注成形，而且該預(yù)埋 件能夠連接與管片表面成斜角的直桿狀鋼連接件，從而改善鋼連接件的受 力狀態(tài)，使混凝土管片之間的連接更可靠、方便和牢固。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下
一種超大直徑隧道管片鋼模，包括有底座、側(cè)板、端板、蓋板、蓋板 夾、定位裝置、鎖緊裝置、端板開合裝置、側(cè)板開合裝置、芯棒和模芯， 該底座、側(cè)板、端板和蓋板分別位于所述鋼模的下側(cè)、前后側(cè)、左右側(cè)和 上側(cè)，從而由六面圍成鋼模的型腔，所述模芯固定于底座上，芯棒從端板 和側(cè)板穿入型腔且連接于模芯上，其特征在于所述鋼模還包括有預(yù)埋件 定位裝置，該預(yù)埋件定位裝置可拆卸地固定于側(cè)板和端板上，其包括定位 件和連接件，該定位件通過定位面定置于側(cè)板和端板上，該連接件穿置于 定位件的穿孔中，其深入鋼模型腔內(nèi)的端部聯(lián)接預(yù)埋件，該連接件的軸線 與側(cè)板和端板的表面形成一斜角。
本發(fā)明所述超大直徑隧道管片鋼模的預(yù)埋件定位裝置的定位件為一六
面體，其一側(cè)面為與側(cè)板和端板表面緊貼的定位面，該定位面上向外凸起 有過渡定位套，該過渡定位套的外圓周設(shè)有軸線與所述定位面垂直的定位 環(huán)面，該定位環(huán)面嵌入側(cè)板和端板的定位孔中，所述六面體的另一側(cè)面為 外端面，其與所述定位面相對且與之成一斜角，與該外端面垂直地開設(shè)有 貫通定位件的穿孔，該穿孔的軸線與所述定位面成一斜角；所述預(yù)埋件定 位裝置的連接件為一吊緊螺栓，所述預(yù)埋件聯(lián)接于穿過穿孔后深入鋼模型 腔內(nèi)的吊緊螺栓的端部，其為一螺母。所述蓋板夾布置于蓋板的周邊，將 蓋板與側(cè)板、端板夾固起來；所述定位裝置采用錐面定位的方式將側(cè)板和 端板定位于底座之上；所述鎖緊裝置采用螺栓與螺母的方式將側(cè)板與底座、 端板與底座、側(cè)板與端板鎖緊并聯(lián)接起來；所述端板開合裝置為鉸鏈，其 將端板的下部鉸接于底座上；所述側(cè)板與底座夾角的環(huán)面角度公差為±0.02° ， 端板與底座夾角的端面角度公差為±0.01°。所述超大直徑隧道管片鋼模還 包括有芯棒定位裝置，該芯棒定位裝置固定于側(cè)板和端板上，其具有嵌置 于側(cè)板和端板上的過渡套，該過渡套的外部設(shè)有圓柱定位面，該圓柱定位 面嵌入側(cè)板和端板上的定位孔，過渡套的一側(cè)固設(shè)有螺紋件，該螺紋件的 軸線與過渡套圓柱定位面的軸線成一斜角，過渡套的內(nèi)部沿該螺紋件軸線 開設(shè)有斜通孔；所述芯棒為直桿狀，其一端固定于芯棒定位裝置上，該端 靠近頭部處設(shè)有螺紋，該芯棒通過該螺紋旋入螺紋件且穿過斜通孔進入型 腔，其另一端插接于模芯的定位孔中，在芯棒端部與模芯之間夾置有墊圈， 芯棒的外表面與過渡套的斜通孔之間設(shè)有密封圈，該芯棒的軸線與側(cè)板和 端板的表面形成一斜角。
與現(xiàn)有超大直徑的隧道管片鋼模相比較，本發(fā)明設(shè)有固定于側(cè)板和端 板上的預(yù)埋件定位裝置，該預(yù)埋件定位裝置上能夠安裝預(yù)埋件且能夠自由 拆卸，這樣就能夠根據(jù)需要安裝不同預(yù)埋件的預(yù)埋件定位裝置，從而使所
述超大直徑隧道管片鋼模能夠一次澆筑出帶有預(yù)埋件的混凝土管片，而且 通過更換不同的預(yù)埋件定位裝置來澆筑帶有不同預(yù)埋件的混凝土管片；此 外，該預(yù)埋件定位裝置的連接件通過定位件將預(yù)埋件成斜角地定位于管片 鋼模上，所述芯棒定位裝置通過過渡套將直桿狀芯棒成斜角地固定于側(cè)板 和端板上，從而使所述管片鋼模能夠澆筑出斜向連接直桿鋼連接件的混凝 土管片，藉此改善鋼連接件的受力狀況，使混凝土管片之間的連接更可靠、 方便和牢固。與此同時，預(yù)埋件定位裝置的定位件和芯棒定位裝置的過渡 套都具有與定位面成斜角的斜通孔，這樣就避免了直接在端、側(cè)板上鉆斜 孔的難題，從而簡化了所述管片鋼模的金加工工藝。
圖1為超大直徑隧道相鄰管片的連接示意圖。
圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為端板與底座夾角的端面角度示意圖。
圖4為側(cè)板與底座夾角的環(huán)面角度示意圖。
圖5為預(yù)埋件定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為預(yù)埋件定位裝置的定位件結(jié)構(gòu)正視圖。
圖7為圖5定位件的側(cè)面剖視圖。
圖8為芯棒定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。 隨著隧道建筑直徑的不斷加大，構(gòu)筑每環(huán)隧道所需的管片數(shù)量及管片 單片重量也隨之增加，也就是說，每環(huán)隧道所含管片的接縫增多而單片管 片愈加沉重，因此對隧道管片襯砌拼接的施工就提出了更高的要求，因為 各管片之間連接的堅固性和可靠性是保證工程質(zhì)量的重要因素。為了達到
各管片連接的堅固和可靠，我們提出了新型的混凝土管片，其結(jié)構(gòu)請參閱
圖l，圖示管片A的左端與管片B的右端相拼接，管片A上設(shè)有斜向的直 形連接通孔15，用以穿過鋼制直桿狀管片連接件，該直形連接通孔15的下 端連接著口徑更大的手孔16，以容納管片連接件的頭部。與管片A的連接 通孔15軸向連接相通，管片B上設(shè)有定位件手孔17和一體化澆筑著預(yù)埋 件18，由管片A穿出的管片連接件穿過定位件手孔17與預(yù)埋件18相連接。 這樣帶有斜向定位的預(yù)埋件18的新型混凝土管片不僅可以連接直桿狀管片 連接件，改善連接件的受力狀況，使混凝土管片之間的連接更可靠、更牢 固、操作更方便，而且通過埋固不同的預(yù)埋件18，以便滿足隧道建筑對管 片不同的需要。
為了制備上述新型混凝土管片，本發(fā)明采取了下述技術(shù)方案。請參閱 圖2本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖示超大直徑隧道管片鋼模為一內(nèi)腔形狀與混 凝土管片外形相同的六面板壁模具，其包括有底座l、側(cè)板2、端板3、蓋 板4、蓋板夾5、定位裝置8、鎖緊裝置9、預(yù)埋件定位裝置IO、端板開合 裝置ll、側(cè)板開合裝置12、芯棒6、模芯7和芯棒定位裝置13。該底座l 位于所述鋼模的下側(cè)，以形成管片的內(nèi)環(huán)面，該側(cè)板2有兩面，分別位于 所述鋼模的前后側(cè)，以形成管片的側(cè)環(huán)面，該端板3也有兩面，分別位于 所述鋼模的左右側(cè)，以形成管片的側(cè)端面，該蓋板4位于所述鋼模的上側(cè)， 覆蓋在鋼模型腔上，以形成管片的外環(huán)面，由此所述底座l、側(cè)板2、端板 3和蓋板4由六面圍成所述鋼模的型腔。所述定位裝置8采用錐面定位的方 式將二側(cè)板2和二端板3配合定位于底座1四周邊之上，同時所述鎖緊裝 置9采用螺栓與螺母的方式將側(cè)板2與底座1、端板3與底座1、側(cè)板2與 端板3鎖緊并聯(lián)接起來；若干蓋板夾5布置于蓋板4的周邊，'將蓋板4與 側(cè)板2或端板3夾固起來；所述端板開合裝置11為鉸鏈，其將端板3的下
部鉸接于底座1上，使端板3能夠繞底座1的邊緣上下翻轉(zhuǎn)，以便實現(xiàn)所 述鋼模的開合模；所述側(cè)板2座于側(cè)板開合裝置12上，該側(cè)板開合裝置12 為滾輪導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，其以平移方式完成側(cè)板2的開合，從而實現(xiàn)實現(xiàn)所述鋼 模的開合模。本發(fā)明以保證所述鋼模的制造精度來達到降低所制備混凝土 管片的形狀誤差，請參閱圖3和圖4，所述鋼模的側(cè)板2與底座1夾角a
的環(huán)面角度公差為士o.02。，端板與底座夾角(3的端面角度公差為土o.or。
現(xiàn)請參閱圖5預(yù)埋件定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖示預(yù)埋件定位裝置10可 拆卸地固定于側(cè)板2或者端板3上，其包括定位件19和連接件21 。再參閱 圖6和圖7，所述定位件19為一不規(guī)則的六面體，其一側(cè)面為與側(cè)板2或 端板3表面緊貼的定位面22,該定位面22上向外凸起有圓柱狀的過渡定位 套23，該過渡定位套23的外圓周設(shè)有軸線與所述定位面22垂直的定位環(huán) 面24，該定位環(huán)面24嵌入側(cè)板2或端板3的定位孔20中(見圖5)，定位 件19通過定位面22和定位環(huán)面24被定置于側(cè)板2或端3板上；所述六面 體的另一側(cè)面為外端面25,其位置與所述定位面22相對，并且與之成一斜 角， 一穿孔26貫通整個定位件19的內(nèi)部，該穿孔26的軸線與外端面25 垂直，且與所述定位面22成'一斜角。所述連接件21為一吊緊螺栓旋固于 定位件19上，其穿過定位件19的穿孔26后深入所述鋼模型腔內(nèi)部，該深 入鋼模型腔內(nèi)的端部聯(lián)接有預(yù)埋件18，本實施例中該預(yù)埋件18為一預(yù)埋塑 料螺母，由于穿孔26的軸線與定位面22成一斜角，所以該連接件21的軸 線與側(cè)板2或端板3的表面也形成一斜角，這樣預(yù)埋件18就通過定位件19 被精確定位且斜置于鋼模型腔內(nèi)部。在澆筑混凝土管片時，該預(yù)埋件18就 被埋固于其中，定位件19就形成了混凝土管片上的六面體手孔n(見圖1)， 完成澆筑后，只需旋下連接件21即可方便地開模。該預(yù)理件定位裝置10 能夠滿足澆筑帶有不同預(yù)埋件18的混凝土管片的需要，若要埋固不同的預(yù)
埋件18，則只需在連接件21的端部聯(lián)接不同形式的預(yù)埋件18;若要澆筑
不同形狀的手孔17，則只需卸下并更換不同形狀的定位件19;若要改變預(yù)
埋件18的方向或位置，則只需改變定位件19的穿孔26與定位面22所成 斜角的角度。此外，具有凸起過渡定位套23和內(nèi)部斜向貫通穿孔26的結(jié) 構(gòu)的定位件19形成了斜向連接件21與側(cè)板2或端板3之間的過渡件，其 簡化了所述管片鋼模的金加工工藝，只需在側(cè)板2或端板3上垂直鉆孔并 嵌入定位件19即可達到斜向定位預(yù)埋件18的目的，而不必在側(cè)板2或端 板3上打斜向孔，尤其對扇形的側(cè)板2來說，這幾乎是數(shù)控加工中心所無 法完成的。
再請參閱圖8芯棒定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明所述超大直徑隧道管 片鋼模的模芯7固定于底座1 一定的位置上，固定的方式可以采用電焊焊 接形式，其用以形成混凝土管片上容納管片連接件頭部的手孔16(見圖1)。 所述芯棒定位裝置13固定于側(cè)板2或者端板3上，其具有嵌置于側(cè)板2或 端板3上的過渡套27，該過渡套27的外周部設(shè)有圓柱定位面28，該圓柱 定位面28嵌入端板3或者側(cè)板2上的垂直定位孔29，所述過渡套27的一 側(cè)固定設(shè)有螺紋件30，本實施例中是在過渡套27上焊接一個圓螺母，該螺 紋件30的軸線與過渡套27圓柱定位面28的軸線成一斜角，過渡套27的 內(nèi)部沿該螺紋件30的軸線方向開設(shè)有斜通孔以便芯棒6通過。所述芯棒6 為直桿狀，用以形成混凝土管片上通過管片連接件的連接通孔15(見圖1)， 其從端板3或者側(cè)板2穿入鋼模型腔且連接于模芯7上，所述芯棒6的一 端固定于芯棒定位裝置13的螺紋件30上，該端的頭部31設(shè)置為便于工具 旋擰的六角頭，靠近該頭部31處芯棒6的外周上設(shè)有螺紋，芯棒6即通過 該螺紋旋入螺紋件30，并繼而穿過過渡套27的斜通孔進入鋼模型腔。所述 芯棒6的另一端插接于模芯7的定位孔中，從而將芯棒6定位于鋼模型腔
內(nèi)，該芯棒6的軸線與端板3或者側(cè)板2的表面形成一斜角，其方向恰與 上述連接件21的軸向相同，以便澆筑成的混凝土管片上的連接通孔15與 定位件手孔17和預(yù)埋件18同軸(見圖1 )。在芯棒6端部與模芯7之間夾 置有墊圈32，以符合手孔16的形狀要求，由于該墊圈32隨每塊混凝土管 片的澆筑而拆裝，因此較易磨損，所以對其進行調(diào)質(zhì)處理以提高使用壽命。 在芯棒6的外表面與過渡套27的斜通孔之間設(shè)有密封圈33，以防止管片澆 注時漏漿現(xiàn)象的發(fā)生。在澆筑混凝土管片前，只需將將芯棒6插入芯棒定 位裝置13的斜通孔并旋緊即可方便地安裝好芯棒6;在澆筑混凝土管片時， 模芯7形成了混凝土管片上容納管片連接件頭部的手孔16，芯棒6形成了 通過管片連接件的連接通孔15 (見圖1);完成澆筑后，只需旋下并抽出芯 棒6即可方便地開模。該芯棒定位裝置13能夠滿足澆筑不同混凝土管片的 需要，若要改變管片連接件的方向，則只需改變芯棒定位裝置13上螺紋件 30的軸線與過渡套27圓柱定位面28的軸線所成斜角的角度即可。同樣地， 該芯棒定位裝置13的過渡套27簡化了所述管片鋼模的金加工工藝，只需 在側(cè)板2或端板3上垂直鉆孔并嵌入過渡套27即可達到斜向定位芯棒6的 目的，而不必在側(cè)板2或端板3上打斜向孔。
本發(fā)明所述的超大直徑隧道管片鋼模能夠一次澆筑出帶有預(yù)埋件的混 凝土管片，通過更換不同的預(yù)埋件定位裝置能夠澆筑帶有不同預(yù)埋件的混 凝土管片，而且該混凝土管片能夠斜向連接直桿鋼連接件，從而改善了鋼 連接件的受力狀況，使混凝土管片之間的連接更可靠、更方便和更牢固， 同時所述管片鋼模避免了直接在端、側(cè)板上鉆斜孔的難題，從而簡化了其 金加工工藝。
權(quán)利要求
1、一種超大直徑隧道管片鋼模，包括有底座、側(cè)板、端板、蓋板、蓋板夾、定位裝置、鎖緊裝置、端板開合裝置、側(cè)板開合裝置、芯棒和模芯，該底座、側(cè)板、端板和蓋板分別位于所述鋼模的下側(cè)、前后側(cè)、左右側(cè)和上側(cè)，從而由六面圍成鋼模的型腔，所述模芯固定于底座上，芯棒從端板和側(cè)板穿入型腔且連接于模芯上，其特征在于所述鋼模還包括有預(yù)埋件定位裝置，該預(yù)埋件定位裝置可拆卸地固定于側(cè)板和端板上，其包括定位件和連接件，該定位件通過定位面定置于側(cè)板和端板上，該連接件穿置于定位件的穿孔中，其深入鋼模型腔內(nèi)的端部聯(lián)接預(yù)埋件，該連接件的軸線與側(cè)板和端板的表面形成一斜角。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大直徑隧道管片鋼模，其特征在于所 述鋼模還包括有芯棒定位裝置，該芯棒定位裝置固定于側(cè)板和端板上，其 具有嵌置于側(cè)板和端板上的過渡套，所述芯棒為直桿狀，其一端固定于芯 棒定位裝置上，穿入型腔后另一端連接于模芯上，該芯棒的軸線與側(cè)板和 端板的表面形成一斜角。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超大直徑隧道管片鋼模，其特征在于所 述芯棒定位裝置的過渡套的外部設(shè)有圓柱定位面，該圓柱定位面嵌入側(cè)板 和端板上的定位孔，該過渡套的一側(cè)固設(shè)有螺紋件，該螺紋件的軸線與過 渡套圓柱定位面的軸線成一斜角，過渡套的內(nèi)部沿該螺紋件軸線開設(shè)有斜 通孔，所述芯棒的一端靠近頭部處設(shè)有螺紋，該芯棒通過該螺紋旋入螺紋 件且穿過斜通孔，其另一端插接于模芯的定位孔中，在芯棒端部與模芯之 間夾置有墊圈，芯棒的外表面與過渡套的斜通孔之間設(shè)有密封圈。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3所述的超大直徑隧道管片鋼模，其特征在 于-所述預(yù)埋件定位裝置的定位件為一六面體，其一側(cè)面為與側(cè)板和端板表面緊貼的定位面，該定位面上向外凸起有過渡定位套，該過渡定位套的 外圓周設(shè)有軸線與所述定位面垂直的定位環(huán)面，該定位環(huán)面嵌入側(cè)板和端 板的定位孔中，所述六面體的另一側(cè)面為外端面，其與所述定位面相對且 與之成一斜角，與該外端面垂直地開設(shè)有貫通定位件的穿孔，該穿孔的軸線與所述定位面成一斜角；所述預(yù)埋件定位裝置的連接件為一吊緊螺栓， 所述預(yù)埋件聯(lián)接于穿過穿孔后深入鋼模型腔內(nèi)的吊緊螺栓的端部。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超大直徑隧道管片鋼模，其特征在于所 述預(yù)埋件為一螺母。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超大直徑隧道管片鋼模，其特征在于所 述側(cè)板與底座夾角的環(huán)面角度公差為±0.02°，端板與底座夾角的端面角度公差為士o.or。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大直徑隧道管片鋼模，其特征在于所 述蓋板夾布置于蓋板的周邊，將蓋板與側(cè)板、端板夾固起來。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大直徑隧道管片鋼模，其特征在于所 述定位裝置采用錐面定位的方式將側(cè)板和端板定位于底座之上。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大直徑隧道管片鋼模，其特征在于所 述鎖緊裝置采用螺栓與螺母的方式將側(cè)板與底座、端板與底座、側(cè)板與端 板鎖緊并聯(lián)接起來。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大直徑隧道管片鋼模，其特征在于所 述端板開合裝置為鉸鏈，其將端板的下部鉸接于底座上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超大直徑隧道管片鋼模，其包括有預(yù)埋件定位裝置，該預(yù)埋件定位裝置可拆卸地固定于側(cè)板和端板上，其包括定位件和連接件，該定位件通過定位面定置于側(cè)板和端板上，該連接件穿置于定位件的穿孔中，其深入鋼模型腔內(nèi)的端部聯(lián)接預(yù)埋件，該連接件的軸線與側(cè)板和端板的表面形成一斜角。本發(fā)明能夠完成帶有各類不同預(yù)埋件的混凝土管片的一次澆注成形，而且該預(yù)埋件能夠連接與管片表面成斜角的直桿狀鋼連接件，從而改善鋼連接件的受力狀態(tài)，使混凝土管片之間的連接更可靠、方便和牢固，同時該鋼模避免了直接在端、側(cè)板上鉆斜孔的難題，從而簡化了加工。
文檔編號E21D11/10GK101358530SQ20081004175
公開日2009年2月4日 申請日期2008年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者丁保國, 王佩明, 虞祖藝, 龔海云 申請人:上海隧道工程股份有限公司