專利名稱：全圓整體倒懸掛模板的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種豎井混凝土襯砌成型施工設備。
背景技術：
目前，電站調壓豎井的混凝土常規襯砌方式主要有兩種:一是采用組合鋼模板澆筑，模板脫、立模均采用人工方式，利用搭設的腳手架來支模。但該方式施工工作量大，施工循環時間長，施工進度慢。第二種方式是采用豎井液壓滑模方式澆筑襯砌，豎井液壓滑模是目前調壓豎井襯砌較為成熟的方式。根據豎井結構型式和布置特點，其液壓滑模系統主要由模板系統、操作平臺系統、液壓提升系統和輔助系統等組成。以預澆底層為基礎，每隔一定距離設金屬支承桿一根，將中空液壓千斤頂套裝在每根支承桿上，通過螺栓把液壓千斤頂的底座與懸臂提升架的頂部連接在一起，把模板懸掛在懸臂提升架上，提升架采用四周空間框架結構。模板與支承框架采用調整絲桿撐緊。為了便于施工，在支承框架的頂部鋪設木板，以堆放設備及材料，下部懸掛吊架平臺混凝土抹面及灑水、噴護。將所有液壓千斤頂分組采用串聯或并聯的方式與液壓控制系統相連。這樣，隨著模板底部混凝土的凝固，當模板下層砼達到脫模條件時，操作液壓機構驅動所有液壓千斤頂，就可帶動提升架、支承框架、模板等沿著支承桿向上滑動，直至可以澆筑一層砼的位置。如此循環，直至豎井頂部。滑模設計可參照國家標準GBJl 13-87《液壓滑動模板施工技術規范》中的有關要求，但此種襯砌方式只能自下而上澆
Λ-Α-鞏。豎井液壓滑模的襯砌方式要求開挖地段地質結構穩定，才能保證施工安全。對于地質結構破碎不穩的情形，尤其當井壁周圍巖體薄、成井條件很差時，豎井的開挖面積和深度較大，井壁可能發生坍塌，應用豎井液壓滑模不能保證施工安全。為了保證施工的安全性和施工進度，只能采用邊挖大井、邊打錨桿掛網混凝土、邊澆倒掛混凝土護壁的平行作業施工作業方法。在這種情況下護壁混凝土只能自上而下澆注，因此不能用常規液壓滑模襯砌。但如何進行倒掛混凝土的澆筑，成為了一個需要解決的難題。倒掛混凝土施工如果依照現有技術，采用大型組合鋼模板澆筑，一方面，搭設腳手架、支模等施工工作量大，施工循環時間長，不能及時封閉裸露破碎的圍巖。而且組合鋼模板澆筑倒掛混凝土對大井開挖工序施工干擾嚴重，對整個工程的施工進度影響很大。
實用新型內容為了克服現有大型組合鋼模板進行倒掛混凝土施工工期長的不足，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種能夠進行倒掛混凝土施工的全圓整體倒懸掛模板，從而縮短施工工期。為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是:全圓整體倒懸掛模板，包括模板支承框架、模板總成、模板提升裝置，連接在模板總成和模板支承框架之間的模板支撐裝置，所述模板總成包括全圓側模和模面為圓臺側面的斜面底模，所述斜面底模的模面基線與全圓側模的軸心線呈銳角的夾角，斜面底模的上端與全圓側模相配合，下端位于全圓側模的外側，以混凝土圈層的鋼筋作為斜面底模的吊掛支撐。井口開挖時，井口都要澆筑一層井口平臺以穩固結構，井口平臺可以視為最頂層的混凝土圈層，采用傳統組合鋼模板施工，澆筑井口平臺時，可以利用全圓側模和斜面底模的模板來成型。可以利用該井口平臺布置倒懸掛模板的模板提升裝置，以其中的鋼筋作為前述的倒懸掛模板第一倉立模時的底模吊掛支撐，承受底模和底模上澆筑倉內綁扎鋼筋和混凝土的重量，依據鋼筋的分布及允許荷載來確定單倉混凝土圈層的高度。立模后，井口平臺、全圓側模、斜面底模及開挖壁面之間形成第一倉混凝土圈層的澆筑倉位，斜面底模的模面基線與全圓側模的軸心線呈銳角的夾角，從上端進料時，能夠保證澆筑密實，且上、下圈層之間的混凝土搭接面積增大，有利于井壁整體結構的穩定性。采用上述結構可大大減輕模板提升裝置承受的重量，整套模板系統的安全性得到保障，從而可實現由上往下逐層下滑澆筑的倒懸掛模板施工。利用全圓側模與已經澆筑的混凝土的搭接及其中的鋼筋對模板初步定位，再根據測量結果對模板位置進行精確調整，確保模板位置的準確性。應用上述的全圓整體倒懸掛模板，可以邊開挖，邊澆筑，施工效率大大提聞。為簡化吊掛結構，方便斜面底模的固定和隨著澆筑進度將模板逐層下移，優選直接在所述斜面底模上設置有鋼筋過孔，并配置有與鋼筋過孔一一對應的與鋼筋可拆卸連接的底模夾具，從而全圓側模和斜面底模可以分別脫模。進一步的是，所述斜面底模與全圓側模銷軸連接，斜面底模和上全圓側模上分別設置有銷軸和對應的條形銷孔，當斜面底模與全圓側模接合時，在重力方向上，銷軸與條形銷孔不接觸，這樣在澆筑時，全圓側模不受混凝土的重力而只承受混凝土的壓力，防止澆筑倉內混凝土的重力向模板支承框架和模板提升裝置傳遞。考慮到在混凝土施工時開挖施工也在同時進行，開挖過程中難免進行爆炸作業，飛濺的土石可能擊中斜面底模而導致其變形，優選所述斜面底模由底模承重支架和鋪裝在底模承重支架上的斜面小模板組成，當斜面小模板受損時，可立即更換，提高效率。進一步的是，所述全圓側模的模板由弧形大模板和與之可拆卸連接的拼接梯形模板交替連接組成，從而在一個混凝土圈層澆筑完畢后，可以取下拼接梯形模板，為弧形大模板留出內收空間，便于全圓側模的脫模，尤其當全圓側模的直徑較大時，該種結構的優越性非常突出，如果全圓側模的直徑較小，則可以考慮相鄰側模板鉸接連接的方式。優選所述弧形大模板通過設置有滾輪掛架的懸臂支撐梁與模板支承框架連接，滾輪掛架以懸臂支撐梁為滾動軌道，所述模板支撐裝置設置在模板支承框架與弧形大模板之間，這樣，可以將弧形大模板與模板支承框架伸縮連接，便于脫模。所述模板支撐裝置可采用液壓油缸，實現自動脫模，由于脫模間隙要求不高，也可采用可拆卸的支撐千斤頂，結構更簡單，液壓油缸、支撐千斤頂的軸線應與懸臂支撐梁相平行。如果豎井的成型面要求高，則豎井在施工混凝土護壁后還需要由下向上以滑模方式施工豎井，混凝土襯砌直徑發生變化，為便于本實用新型所述模板的組裝和運輸，以及調整襯砌直徑，節省設備投入，優選所述模板支承框架以單片桁架體組合連接上、下的兩層多邊形框架連接而成，單片桁架體包括單片框架體和用于連接相鄰兩片單片框架體的框架連接體，通過框架連接體的裝、拆來適應由上往下施工和由下往上施工時直徑的差別。本實用新型的有益效果是:解決了混凝土施工支護與開挖施工同時作業，避免了倒掛混凝土施工對大井開挖施工的直接干擾；設備成本較低、結構可靠、自動化程度較高、操作方便、襯砌速度快；改善了工人的勞動條件、降低了工人的勞動強度、提高了工作效率。
圖1是現有豎井液壓滑模的示意圖。圖2是本實用新型全圓整體倒懸掛模板的示意圖。圖3是本實用新型中模板支承框架的示意圖。圖4是本實用新型中的單片框架體的主視圖。圖5是圖4的左視圖。圖6是圖4的俯視圖。圖7是本實用新型中的框架連接體的主視圖。圖8是圖7的左視圖。圖9是圖7的俯視圖。圖10是本實用新型中模板提升裝置的組成及布置示意圖。圖11是本實用新型中全圓側模的局部示意圖。圖12是本實用新型中全圓側模與模板支承框架連接的局部示意圖。圖13是本實用新型中斜面底模吊掛支撐的局部示意圖。圖14是本實用新型中全圓側模與斜面底模連接的局部示意圖。圖15是本實用新型中脫模時取下拼接梯形模板的示意圖。圖16是本實用新型中弧形大模板內收的示意圖。圖中標記為，1-爬桿，2-中空液壓千斤頂，3-支撐框架，4-模板系統，5-支撐千斤頂，6-走臺掛架；7_模板提升裝置，8-全圓側模，9-斜面底模，10-模板支承框架，11-工作平臺，12-開挖壁面，13-井口平臺，14-混凝土圈層，15-鋼筋，16-底模夾具，18-條形銷孔，19-銷軸，20-懸臂支撐梁，21-滾輪掛架，22-支撐千斤頂，23-卷揚機，80-軸心線，81-弧形大模板，82-拼接梯形模板，90-模面基線，91-鋼筋過孔，92-底模承重支架，93-斜面小模板，100-多邊形框架，101-單片框架體，102-框架連接體。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。如圖1所示，現有的豎井液壓滑模主要由模板系統、操作平臺系統、液壓提升系統和輔助系統等組成。以預澆底層為基礎，每隔一定距離設爬桿I 一根，將中空液壓千斤頂2套裝在每根爬桿I上，通過螺栓把中空液壓千斤頂2的底座與懸臂提升架的頂部連接在一起，模板懸掛在懸臂提升架上組成模板系統4，懸臂提升架采用環形空間框架結構。模板與支撐框架3采用調整絲桿撐緊。為了便于施工，在支撐框架3的頂部鋪設木板，以堆放設備及材料，下部懸掛走臺掛架6，便于混凝土抹面及灑水、噴護作業。將所有中空液壓千斤頂2分組采用串聯或并聯的方式與液壓控制系統相連。這樣，隨著模板底部混凝土的凝固，當模板下層砼達到脫模條件時，操作液壓機構驅動所有中空液壓千斤頂2，就可帶動提升架、支撐框架3、模板系統4等沿著爬桿I向上滑動，直至可以澆筑一層砼的位置。如此循環，直至豎井頂部。可見，如以現有的豎井滑模施工護壁，無法解決混凝土澆筑密實、模板及底模上澆筑倉內綁扎鋼筋和混凝土的承重、模板定位、模板脫模的問題，應用現有的液壓滑模技術只能實現自下而上燒筑。如圖2 圖16所示，本實用新型的全圓整體倒懸掛模板包括模板支承框架10、模板總成、模板提升裝置7，連接在模板總成和模板支承框架10之間的模板支撐裝置，所述模板總成包括全圓側模8和斜面底模9，斜面底模9的模面基線90與全圓側模8的軸心線80呈銳角的夾角，斜面底模9的上端與全圓側模8相配合，下端位于全圓側模8的外側，斜面底模9由底模承重支架92和鋪裝在底模承重支架92上的斜面小模板93組成，斜面底模9上設置有鋼筋過孔91，并配置有與鋼筋過孔91一一對應的，與鋼筋15可拆卸連接的底模夾具16 ;底模夾具16在設計時需要考慮與斜面底模9的結構相適配，優選采用以便于拆卸的鋼筋卡箍配合具有與斜面底模9的斜度匹配的楔形塊作為底模夾具16。全圓側模8的模板由數量相同的弧形大模板81和拼接梯形模板82交替連接組成，弧形大模板81通過設置有滾輪掛架21的懸臂支撐梁20與模板支承框架10連接，滾輪掛架21以懸臂支撐梁20為滾動軌道，所述模板支撐裝置采用設置在模板支承框架10與弧形大模板81之間的支撐千斤頂22，支撐千斤頂22的軸線與懸臂支撐梁20相平行；斜面底模9與全圓側模8銷軸連接，斜面底模9和全圓側模8上分別設置有銷軸19和對應的條形銷孔18，當斜面底模9與全圓側模8接合時，在重力方向上，銷軸19與條形銷孔18不接觸；其立模步驟是:澆筑作為最上層混凝土圈層的井口平臺13 ;以井口平臺13及以下各混凝土圈層14的鋼筋作為斜面底模9的吊掛支撐，斜面底模9就位并以底模夾具16固定，在井口平臺13上布置模板提升裝置7 ;安裝模板支承框架10，將其與模板提升裝置7連接；在模板支承框架10上安裝弧形大模板81 ;支撐千斤頂22頂出，弧形大模板81就位，安裝拼接梯形模板82 ;模板提升裝置7動作，降下模板支承框架10和全圓側模8，全圓側模8與斜面底模9對位接合并連接；其脫模步驟是:取下底模夾具16并重新固定在鋼筋15上；拆除全圓側模8與斜面底模9的連接，利用自重將斜面底模9降至對應于下層混凝土圈層14的位置；取下拼接梯形模板82，收縮支撐千斤頂22，弧形大模板81內收脫模；模板提升裝置7動作，降下模板支承框架10和全圓側模8，全圓側模8與斜面底模9對位接合并連接。與現有組合鋼模板施工倒懸掛混凝土相比，采用本實用新型的全圓整體倒懸掛模板的優勢在于:與開挖施工互不干擾，安全可靠，立模、脫模方便，效率高。實施例:某電站調壓井為開敞圓筒差動式，開挖深度118m，開挖直徑31m ;永久結構混凝土厚度2m，襯砌后大井直徑27m、井筒深度108m，布置在單薄山脊中部，兩側地形陡峭，上部約60m置于強卸荷V類松馳破碎圍巖中，圍巖缺乏自穩能力，開挖后上部井壁周圍巖體薄、成井條件很差。在這樣極差的地質條件下，修筑大斷面開敞式深調壓井，大井井壁圍巖的穩定性是安全施工的關鍵。為了保證施工的安全性和施工進度，井挖過程中采用了邊挖大井、邊打錨桿掛網混凝土、邊澆倒掛混凝土的平行作業施工作業方法，并應用本實用新型的全圓整體倒懸掛模板及其立模、脫模方法，進行倒掛混凝土施工，由上往下施工直徑29.4m的安全護壁。此后,再按豎井滑模方式由下往上施工直徑27m的永久井壁。如圖2 圖16所示，該超大型調壓豎井的倒懸掛模板系統主要包括以下部分。a、卷揚機提升裝置如圖10所示，倒懸掛模板的升降由通過在井口平臺13上均勻布置的九臺3t慢速卷揚機23控制。模板總重約100t，包括工作平臺上工人、堆放鋼筋及工器具的重量。模板升降速度為4m/min。考慮到超大型全圓豎井直徑大，設計中選用九臺卷揚機23整周均布。九臺卷揚機23的單機起吊能力為3t，每臺采用兩組動滑輪，提升倍率為4。最外層鋼絲繩起升速度不大于16m/min，考慮到井口平臺13存在一定的坡度，其中四臺起升高度為70m，另外五臺起升高度為60m。采取雙級制動，人工安全鎖定。電氣系統對九臺卷揚機23實現了既能同步工作，又能單獨操作，且每臺卷揚機電機都是重載啟動，啟動電流大，對電源要求高。b、多邊形框架如圖2 圖9所示，多邊形框架由上下兩層組成，通過螺栓聯接，每層由十八件單片框架體101組成，當襯砌Φ29.4m時，十八邊形的弦長差額部分由相應的框架聯接體102補足。層與層、塊與塊之間通過螺栓聯接連接成整體。單片框架體101是由型材組焊而成的空間桁架體。這樣既保證了桁架體的強度和剛度，也便于運輸和安裝。框架連接體102也是由型材組焊而成的空間桁架體，該件安裝于兩個單片框架體101之間。主要用于在襯砌Φ29.4m時，補足18邊形的弦長差額部分。C、全圓側模全圓側模由兩層三十六塊弧形大模板81、三十六塊拼裝梯形模板82組合而成，具有圓形襯砌面。各單片模板之間均由螺栓連接成整體。模板組合方式如圖11所示。每片弧形大模板81上開有呈品字形排列的500X400mm的工作窗，以便振搗器入倉和施工人員對混凝土倉位的觀測；在上部18件弧形大模板81的頂部都安裝有進料斜槽，其進料口可用螺旋絲桿進行關閉。如圖12所示，三十六件懸臂支撐梁20與十八件上部的單片框架體101相連接。弧形大模板81通過其上的滾輪掛架21安裝在懸臂支撐梁20上，將其自重傳遞到模板支承框架10上。大模板通過支撐千斤頂22緊到多邊形框架的側面，將混凝土澆筑時的側壓力傳遞到框架上，最終由所述框架承受全圓側模8的豎向荷載和水平荷載。d、斜面底模如圖13所示，斜面底模9的固定利用現有的內外兩層預埋鋼筋15，每個循環搭接受力鋼筋15。底模寬度0.8m,混凝土設計襯砌高度為3m，則整圈混凝土自重約570t。由于斜面底模9內、外層豎向鋼筋的間距太小，每循環底模脫模又不方便，底模還要承受混凝土重量，為此將斜面小模板93安放在底模承重支架92上。斜面底模9由十八件斜面底模承重支架92和兩百七十塊規格1126 X 377 X 358mm的斜面小模板93組合而成，具有圓臺形襯砌面。由于相當數量的結構鋼筋要穿過斜面底模9和脫模移動就位需要，整個底模分十八部分，每部分承重支架通過十個受力點承受混凝土重量，每部分外圈有四十三根鋼筋穿模，總數共七百七十四根，其間距為125.16mm;每部分內圈有二十六根鋼筋穿模，十八部分共四百六十八根，間距199mm。整個內外兩層圓周共一百八十根受力鋼筋15，共一百八十個受力點，每根受力鋼筋15承重3.2t。在斜面小模板93上按鋼筋實際位置鉆孔Φ40ι πι，鋼筋15規格為Φ20ι πι，考慮鋼筋每邊的安裝誤差為10mm，將斜面小模板93套裝在鋼筋15上。脫模時，先用底模夾具16固定在鋼筋15底端，斜面小模板93及底模承重支架92在導鏈的負載下沿鋼筋15向下移動。如圖14所示，斜面底模9與全圓側模8的底部采用銷軸連接。為保證混凝土自重引起的豎向力不至于傳遞到多邊形框架上，圓周底部的銷軸孔特別加工成條形槽孔的形式，斜面底模9上設置有銷軸19，全圓側模8上設置有對應的條形銷孔18，當斜面底模9與全圓側模8接合時，在重力方向上，銷軸19與條形銷孔18不接觸，以防止幾百噸的混凝土自重拉翻頂部的9臺提升卷揚機，從而起到卸荷的作用。e、支撐千斤頂整個模板沿軸向設有三圈螺旋支撐千斤頂22。其目的是為了將模板支撐在多邊形框架上，調整模板的安裝精度。整套模板共有一百零八個支撐千斤頂22。f、工作平臺如圖2所示，工作平臺11分上、下兩大部分。上部由多邊形框架平面及六邊形加強平臺組成，其功能是提供工人操作平臺及鋼筋、工器具的堆放場地；下部由位于多邊形框架中部側面的人行走臺及框架下面的懸掛平臺組成，其作用為工人脫模和綁扎鋼筋的操作平臺。平臺用30mm左右的木板搭設而成。如圖2 圖16所示，倒懸掛模板施工時，先將底部斜面小模板93和底模承重支架92向下移動到澆筑倉位用底模夾具16固定，進行鋼筋綁扎，然后降下全圓側模8至與斜面底模9接觸，利用支撐千斤頂22將弧形大模板81頂到位，拼裝拼接梯形模板82，模板到位后通過測量對模板支承框架10的平整度和模板位置進行檢查，精確調整到位后進行澆筑。待混凝土圈層14初凝后，進行脫模。先用兩個倒鏈吊住底模承重支架92，解開底模承重支架92與全圓側模8的連接，拆除底模夾具16，將底模承重支架92用倒鏈下放到下一個倉位高程。利用模板下部懸掛的工作平臺將鋼筋綁扎好后，先取下拼接梯形模板82，然后收縮支撐千斤頂22，將弧形大模板81往內推移5 10cm，檢查各部位與洞壁無擦掛后，啟動安裝在井口平臺13的卷揚機將模板支承框架10及模板系統整體向下移動，直到全圓側模8的底邊與已經就位的斜面底模9接觸，拼裝拼接梯形模板82，形成封閉的混凝土澆筑倉位。如此周而復始，直到倒掛混凝土施工完成。
權利要求1.圓整體倒懸掛模板，包括模板支承框架(10)、模板總成、模板提升裝置(7)，連接在模板總成和模板支承框架(10)之間的模板支撐裝置，其特征是:所述模板總成包括全圓側模(8)和模面為圓臺側面的斜面底模(9)，所述斜面底模(9)的模面基線(90)與全圓側模(8)的軸心線(80)呈銳角的夾角，斜面底模(9)的上端與全圓側模(8)相配合，斜面底模(9)的下端位于全圓側模(8)的外側，以混凝土圈層(14)的鋼筋(15)作為斜面底模(9)的吊掛支撐。
2.按權利要求1所述的全圓整體倒懸掛模板，其特征是:所述斜面底模(9)上設置有鋼筋過孔(91)，并配置有與鋼筋過孔(91) 一一對應的與鋼筋(15)可拆卸連接的底模夾具(16)。
3.按權利要求1所述的全圓整體倒懸掛模板，其特征是:所述斜面底模(9)與全圓側模(8)銷軸連接，斜面底模(9)和全圓側模(8)上分別設置有銷軸(19)和對應的條形銷孔(18)，當斜面底模(9)與全圓側模(8)接合時，在重力方向上，銷軸(19)與條形銷孔(18)有間隙。
4.按權利要求1所述的全圓整體倒懸掛模板，其特征是:所述斜面底模(9)由底模承重支架(92)和鋪裝在底模承重支架(92)上的斜面小模板(93)組成。
5.按權利要求1 4中任意一項權利要求所述的全圓整體倒懸掛模板，其特征是:所述全圓側模(8)的模板由弧形大模板(81)和與之可拆卸連接的拼接梯形模板(82)交替連接組成。
6.按權利要求5所述的全圓整體倒懸掛模板，其特征是:所述弧形大模板(81)通過設置有滾輪掛架(21)的懸臂支撐梁(20 )與模板支承框架(10 )連接，滾輪掛架(21)以懸臂支撐梁(20)為滾動軌道，所述模板支撐裝置設置在模板支承框架(10)與弧形大模板(81)之間。
7.按權利要求6所述的全圓整體倒懸掛模板，其特征是:所述模板支撐裝置采用液壓油缸或可拆卸的支撐千斤頂(22)，液壓油缸、支撐千斤頂(22)的軸線與懸臂支撐梁(20)相平行。
8.按權利要求1 4中任意一項權利要求所述的全圓整體倒懸掛模板，其特征是:所述模板支承框架(10)以單片桁架體組合連接上、下的兩層多邊形框架(100)構成，單片桁架體包括單片框架體(101)和用于連接相鄰兩片單片框架體(101)的框架連接體(102)。
專利摘要本實用新型公開了一種全圓整體倒懸掛模板，能夠進行倒掛混凝土施工，從而縮短施工工期，所述全圓整體倒懸掛模板包括模板支承框架、模板總成、模板提升裝置，連接在模板總成和模板支承框架之間的模板支撐裝置，所述模板總成包括全圓側模和模面為圓臺側面的斜面底模，斜面底模與全圓側模銷軸連接，所述斜面底模的模面基線與全圓側模的軸心線呈銳角的夾角，斜面底模的上端與全圓側模相配合，下端位于全圓側模的外側，以混凝土圈層的鋼筋作為斜面底模的吊掛支撐。應用該模板可以混凝土施工支護與開挖施工同時作業，設備成本較低、結構可靠、自動化程度較高、操作方便、襯砌速度快。
文檔編號E21D5/12GK202926332SQ201220595038
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月13日 優先權日2012年11月13日
發明者楊黨榮, 周平, 劉仲偉, 秦富華 申請人:廣漢金達隧道機械有限公司