專利名稱：一種連續作業翻模對接式隧道襯砌模板臺車的制作方法
技術領域：
本發明屬于隧道施工設備，尤其涉及一種連續作業翻模對接式隧道襯砌模板臺車。
背景技術：
目前的高速鐵路隧道、高速公路隧道絕大部分采用鐵道部或交通部的標準設計圖，采取統一的隧道結構形式和相同的半徑，具有很強的通用性。《高速鐵路隧道工程施工質量驗收標準》(TB10753-2010/J1149-2011)明確規定“軟弱圍巖及不良地質隧道的二次襯砌應及時施作，二次襯砌距掌子面的距離IV級圍巖不得大于90m，V、VI級圍巖不得大于70m”，因此快速施工二襯和混凝土等強時間存在一個矛盾，混凝土強度不足不允許拆模，也就無法進入下一組施工。二次襯砌混凝土往往錯臺嚴重，由于新舊混凝土收縮情況不一致，因此很難避免錯臺現象。由于混凝土的搭接擠壓，使搭接部分混凝土內部結構受到破壞，存在掉塊隱患，危及運營安全，如果掉落在高速行走的高速列車或汽車上，將造成特別嚴重的后果。目前已有的方案是在采取一套行走支撐作業平臺配套相應的模板系統進行隧道二次襯砌混凝土澆筑施工作業，行走支撐系統與模板系統相互不可分割；這種系統的缺陷是:1、等強時間長，影響下一組襯砌施工；2、混凝土施工采取搭接，易產生錯臺和掉塊現象；3、無法在同一隧道內同時使用多套模板施工，不能持續不間斷施工，無法滿足快速施工要求。
發明內容
本發明的目的是提出一種連續作業翻模對接式隧道襯砌模板臺車的技術方案。為了實現上述目的，本發明的技術方案是:一種連續作業翻模對接式隧道襯砌模板臺車，進行隧道二次襯砌混凝土澆筑施工作業，包括平臺框架、行走裝置、液壓驅動裝置、支撐絲杠組、模板組；所述行走裝置安裝在所述平臺框架的底部，行走裝置驅動平臺框架沿隧道掘進方向行進；所述液壓驅動裝置和支撐絲杠組安裝在平臺框架上；有至少兩組可沿隧道斷面方向展開與收縮的所述模板組，收縮后的模板組的外輪廓尺寸小于展開的模板組的內輪廓尺寸、并能夠從展開的模板組中穿過，每套模板組能夠通過支撐絲杠組和液壓驅動裝置與平臺框架連接，模板組由液壓驅動裝置驅動展開和收縮、并由平臺框架攜帶行進，模板組在展開后能夠與平臺框架分離、獨立穩定支撐在隧道內。更進一步，所述行走裝置是輪式軌道行走裝置，行走裝置設有兩排車輪在沿隧道掘進方向鋪設的軌道上行進。更進一步，所述行走裝置由電機驅動，所述電機經行星擺針式減速器調速、通過鏈條帶動車輪轉動；在行走裝置中設有剎車裝置。更進一步，所述模板組包括頂模、邊模、角邊模，所述頂模、邊模、角邊模是具有弧形外表面的金屬結構件，所述頂模與邊模通過銷軸方式連接，邊模能夠向隧道內側方向折疊；所述邊模與角邊模通過銷軸方式連接，角邊模能夠向隧道內側方向折疊；在所述頂模、邊模、角邊模兩端部設有肋板，兩組模板組之間設有定位銷。更進一步，所述模板組包括一塊頂模、兩塊邊模、兩塊角邊模；所述頂模位于兩塊邊模之上，頂模兩端分別與一塊邊模的一端連接，每塊邊模的另一端與一塊所述角邊模的一端連接，邊模位于角邊模之上；
所述液壓驅動裝置包括四只升降油缸、四只伸縮油缸，所述升降油缸垂直安裝在所述平臺框架的頂端，升降油缸的缸臂推動頂模在垂直方向移動；所述伸縮油缸安裝在平臺框架的兩側，伸縮油缸通過轉軸與平臺框架的側面連接，伸縮油缸的缸臂與邊模通過可拆裝的轉軸連接、并推動邊模以與頂模連接的銷軸為軸心轉動；
有多組所述支撐絲杠組沿所述平臺框架行進方向安裝在平臺框架上；每組支撐絲杠組包括三支頂模支撐絲杠、十二支邊模支撐絲杠、兩支角邊模支撐絲杠；所述頂模支撐絲杠的一端通過可拆裝的轉軸與頂模連接，頂模支撐絲杠的另一端通過轉軸與平臺框架連接；每塊邊模與六支所述邊模支撐絲杠通過可拆裝的轉軸連接，最下方的邊模支撐絲杠的另一端與隧道的仰拱填充頂面支撐腳連接，其余五支邊模支撐絲杠的另一端與通過轉軸與平臺框架連接；每塊角邊模與一支所述角邊模支撐絲杠通過可拆裝的轉軸連接，角邊模支撐絲杠的另一端與隧道的仰拱填充頂面支撐腳連接。更進一步，所述模板組的長度為9000mm ;所述頂模由六塊長度為1500mm的頂模板塊組成，所述頂模板塊包括頂模面板、頂模拱板、頂模拱梁、頂模加勁肋板；所述頂模面板厚度為10mm、圓弧半徑為5710mm、弧長為4800mm,所述頂模拱板是設置在頂模面板兩端的12mm厚、200mm寬的鋼板，所述頂模拱梁是設置在頂模面板中間的20a工字鋼拱梁，在所述頂模拱板與頂模拱梁之間設有多條由75X50X5不等邊角鋼構成的頂模加勁肋板，所述頂模加勁肋板間距為346mm ；
所述邊模由六塊長度為1500mm的邊模板塊組成，所述邊模板塊包括邊模面板、邊模拱板、邊模拱梁、邊模加勁肋板；所述邊模面板厚度為10mm、圓弧半徑為5710mm、弧長為7150mm，所述邊模拱板是設置在邊模面板兩端的12mm厚、200mm寬的鋼板，所述邊模拱梁是設置在邊模面板中間的20a工字鋼拱梁，在所述邊模拱板與邊模拱梁之間設有多條由75X50X5不等邊角鋼構成的邊模加勁肋板，所述邊模加勁肋板間距為346mm ；
連接頂模與邊模的所述銷軸的直徑為36mm。本發明的有益效果是:利用一套行走支撐作業平臺配合多套可獨立自穩的模板系統進行隧道二次襯砌混凝土澆筑施工作業，模板組可展開和收縮、并可與平臺框架連接或分離，模板組展開并與平臺框架分離后能夠單獨受力自穩，模板組收縮后可由行走的平臺框架攜帶穿過展開的模板組、并與展開的模板組對接，可進行混凝土連續澆筑施工，實現多套模板的循環流水化作業，從而避免錯臺和擠壓破壞混凝土現象，保證了混凝土施工的質量，提高了施工效率。下面結合附圖和實施例對本發明作一詳細描述。
圖1是本發明主視圖； 圖2是本發明模板組收縮示意 圖3是本發明側視 圖4是頂模展開 圖5是頂模端面 圖6是邊模展開 圖7是邊模端面 圖8是僅頂模受均布載荷作用力學模型；
圖9是僅頂模均布載荷作用模板單元受力 圖10是僅邊模受均布載荷作用力學模型；
圖11是僅邊模均布載荷作用模板單元受力 圖12是邊模和頂模受均布載荷作用力學模型；
圖13是邊模和頂模均布載荷作用模板單元受力圖。
具體實施例方式如圖1、圖2、圖3，一種連續作業翻模對接式隧道襯砌模板臺車，進行隧道二次襯砌混凝土澆筑施工作業，包括平臺框架1、行走裝置2、液壓驅動裝置、支撐絲杠組、模板組；所述行走裝置安裝在所述平臺框架的底部，行走裝置驅動平臺框架沿隧道掘進方向行進；所述液壓驅動裝置和支撐絲杠組安裝在平臺框架上；采用三套可沿隧道斷面方向展開與收縮的所述模板組，收縮后的模板組的外輪廓尺寸小于展開的模板組的內輪廓尺寸、并能夠從展開的模板組中穿過(如圖2所示)，每套模板組能夠通過支撐絲杠組和液壓驅動裝置與平臺框架連接，模板組由液壓驅動裝置驅動展開和收縮、并有平臺框架攜帶行進，模板組在展開后能夠與平臺框架分離、獨立穩定支撐在隧道內。所述平臺框架包括五個沿行走方向排列的門架1-1、1-2、1-3、1-4、1_5，在平臺框架上設有操作平臺1-6。所述行走裝置是輪式軌道行走裝置，行走裝置設有兩排車輪2-1在沿隧道掘進方向鋪設的軌道2-2上行進。所述行走裝置由電機驅動，所述電機經行星擺針式減速器調速、通過鏈條帶動車輪轉動；在行走裝置中設有剎車裝置。所述模板組包括頂模3、邊模4、角邊模5，所述頂模、邊模、角邊模是具有弧形外表面的金屬結構件，所述頂模與邊模通過銷軸6連接，邊模能夠向隧道內側方向折疊；所述邊模與角邊模通過銷軸7連接，角邊模能夠向隧道內側方向折疊；在所述頂模、邊模、角邊模兩端部設有肋板，兩組模板組之間設有定位銷。所述模板組包括一塊頂模、兩塊邊模、兩塊角邊模；所述頂模位于兩塊邊模之上，頂模兩端分別與一塊邊模的一端連接，每塊邊模的另一端與一塊所述角邊模的一端連接，邊模位于角邊模之上；
所述液壓驅動裝置包括四只升降油缸8、四只伸縮油缸9，所述升降油缸在所述平臺框架第二門架1-2和第四門架1-4的頂端各垂直安裝兩只，升降油缸的缸臂推動頂模在垂直方向移動；在平臺框架第二門架1-2和第四門架1-4的兩側各安裝兩支所述伸縮油缸，伸縮油缸通過轉軸與平臺框架的側面連接，伸縮油缸的缸臂與邊模通過可拆裝的轉軸連接、并推動邊模以與頂模連接的銷軸為軸心轉動；
有五組所述支撐絲杠組安裝在平臺框架的五個門架上；每組支撐絲杠組包括三支頂模支撐絲杠10、十二支邊模支撐絲杠11、兩支角邊模支撐絲杠12 ;所述頂模支撐絲杠的一端通過可拆裝的轉軸與頂模連接，頂模支撐絲杠的另一端通過轉軸與平臺框架連接；每塊邊模與六支所述邊模支撐絲杠通過可拆裝的轉軸連接，最下方的邊模支撐絲杠的另一端與隧道的仰拱填充頂面支撐腳13連接，其余五支邊模支撐絲杠的另一端與通過轉軸與平臺框架連接；每塊角邊模與一支所述角邊模支撐絲杠通過可拆裝的轉軸連接，角邊模支撐絲杠的另一端與隧道的仰拱填充頂面支撐腳連接。本實施例中，連續作業翻模對接式隧道襯砌模板臺車的主要結構規格如下:
仰拱填充頂面距拱頂中心高度7523mm ；
如圖4、圖5，頂模面板3-1弧長TL=4800mm，頂模面板圓弧半徑TR=5710mm ;頂模由六塊長度TW=1500mm的頂模板塊組成,頂模總長為9000mm ;頂模模板厚度為IOmm,每塊頂模板塊的兩端設有12mm厚、200mm寬的拱板3_2，每塊頂模板塊的中心設有一條由20a工字鋼構成的拱梁3-3，在所述拱板與拱梁之間設有多條由75X50X5不等邊角鋼構成的加勁肋板3-4，所述加勁肋板間距為346mm。如圖6、圖7，邊模面板4-1弧長SL=7150mm，邊模面板圓弧半徑SR=5710mm ;邊模由六塊長度SW=1500mm的邊模板塊組成，邊模總長為9000mm ;邊模模板厚度為10mm，每塊邊模板塊的兩端設有12mm厚、200mm寬的拱板4_2，每塊邊模板塊的中心設有一條由20a工字鋼構成的拱梁4-3，在所述拱板與拱梁之間設有多條由75X50X5不等邊角鋼構成的加勁肋板4-4，所述加勁肋板間距為346mm ；
角邊模面板弧長1890mm,角邊模面板圓弧半徑5710mm ；
連接頂模與邊模銷軸6和連接邊模與角邊模的銷軸7的直徑為30_ ；
平臺框架長度為9000mm ；
行走裝置驅動電機功率7.5kw，最大行走速度8m/min ；
升降油缸行程為650mm ;伸縮油缸行程為320mm。模板組的數量依據隧道的開挖進度和安全步距確定。連續作業翻模對接式隧道襯砌模板臺車的工作方式是:
平臺框架將第一組模板組送至設定位置，液壓驅動裝置將模板組展開，支撐絲杠組將模板組定位并固定在平臺框架和仰拱填充頂面支撐腳上，進行隧道二次襯砌模注混凝土施工，當二次襯砌混凝土澆筑完成、且混凝土達到初凝狀態后，解除支撐絲杠組和液壓液油缸與模板組的連接，平臺框架與第一組模板組脫離，與隧道的仰拱填充頂面支撐腳連接的支撐絲杠繼續支撐模板組保持自穩；
平臺框架攜帶第二組處于收縮狀態的模板組從第一組模板組內側穿過，液壓驅動裝置將模板組展開并調整位置，通過定位銷使第二組模板組與第一組模板組在端面對接，支撐絲杠組將第二組模板組定位并固定在平臺框架和仰拱填充頂面支撐腳上，進行隧道二次襯砌模注混凝土施工，當二次襯砌混凝土澆筑完成、且混凝土達到初凝狀態后，解除第二組模板組與支撐絲杠組和液壓液油缸連接，平臺框架與第二組模板組脫離，與隧道的仰拱填充頂面支撐腳連接的支撐絲杠繼續支撐第二組模板組保持自穩；
按照相同過程將第三組模板組與第二組模板組對接并進行隧道二次襯砌模筑混凝土施工；
當第三組模板組的二次襯砌混凝土達到初凝狀態、且第一組模板組的二次襯砌混凝土達到強度要求后，解除第三組模板組與支撐絲杠組和液壓液油缸連接，平臺框架與第三組模板組脫離，與隧道的仰拱填充頂面支撐腳連接的支撐絲杠繼續支撐第三組模板組保持自穩；
平臺框架后移至第一組模板組的位置，將液壓驅動裝置與第一組模板組連接、并支承第一組模板組，解除第一組模板組與第二組模板組對接定位銷，解除第一組模板組與隧道的仰拱填充頂面支撐腳連接的支撐絲杠，升降油缸下行30mm、平臺框架方向行進50mm，使混凝土脫模，然后收起角邊模，伸縮油缸收回邊模，升降油缸將頂模下降至平臺框架支承，第一組模板組處于收縮狀態；
平臺框架攜帶處于收縮狀態的第一組模板組從第二組和第三組模板組內側穿過，按照上述過程將第一組模板組與第三組模板組對接并進行隧道二次襯砌模筑混凝土施工；如此循環進行隧道二次襯砌施工。液壓驅動裝置只作為脫模及調模使用，在澆筑混凝土時不作為受力桿件，支撐絲杠用于模板組的定位和支撐模板組承受混凝土澆筑時產生的壓力。本發明實現多套模板的循環流水化作業的必要條件是所述模板組的結構具有足夠的強度和剛性，能夠自穩定在隧道內支撐初凝狀態的澆筑混凝土 ；同時，模板組的結構尺寸使其能夠在收縮狀態下穿過其它處于展開狀態的模板組。模板組的力學計算方法如下:
邊模主要受混凝土澆筑的側壓力，頂模承受混凝土自重荷載，局部超挖荷載，施工荷載等作用。頂模受力遠比邊模受力復雜，對頂模受力進行檢算，考慮面板與拱板、拱梁共同受力。采用IOmm鋼板,考慮二襯混凝土厚度50cm,混凝土自重按24KN/立方米計算,取局部最大超挖50cm進行檢算，混凝土注入口附近的沖擊力考慮注漿口處混凝土對模板的擠壓力按47KN/平方米。通過檢算，面板、肋板的強度及撓度滿足要求，同時拱板強度和拱梁撓度亦滿足要求。混凝土澆筑中拱頂混凝土將灌注滿時，需進行看模，避免混凝土澆筑過程中過大的擠壓力造成模板破壞。混凝土澆筑完成后模板強度的計算:
a)假定混凝土澆筑后模板組立即與模板臺車分離。混凝土澆筑完成后，平臺框架脫離模板，面板獨立承擔混凝土荷載及自身重量，拱板上混凝土自重荷載完全由拱板承擔，邊板承受混凝土側壓力，以此對模板進行檢算。將模板視為圓心以下固定，邊模與頂模之間鉸接，受垂直于面板方向均布何載作用，將模板受力情況簡化為長度約I米的單元建立模型，則模板各部位承受的彎矩如圖8、圖9、圖10，圖11。若僅考慮頂模受單位力作用，則模板各部位承受的載荷如圖8，模板各部位承受的彎矩如圖9 ；
在單位均布荷載作用下，計算模型中桿端內力值為(單位均布荷載q = I)
權利要求
1.種連續作業翻模對接式隧道襯砌模板臺車，進行隧道二次襯砌混凝土澆筑施工作業，包括平臺框架、行走裝置、液壓驅動裝置、支撐絲杠組、模板組；其特征在于，所述行走裝置安裝在所述平臺框架的底部，行走裝置驅動平臺框架沿隧道掘進方向行進；所述液壓驅動裝置和支撐絲杠組安裝在平臺框架上；有至少兩組可沿隧道斷面方向展開與收縮的所述模板組，收縮后的模板組的外輪廓尺寸小于展開的模板組的內輪廓尺寸、并能夠從展開的模板組中穿過，每套模板組能夠通過支撐絲杠組和液壓驅動裝置與平臺框架連接，模板組由液壓驅動裝置驅動展開和收縮、并由平臺框架攜帶行進，模板組在展開后能夠與平臺框架分離、獨立穩定支撐在隧道內。
2.據權利要求1所述的一種連續作業翻模對接式隧道襯砌模板臺車，其特征在于，所述行走裝置是輪式軌道行走裝置，行走裝置設有兩排車輪在沿隧道掘進方向鋪設的軌道上行進。
3.據權利要求2所述的一種連續作業翻模對接式隧道襯砌模板臺車，其特征在于，所述行走裝置由電機驅動，所述電機經行星擺針式減速器調速、通過鏈條帶動車輪轉動；在行走裝置中設有剎車裝置。
4.據權利要求1所述的一種連續作業翻模對接式隧道襯砌模板臺車，其特征在于，所述模板組包括頂模、邊模、角邊模，所述頂模、邊模、角邊模是具有弧形外表面的金屬結構件，所述頂模與邊模通過銷軸方式連接，邊模能夠向隧道內側方向折疊；所述邊模與角邊模通過銷軸方式連接，角邊模能夠向隧道內側方向折疊；在所述頂模、邊模、角邊模兩端部設有肋板，兩組模板組之間設有定位銷。
5.據權利要求4所述的一種連續作業翻模對接式隧道襯砌模板臺車，其特征在于，所述模板組包括一塊頂模、兩塊邊模、兩塊角邊模；所述頂模位于兩塊邊模之上，頂模兩端分別與一塊邊模的一端連接，每塊邊模的另一端與一塊所述角邊模的一端連接，邊模位于角邊模之上； 所述液壓驅動裝置包括四只升降油缸、四只伸縮油缸，所述升降油缸垂直安裝在所述平臺框架的頂端，升降油缸的缸臂推動頂模在垂直方向移動；所述伸縮油缸安裝在平臺框架的兩側，伸縮油缸通過轉軸 與平臺框架的側面連接，伸縮油缸的缸臂與邊模通過可拆裝的轉軸連接、并推動邊模以與頂模連接的銷軸為軸心轉動； 有多組所述支撐絲杠組沿所述平臺框架行進方向安裝在平臺框架上；每組支撐絲杠組包括三支頂模支撐絲杠、十二支邊模支撐絲杠、兩支角邊模支撐絲杠；所述頂模支撐絲杠的一端通過可拆裝的轉軸與頂模連接，頂模支撐絲杠的另一端通過轉軸與平臺框架連接；每塊邊模與六支所述邊模支撐絲杠通過可拆裝的轉軸連接，最下方的邊模支撐絲杠的另一端與隧道的仰拱填充頂面支撐腳連接，其余五支邊模支撐絲杠的另一端與通過轉軸與平臺框架連接；每塊角邊模與一支所述角邊模支撐絲杠通過可拆裝的轉軸連接，角邊模支撐絲杠的另一端與隧道的仰拱填充頂面支撐腳連接。
6.據權利要求5所述的一種連續作業翻模對接式隧道襯砌模板臺車，其特征在于，所述模板組的長度為9000mm ;所述頂模由六塊長度為1500mm的頂模板塊組成，所述頂模板塊包括頂模面板、頂模拱板、頂模拱梁、頂模加勁肋板；所述頂模面板厚度為10mm、圓弧半徑為5710mm、弧長為4800mm,所述頂模拱板是設置在頂模面板兩端的12mm厚、200mm寬的鋼板，所述頂模拱梁是設置在頂模面板中間的20a工字鋼拱梁，在所述頂模拱板與頂模拱梁之間設有多條由75X50X5不等邊角鋼構成的頂模加勁肋板，所述頂模加勁肋板間距為346mm ； 所述邊模由六塊長度為1500mm的邊模板塊組成，所述邊模板塊包括邊模面板、邊模拱板、邊模拱梁、邊模加勁肋板；所述邊模面板厚度為10mm、圓弧半徑為5710mm、弧長為7150mm，所述邊模拱板是設置在邊模面板兩端的12mm厚、200mm寬的鋼板，所述邊模拱梁是設置在邊模面板中間的20a工字鋼拱梁，在所述邊模拱板與邊模拱梁之間設有多條由75X50X5不等邊角鋼構成的邊模加勁肋板，所述邊模加勁肋板間距為346mm ； 連接頂模與邊模的所 述銷軸的直徑為36mm。
全文摘要
本發明涉及一種連續作業翻模對接式隧道襯砌模板臺車，進行隧道二次襯砌混凝土澆筑施工作業，包括平臺框架、行走裝置、液壓驅動裝置、支撐絲杠組、模板組；行走裝置安裝在平臺框架的底部，行走裝置驅動平臺框架沿隧道掘進方向行進；液壓驅動裝置和支撐絲杠組安裝在平臺框架上；有至少兩組可沿隧道斷面方向展開與收縮的所述模板組,收縮后的模板組的外輪廓尺寸小于展開的模板組的內輪廓尺寸、并能夠從展開的模板組中穿過；本發明的有益效果是利用一套行走支撐作業平臺配合多套可獨立自穩的模板組，可進行混凝土連續澆筑施工，實現多套模板組的循環流水化作業，從而避免錯臺和因搭接擠壓破壞混凝土現象，保證了混凝土施工的質量，提高了施工效率。
文檔編號E21D11/10GK103089278SQ201310060929
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月27日 優先權日2013年2月27日
發明者唐忠亮, 嚴少發, 邊鵬飛, 張伯陽, 潘文祥, 崔守遠, 吳元平, 劉淵淵, 王連慶 申請人:中交隧道工程局有限公司, 三明建翔科技工程材料有限公司