隧道衬砌施工用钢模台车的通用模板及其使用方法

摘要

本发明公开了一种隧道衬砌施工用钢模台车的通用模板，包括多块由长方形结构的弧形模板和设置在弧形模板周边的模板框架构成的模板单元，弧形模板为沿其短边弯曲形成的长方形模板；模板框架两长边的纵向板面上均衡分布有模板连接孔；间隔设置在长方形模板上方的模板框架两长边之间的底边框上均布有模板安装孔。本发明将模板单元改为沿短边弯曲，形成长方形模板，使其沿隧道轴线方向较长，沿隧道断面方向较短，并根据实际隧道的截面半径配备拱架，利用连接螺栓的拧紧力使模板产生弹性变形，消除长方形模板与所需衬砌隧道之间的间隙，保证安装好的模板与衬砌的隧道截面相吻合，使半径相近的隧道截面施工时仅需一套通用模板即可，大大降低了衬砌成本。

说明书

技术领域

本发明涉及高速铁路隧道、高速公路隧道、引水洞、地下洞窟、涵洞等混凝土衬砌施工装备技术领域，尤其是涉及一种可以适应弧度尺寸在一定范围内变化的隧道衬砌施工用钢模台车的通用模板，本发明还涉及该通用模板的安装使用方法。

背景技术

钢模台车是隧道施工中按照隧道内轮廓形状的不同、隧道衬砌混凝土浇筑方式的不同，浇注隧道内衬砌混凝土用的一种专用机械施工设备，具有成本低、使用方便等优点，在铁路、公路、水利水电工程施工中被广泛使用。使用模板台车不仅可以避免施工干扰、提高施工效率，更重要的是大大提高了隧道内的衬砌施工质量，同时也提高了隧道施工的机械化程度。钢模台车型式虽然多，但结构基本相同，都是由模板部分、门架体部分、行走系统、支撑机构、平移系统及其他附属装置构成。

目前所用的钢模台车，其模板分块大体如下：沿隧道断面方向，使用如图1所示的弧形模板五块一组（或七块一组），这几块模板按隧道断面的弧形拼接起来，形成与待衬砌的隧道内轮廓相一致的形状；沿隧道轴线方向，单块模板长度为1.5～2.0米，沿隧道轴线方向设4～8块模板；其安装后的断面图和展开图见图2、图3。由于高速铁路隧道、高速公路隧道、引水洞、地下洞窟、涵洞等每个工程断面的弧度都不相同，所以每次施工时都需要制作一套与所需衬砌隧道截面半径相适应的衬砌模板才能完成施工任务。该工程完工后此套模板一般就会作为废铁处理掉，造成了极大的浪费，增加了单项工程的施工成本。

为了降低单项工程的成本，目前市场上流行的做法是对旧的衬砌模板由制造厂家回收后再改造。主要的改造方法是将原先使用过的旧模板，使用切割、焊接等工艺改变原有模板的弧度，以适应下一个所需衬砌的隧道的要求。这种方法，只能对原有模板改造一到两次，改造多次之后，模板就彻底失去了其作为衬砌模板的使用价值；使用这种方法改造的模板质量也没有保证。

另外，使用一套模板以适应多种不同截面隧道混凝土衬砌施工也有了一些方法，具体的解决方案大致有以下两种：

1、在侧模板改变较小或不改变的前提下改变拱部模板。这种方法适用于单线铁路隧道的衬砌工作。具体实施方法有两种：一是当隧道衬砌截面变化后，将拱部圆弧段模板全部更换，保留侧模板，但是这样浪费仍然严重，未从根本上解决问题。二是将拱顶模板分为两部分，当隧道衬砌截面变化后，在拱顶模板两部分之间增加模板来实现变径，拱部模板与侧模板之间使用铰接连接。该方案的缺点为：1)、无法实现衬砌模板的连续变径；2)、衬砌的弧面半径的差值变化幅度小，一般不能大于40cm；3)、单线铁路隧道边墙衬砌幅度不变，只对拱部模板进行调整，是一种局部改变半径的方法；4)、改变半径的速度较慢；5)、必须要提前施工矮边墙。

2、使用多块30cm宽的标准组合钢模板或带有弧度的小模板，在隧道断面与轴线两个方向拼接扩展，并同时调整门架高度和宽度来衬砌隧道。使用多块30cm宽的标准组合钢模板衬砌不同断面半径隧道利用的是以曲代直的思想。该方法的缺点是当调整门架的高度和宽度后，需要重新安装调整模板，工作量大，施工速度慢，衬砌表面的分模线较多，不美观，且容易跑模。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以适应弧度尺寸在一定范围内变化的隧道衬砌施工用钢模台车的通用模板，即一套模板可以在半径相近似的隧道衬砌施工中多次使用，降低了衬砌成本；本发明同时还提供该通用模板的安装使用方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的隧道衬砌施工用钢模台车的通用模板，包括多块由长方形结构的弧形模板和设置在所述弧形模板周边的模板框架构成的模板单元，所述弧形模板为沿其短边弯曲形成的长方形模板；所述模板框架两长边的纵向板面上均衡分布有模板连接孔；间隔设置在所述长方形模板上方的模板框架两长边之间的底边框上均布有模板安装孔。

所述长方形模板的外弧弦长大于0.9m。

本发明隧道衬砌施工用钢模台车通用模板的使用方法为：首先将截面半径相近的隧道归类，制造一套如权利要求1所述结构的通用模板；按照待衬砌隧道的实际半径制造拱架，并在所述拱架的支撑筋上设置出与通用模板底边框上的模板安装孔相对应的连接孔，然后将通用模板的底边框依次栓接在所述拱架上，利用连接螺栓的拧紧力使通用模板的长方形模板产生弹性变形，消除长方形模板与待衬砌隧道截面半径之间的间隙，最后将相邻两通用模板通过穿设在模板框架两长边纵向板面上的模板连接孔之间的螺栓连为一体。

本发明的优点在于将组成通用模板的模板单元沿长边弯曲的弧形面板改为沿短边弯曲，形成长方形模板，使模板单元沿隧道轴线方向较长，沿隧道断面方向较短（传统使用的衬砌模板沿隧道轴线方向较短，沿隧道断面方向较长），同时将传统的焊接式模板改为螺栓装配式，并根据实际隧道的截面半径配备拱架（一种半径尺寸的隧道截面配备一种拱架），利用连接螺栓的拧紧力使模板产生弹性变形，从而消除长方形模板与衬砌断面轮廓之间的间隙，保证安装好的模板与所需衬砌的隧道截面相吻合，使半径相近的隧道截面施工时仅需要一套通用模板即可，大大降低了衬砌成本。同时，本发明采用的长方形模板，安装后拱形面上的接缝长度大大减少，提高了浇注隧道内衬砌混凝土的质量，衬砌表面也更加美观。

附图说明

图1是现有模板单元的结构示意图。

图2、图3分别是现有模板安装后的结构图和展开图。

图4是本发明模板单元的结构示意图。

图5是图4中长方形模板的端面图。

图6、图7是本发明通用模板安装后的结构图和展开图。

具体实施方式

如图4、图5所示，隧道衬砌施工用钢模台车的通用模板，包括多块由长方形结构的弧形模板和设置在弧形模板周边的模板框架1构成的模板单元，为使其具有一定的通用性，弧形模板为沿其短边弯曲形成的长方形模板2；模板框架1两长边的纵向板面上均衡分布有模板连接孔3；间隔设置在长方形模板2上方的模板框架两长边之间的底边框4（与拱架6相连接的面）上均布有模板安装孔5。

为利用长方形模板2的弹性变形量，以消除模板与待衬砌隧道断面轮廓之间的间隙，长方形模板2的外弧弦长L大于0.9m，一般情况下L大于1.2m时效果较好，其外弧半径为R，厚度为h。

本发明隧道衬砌施工用钢模台车通用模板的使用方法为：首先将截面半径相近的隧道归类，制造一套如图4、图5所示结构的通用模板；按照待衬砌隧道的实际半径制造拱架6，并在拱架6的支撑筋上设置出与通用模板底边框上的模板安装孔5相对应的连接孔，然后将通用模板的底边框4依次栓接在拱架6上，利用连接螺栓7的拧紧力使通用模板的长方形模板2产生弹性变形，消除长方形模板2与待衬砌隧道截面轮廓的间隙，最后将相邻两通用模板通过穿设在模板框架两长边纵向板面上的模板连接孔之间的螺栓连为一体；本发明所述的隧道衬砌施工用钢模台车通用模板安装后的结构图如图6所示，图7是其展开图。

施工时的具体步骤为：

第一步，将各种隧道截面尺寸（依据隧洞截面的半径）进行分类分组，将半径相近的隧洞截面划为一个小组。

根据使用目的的不同，隧洞一般可分为：铁路隧道、公路隧道、引水洞、涵洞隧道等几大类；铁路隧道可以分为高速铁路、普通铁路隧道等小类；高速铁路又可以分为双线、单线隧道等小组。例如高铁双线隧道小组包含350km/h、250km/h，与200km/h三种隧道断面，其截面半径分别为6650mm、6410mm、6030mm，半径比较接近，可以分为一个小组。高速公路也可以根据车道数量的多少来划分不同的小组。

第二步，同一小组的隧道共用一套模板：在同一小组内，对模板进行设计，把通用模板与衬砌隧道断面轮廓的偏差控制在2~3mm之内，利用小偏差替代原理，从而实现模板在同一小组内的通用化。假设某一小类截面半径尺寸相近的隧道半径分别为R1、R2、R3……Rn，其中R1≥R2≥R3≥……≥Rn，通用模板的外弧面（即与需要衬砌隧道内弧面接触的面，通用模板外弧半径为R）与所需衬砌隧道内弧面（半径为R1）之间最大的间隙距离为H1，与截面半径Rn的弧相差Hn，H1与Hn一般要求小于3mm。

第三步，利用弹性变形消除长方形模板2与所需衬砌隧道内弧面之间的间隙。为了消除H1、Hn这些间隙距离，制作与半径R1、R2、R3……Rn相对应的截面半径为r1、r2、r3……rn的拱架6，其中r1=(R1-h)、r2=(R2-h)、r3=(R3-h)……rn=(Rn-h)，将长方形模板2用连接螺栓7依次固定在拱架6上，利用连接螺栓7的拧紧力使长方形模板2产生弹性变形，消除长方形模板2与所需施工的隧道衬砌截面之间的间隙。

采用本发明的通用模板对高铁双线隧道小组包含350km/h、250km/h与200km/h三种隧道断面（其截面半径分别为6650mm、6410mm、6030mm）进行衬砌施工，通用模板的长方形模板2的外弧弦长L=1500mm，外弧半径R=6300mm，厚度h=120mm。

使用通用模板衬砌截面半径R1=6650mm的隧道时，通用模板截面外弧两端与所需衬砌隧道内弧面间隙距离为2.4mm。使用通用模板衬砌截面半径R2=6410mm的隧道时，通用模板截面外弧两端与所需衬砌隧道内弧面间隙距离为0.8mm。使用通用模板衬砌截面半径R3=6030mm的隧道时，通用模板截面外弧中心与所需衬砌隧道内弧面间隙距离为2mm。

为了消除这些间隙，分别使用r1=6530mm、r2=6290mm、r3=5910mm的拱架6，用连接螺栓7将通用模板的长方形模板2固定在拱架6上，拧紧连接螺栓7，通过长方形模板2的弹性变形使间隙得以消除。

本发明不仅实现了在半径相近的隧道衬砌施工时模板的通用，而且模板接缝8（见图7）的总长度也比传统方法减少很多，如使用传统的模板（隧道轴线方向8块，隧道断面方向5块组成），衬砌半径6650mm、长度12m的双线隧道时，接缝长度（分模线）总长为194m，而使用本发明的通用模板（隧道轴线方向1块，隧道断面方向13块组成）衬砌同样长度的隧道，接缝8的长度（分模线）仅为144m，提高了浇注隧道内衬砌混凝土板的质量，衬砌表面也更加美观。