一种大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车

摘要

本实用新型公开了一种大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车，包括门架、针梁、门架针梁交错移动机构、模板装置和模板调节机构；门架通过轨道和第一行走轮与针梁滑动连接，模板装置位于门架前后端支腿结构之间，模板调节机构安装在两组轨道安装架上，门架针梁交错移动机构包括安装于针梁前支座和针梁后支座上的顶升油缸以及安装在针梁上的平移传动组件。本实用新型通过采用相对运动的原理，通过针梁支座和门架支腿结构的交替支撑作用配合平移传动组件实现门架及针梁的前后移动，依靠台车自重完成抗浮，通过模板调节机构配合模板装置完成底拱的混凝土衬砌，有效解决了模板工序繁杂的问题，避免底拱混凝土表观质量缺陷及底拱无系统支护抗浮。

说明书

技术领域

本实用新型涉及隧洞混凝土施工装置，特别涉及一种大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车。

背景技术

在水工隧洞的设计过程中因为圆形断面受力条件好于其他断面类型所以偏向于将过水隧洞设计成圆形断面。为节约工程建设投资，部分工程在满足相关规范的前提下优化设计，底拱120°无初支结构。常规圆形隧洞底拱混凝土衬砌施工采用翻模抹面工艺，此工艺施工工序复杂，需要大量人力物力，且模板易上浮，需要使用大量拉筋抗浮措施。底拱混凝土翻模工艺常常用系统锚杆作为拉筋。由于部分工程的特殊性，底拱120°范围内未设计系统锚杆支护，在蚀变岩地质影响下普通的拉筋体系又很容易失效，如果加长拉筋增加锚固长度或加密拉筋间距会增加巨大的经济成本，不利于项目运行。我国长距离地下输水隧洞工程技术水平不断提升，长距离输水隧洞工程具有洞径大、洞线长、埋深大等特点，工程地质情况对隧洞工程建设工期相关联，部分隧洞的工程地质情况为蚀变岩，蚀变岩为低吸水率的弱膨胀性岩石，蚀变作用以降低岩石的粘聚力为主，水对蚀变岩的作用也是以降低粘聚力为主，随蚀变程度的增加，水的弱化作用增强。因此导致开挖期工期难以保证，压力较大。

此外，隧洞底拱混凝土为仰弧面，一般模板工艺难以完全排除混凝土气泡，易形成气孔、麻面等质量缺陷，并且混凝土有较高的抗冻要求，引气更是不利于表面气泡的消除；模板面附着积水难以排除，易形成狗洞和露筋等质量缺陷。鉴于水工隧洞糙率要求高，需解决或降低外观质量通病的产生和处理。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车，该大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车采用相对运动的原理，通过针梁支座和门架支腿的交替作为支点实现台车及滑行模板移动，以及台车自重完成抗浮；该大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车能完成底拱的混凝土衬砌，施工方便、节约成本、效率高、节约工期。

本实用新型采用的技术方案为：

一种大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车，该大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车包括门架、针梁、门架针梁交错移动机构、模板装置和模板调节机构；所述门架为开口向下的门形框架结构，门架的前后端均设有通过支腿和支腿横梁构成的门架支腿结构，门架开口两侧通过连接纵梁与支腿结构连接；所述针梁为矩形框架结构，其位于门架的开口内且由前向后贯穿门架，针梁的前后端设有针梁前支座和针梁后支座，针梁中间段的顶部和底部两侧固定安装有轨道，门架内的顶部以及模板装置上设有配合轨道的第一行走轮；所述模板装置位于门架前后端支腿结构之间，其包括弧形轨道、轨道安装架、八字螺旋千斤和滑行模板，两组轨道安装架分别靠前端支腿结构和后端支腿结构，两组轨道安装架分别通过若干八字螺旋千斤与门架开口两侧的连接纵梁连接，且轨道安装架的两端向靠近隧洞内壁位置延伸，每组轨道安装架的两侧均对称安装向隧洞底部中心处延伸的两组弧形轨道，滑行模板为两组，两组行模板位于两组轨道安装架的下方由门架的前端向后端延伸，两组滑行模板分别通过滚轮组件滑动安装在四组弧形轨道上；所述模板调节机构安装在两组轨道安装架上，其能够带动滚轮组件在弧形轨道上移动，使滑行模板沿弧形轨道运动对隧洞底拱浇筑的混凝土进行抹面工艺；所述门架针梁交错移动机构包括安装于针梁前支座和针梁后支座上的顶升油缸以及安装在针梁上的平移传动组件，顶升油缸能够带动针梁前支座和针梁后支座相对于针梁进行伸缩，顶升油缸伸出时针梁前支座和针梁后支座接触隧洞底拱形成支点，顶升油缸收缩时门架前后端的门架支腿结构接触隧洞底拱形成支点，针梁前支座和针梁后支座接触隧洞底拱形成支点时门架通过平移传动组件能够相对于针梁进行前后移动，门架前后端的门架支腿结构接触隧洞底拱形成支点时，针梁通过平移传动组件能够相对于门架进行前后移动。

进一步，所述平移传动组件包括平移卷扬机、平移滑轮组和平移钢丝绳；两个平移卷扬机固定安装于针梁内中间处，四个平移滑轮组安装于针梁前后两侧的上端，两个平移滑轮组安装门架前后两侧的上端，两根平移钢丝绳的一端分别系于两个卷扬机上，两根平移钢丝绳的另一端分别依次绕过针梁前后两侧的平移滑轮组、门架前后两侧的平移滑轮组后固定于针梁的前后端头处。

进一步，所述顶升油缸的数量为四个，四个顶升油缸位于针梁底部四角处，针梁通过顶升油缸与针梁前支座和针梁后支座连接。

进一步，所述顶升油缸与针梁前支座和针梁后支座之间还设有对中调整机构，对中调整机构包括第二行走轮和横向油缸；所述四个顶升油缸的底部均安装第二行走轮，顶升油缸通过第二行走轮与针梁前支座和针梁后支座滑动连接，横向油缸分别水平设于针梁前支座和针梁后支座上，其一端通过安装座与针梁前支座或针梁后支座铰接，两个横向油缸的另一端与针梁同侧的第二行走轮铰接。

进一步，所述模板调节机构包括调节滑轮组、调节钢丝绳和调节卷扬机；四个调节卷扬机固定安装于两组轨道安装架的顶部两侧，若干调节滑轮组固定安装在弧形轨道的内缘侧及端头处，调节钢丝绳的一端系于调节卷扬机上，另一端绕过调节滑轮组系于与滑行模板连接的滚轮组件上。

进一步，所述门架前侧的门架支腿结构的底部可拆卸的安装有支脚垫块，其后侧的门架支腿结构的底部安装有转动支脚，转动支脚的底板为弧形板；所述针梁前支座的底部可拆卸的安装有支脚垫块，针梁后支座的底部安装有转动支脚，转动支脚的底板为弧形板。

进一步，所述轨道安装架由轨道横梁、连接立柱和连接横梁构成，其整体呈扇形；轨道横梁的两端分别连接两个弧形轨道，连接立柱为若干根，连接立柱的一端与轨道横梁固定连接，另一端与弧形轨道固定连接，连接横梁与轨道横梁平行设置，且连接横梁位于轨道横梁下方，连接横梁的两端与位于中间位置的两个连接立柱固定连接。

本实用新型的有益效果是：

该大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车采用相对运动的原理，通过将针梁前、后支座设计为可伸缩的，进而改变台车的支点，在不同支点时通过平移传动组件完成针梁前后移动动作和门架前后移动动作，针梁前后移动实现台车在隧洞内的行走，门架前后移动实现隧洞底拱段的混凝土衬砌。此外，该大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车采用模板调节机构配合模板装置对隧洞底拱浇筑的混凝土进行抹面工艺，减少锚筋准备工序和拉筋安装工序，无需人工拆装模板和搬运，节约成本的同时减少大量的工作量；同时滑模抹面工艺解决了底拱麻面气泡、孔洞等质量缺陷，混凝土衬砌质量得到提升，更是减少处理缺陷的投入；预埋件定位可以在初凝期间得到有效调正，同时也可避免预埋管孔丢失。

该大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车由于台车整体自重较大，因此可通过自重抗浮或增加附加系统加强抗浮；该大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车通过各机构之间的配合，能完成底拱的混凝土衬砌，施工方便、节约成本、效率高、节约工期。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型模板装置和模板调节机构的安装位置示意图；

图3、图4为本实用新型门架的前后端结构示意图；

图5为本实用新型针梁的端面结构示意图；

图1—5中，1—门架，2—针梁，3—门架支腿结构，4—连接纵梁，5—针梁前支座，6—针梁后支座，7—轨道，8—第一行走轮，9—弧形轨道，10—轨道安装架，11—八字螺旋千斤，12—滑行模板，13—滚轮组件，14—顶升油缸，15—平移卷扬机，16—平移滑轮组，17—平移钢丝绳，18—第二行走轮，19—横向油缸，20—调节滑轮组，21—调节钢丝绳，22—调节卷扬机，23—支脚垫块，24—转动支脚，25—轨道横梁，26—连接立柱，27—连接横梁。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型专利的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型专利中的具体含义。

如图1—2所示，本实施例公开了一种大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车，该大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车包括门架1、针梁2、门架针梁交错移动机构、模板装置和模板调节机构。如图1、图3、图4所示，所述门架1为开口向下的门形框架结构，门架1整体采用钢材焊接制成，门架1的前端和后端均设有门架支腿结构3，门架支腿结构3通过两个支腿间焊接支腿横梁构成，门架1开口两侧底部焊接由前向后延伸的连接纵梁4，门架支腿结构3安装在连接纵梁4上。门架1前侧的门架支腿结构3的底部可拆卸的安装有支脚垫块23，使其能调整高度，后侧的门架支腿结构3的底部安装有转动支脚24，转动支脚24的底板为弧形板，使其能自适应贴合已浇筑弧形底拱。

如图1、图2、图5所示，所述针梁2为矩形框架结构，针梁2整体采用钢材焊接制成，框架内部设若干斜撑；针梁2位于门架1的开口内且由前向后贯穿门架1，针梁2中间段的顶部和底部两侧固定安装有四个轨道7，门架1内的顶部设有配合针梁2中间段顶部轨道7的两个第一行走轮8，模板装置上同样设置配合针梁2中间段底部轨道7的两个第一行走轮8，针梁2与门架1之间通过第一行走轮8和轨道7建立滑动连接关系。

为了对针梁2与门架1之间的滑动连接进行控制，针梁2上还设有平移传动组件，平移传动组件包括平移卷扬机15、平移滑轮组16和平移钢丝绳17；两个平移卷扬机15通过安装板固定安装于针梁2内中间处，其中一个平移卷扬机15用于向前移动，一个平移卷扬机15用于向后移动，针梁2前后两侧的上端安装四个平移滑轮组16，门架1前后两侧的上端安装两个平移滑轮组16，平移钢丝绳17为两根分别用于向前移动和向后移动，两根平移钢丝绳17的一端分别系于两个卷扬机上，两根平移钢丝绳17的另一端分别依次绕过针梁2前后两侧的平移滑轮组16、门架1前后两侧的平移滑轮组16后固定于针梁2的前后端头处。

进一步，考虑到针梁2与门架1之间的前后滑动是相对的，因此除门架1前、后端的门架支腿结构3形成一组支点外，本实施例中针梁2的前后端还设有针梁前支座5和针梁后支座6，针梁前支座5的底部可拆卸的安装有支脚垫块23，使其能调整高度，针梁后支座6的底部安装有转动支脚24，转动支脚24的底板为弧形板，使其能自适应贴合已浇筑弧形底拱，针梁2的底部四角处通过四个顶升油缸14与针梁前支座5和针梁后支座6连接，这样设计使得针梁前支座5和针梁后支座6相对于针梁2能够进行伸缩；顶升油缸14伸出时针梁前支座5和针梁后支座6接触隧洞底拱形成支点，此时平移卷扬机15通过缠绕钢丝绳能够使门架1相对于针梁2进行前后移动，进而带动模板装置实现前后移动；顶升油缸14收缩时门架1前后端的门架支腿结构3接触隧洞底拱形成支点，此时平移卷扬机15通过缠绕钢丝绳能够使针梁2相对于门架1进行前后移动。平移传动组件和顶升油缸14构成该大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车的门架针梁交错移动机构，通过两组支点的互换使该大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车整体完成在隧洞内的前后移动。

如图1、图2所示，所述模板装置位于门架1前后端支腿结构之间，模板装置包括弧形轨道9、轨道安装架10、八字螺旋千斤11和滑行模板12。两组轨道安装架10分别靠前端支腿结构和后端支腿结构，轨道安装架10由轨道横梁25和连接立柱26构成，轨道安装架10采用钢材焊接制成，整体呈扇形；轨道横梁25的两端分别连接两个弧形轨道9，连接立柱26为六根，六根连接立柱26对称设置，连接立柱26的一端与轨道横梁25固定连接，另一端与弧形轨道9固定连接，使弧形轨道9与轨道横梁25连接形成整体；弧形轨道9与轨道横梁25连接形成整体后，通过四根八字螺旋千斤11与门架1开口两侧的连接纵梁4连接，八字螺旋千斤11的一端与门架1开口两侧的连接纵梁4铰接，另一端通过连接立柱26上铰接座与连接立柱26铰接，从而使模板装置安装于门架1上。为了加强轨道安装架10的强度，位于中间位置的两个连接立柱26之间还设有与轨道横梁25平行的连接横梁27，连接横梁27位于轨道横梁25下方，连接横梁27的两端与位于中间位置的两个连接立柱26焊接。轨道安装架10的两端向靠近隧洞内壁位置延伸，每组轨道安装架10的两侧均对称安装向隧洞底部中心处延伸的两组弧形轨道9，滑行模板12为两组，两组行模板位于两组轨道安装架10的下方由门架1的前端向后端延伸，两组滑行模板12的前端和后端分别通过两组滚轮组件13滑动安装在四组弧形轨道9上，滑行模板12通过滚轮组件13与弧形轨道9建立滑动连接关系。

为了对滑行模板12与弧形轨道9之间的滑动连接进行控制，使滑行模板12能够沿弧形轨道9运动对隧洞底拱浇筑的混凝土进行抹面工艺，如图2所示，本实施例中在两组轨道安装架10上安装模板调节机构，模板调节机构包括调节滑轮组20、调节钢丝绳21和调节卷扬机22；四个调节卷扬机22固定安装于两组轨道安装架10的顶部两侧，两个调节滑轮组20固定安装在弧形轨道9的内缘侧，一个调节滑轮组20固定安装在弧形轨道9的端头处，调节钢丝绳21的一端系于调节卷扬机22上，另一端绕过调节滑轮组20系于与滑行模板12连接的滚轮组件13上。调节卷扬机22工作时，其缠绕调节钢丝绳21，调节钢丝绳21即拉动滚轮组件13在滑行模板12上滑动，滑行模板12即对隧洞底拱浇筑的混凝土进行抹面，调节卷扬机22反向放线时，滑行模板12通过自身重力作用恢复到初始位置。

作为本实施例的优选技术方案，如图5所示，所述顶升油缸14与针梁前支座5和针梁后支座6之间还设有对中调整机构，对中调整机构包括第二行走轮18和横向油缸19；所述四个顶升油缸14的底部均安装第二行走轮18，顶升油缸14通过第二行走轮18与针梁前支座5和针梁后支座6滑动连接，横向油缸19分别水平设于针梁前支座5和针梁后支座6上，其一端通过安装座与针梁前支座5或针梁后支座6铰接，两个横向油缸19的另一端与针梁2同侧的第二行走轮18铰接。

该大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车移动就位操作如下：

首先启动顶升油缸14将针梁2和门架1提升离开地面，针梁前支座5和针梁后支座6接触隧洞底拱形成支点；然后启动平移传动组件的平移卷扬机15牵引平移钢丝绳17使门架1在针梁2上滑动至设计位置；然后启动对中调整机构的横向油缸19调整针梁2及门架1相对针梁前支座5和针梁后支座6位置，使门架1处于隧洞对中位置；然后调整门架1前后端支腿结构的支脚垫块23和转动支脚24，通过顶升油缸14缓慢下降针梁2和门架1高度，使滑行模板12至设计高度，此时门架1前后端支腿结构、针梁前支座5和针梁后支座6均接触隧洞底拱，可以进行混凝土施工。混凝土衬砌完成后收缩顶升油缸14使针梁前支座5和针梁后支座6抬起；然后启动平移传动组件的平移卷扬机15牵引平移钢丝绳17，针梁2相对于门架1进行滑动，至下一仓浇筑位置，重复上述移动步骤即可完成不间断行走操作。

该大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车采用相对运动的原理，通过将针梁前、后支座5和6设计为可伸缩的，进而改变台车的支点，在不同支点时通过平移传动组件完成针梁2前后移动动作和门架1前后移动动作，针梁2前后移动实现台车在隧洞内的行走，门架1前后移动实现隧洞底拱段的混凝土衬砌。此外，该大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车采用模板调节机构配合模板装置对隧洞底拱浇筑的混凝土进行抹面工艺，减少锚筋准备工序和拉筋安装工序，无需人工拆装模板和搬运，节约成本的同时减少大量的工作量；同时滑模抹面工艺解决了底拱麻面气泡、孔洞等质量缺陷，混凝土衬砌质量得到提升，更是减少处理缺陷的投入。该大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车由于台车整体自重较大，因此可通过自重抗浮或增加附加系统加强抗浮。

工程实例：某水电站引水隧洞洞长9040m，圆形断面最大开挖直径达15.64m，衬砌断面直径13.1m圆形，衬砌厚度1.0m。原计划底拱采用翻模工艺进行施工，隧洞设计底拱120°范围无系统锚杆作为钢筋拉筋，如增加的拉筋长度过短由于蚀变岩的特性的影响无法起到锚固作用；采用该大断面圆形隧洞底拱混凝土衬砌针梁滑模台车自重抗浮或增加附加系统加强抗浮，减少了翻模安装拆除工序，12m仓底拱翻模工艺安装需要8-12个小时，滑模就位校准和堵头施工约4个小时；模板一般不需设拉筋，减少锚筋准备工序和拉筋安装工序，无需人工拆装模板和搬运，节约成本的同时减少大量的工作量；同时滑模抹面工艺解决了底拱麻面气泡、孔洞等质量缺陷，混凝土衬砌质量得到提升，更是减少处理缺陷的投入；预埋件定位可以在初凝期间得到有效调正，同时也可避免预埋管孔丢失。

显然，本实用新型专利的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型专利所作的举例，而并非是对本实用新型专利的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型专利权利要求的保护范围之内。

需要说明的是，本实施例中所提及的轨道、行走轮、弧形轨道、滚轮组件、八字螺旋千斤11、油缸、卷扬机、滑轮组和钢丝绳为市购产品，其详细结构、安装过程、电路接线、及控制原理在此不再详细赘述。