CN113309541B - 盾构小半径隧洞衬砌施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种盾构小半径隧洞衬砌施工方法，属于盾构施工的技术领域，包括S1，伸长针梁前部支撑和针梁后部支撑，使针梁支撑旋转偏移框架和模板***；S2，根据隧道形式确定针梁式旋模全圆衬砌台车的模板形式；S3，针梁式旋模全圆衬砌台车纵向定位；S4，针梁式旋模全圆衬砌台车中线定位；S5，针梁式旋模全圆衬砌台车标高定位；S6，面板展开；S7，放置配重，使针梁式旋模全圆衬砌台车重心下移；S8，封端头模、安装止水带、浇筑混凝土；S9，针梁前移及定位；S10，脱模；S11，下一循环。本发明可在隧道直线段与曲线段间进行转换，无需减少一次浇筑混凝土长度，也无需加装及拆除楔形模板。
Description
技术领域
本发明属于盾构施工的技术领域，具体公开了一种盾构小半径隧洞衬砌施工方法。
背景技术
近年来，随着城市扩张，引、输水隧洞逐步增多，相比城市地铁盾构隧道，引、输水盾构隧洞断面小，转弯半径小，在盾构管片的基础上需再浇筑二次衬砌混凝土。
引、输水盾构隧洞因形状为圆形，而必须采用圆形针梁式衬砌台车进行衬砌施工，方可保证衬砌混凝土的整体性。现有针梁式衬砌台车的纵向轴线为直线形，在施工曲线段时，衬砌台车与曲线段无法很好吻合，因此，在弯曲段，或者采取减少衬砌台车一次浇筑混凝土长度的方法，以免衬砌厚度达不到设计要求，或者采用将针梁拆开，分成2部台车及安装楔形板以适应曲线段的方法。
传统直线型针梁式衬砌台车具有以下缺点：
1.在曲线段施工时，为保证衬砌厚度，一次衬砌长度不能太长，衬砌混凝土分段多，施工缝多，质量风险大；
2.立模板、施作防水工程量大；
3.衬砌次数多，进度慢，人工成本、设备成本大；
4.因衬砌混凝土分段多，施工干扰大，组织困难。
而传统安装楔形板的拆线型衬砌台车具有以下缺点：
1.将针梁拆开安装楔形板步骤复杂，多次拆装影响衬砌台车精度，台车部件容易局部形，影响使用寿命；
2. 安拆楔形模板所需时间长，影响施工进度，且人工成本大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种盾构小半径隧洞衬砌施工方法，可在隧道直线段与曲线段间进行转换，无需减少一次浇筑混凝土长度，也无需加装及拆除楔形模板。
为实现上述目的，本发明提供一种盾构小半径隧洞衬砌施工方法，采用针梁式旋模全圆衬砌台车施工，针梁式旋模全圆衬砌台车包括针梁及针梁纵移***、针梁前部支撑、针梁后部支撑、旋转偏移框架和模板***；针梁及针梁纵移***包括针梁和针梁纵移装置；针梁为箱型中空结构，顶板上沿着纵向设置有两个滑轮孔；针梁纵移装置包括钢丝绳、钢丝绳收放机构、滑轮、调心轴承和针梁铰耳；针梁铰耳设置在滑轮孔两侧，且位于针梁内；滑轮的轮轴通过调心轴承与针梁铰耳转动连接，滑轮穿过滑轮孔；钢丝绳收放机构设置在针梁内；钢丝绳缠绕在钢丝绳收放机构上，绕过滑轮，两端穿过滑轮孔均位于针梁外；针梁前部支撑和针梁后部支撑均支撑在针梁的底部，分别靠近针梁的前端和后端；多个旋转偏移框架依次套设在针梁上，每个旋转偏移框架均包括内框架、外框架、内外框支撑、框架偏移施力机构和框架离合机构；内框架为方型框架，套设置在针梁外，内高与针梁的外高一致，内宽大于针梁的外宽；外框架包括相对设置的两个外框外环以及连接两个外框外环的外框纵梁，外框架套设在内框架外，外框外环和内框架之间通过多个内外框支撑连接，至少有1个外框纵梁位于针梁的左侧或右侧；框架偏移施力机构穿过内框架的预留孔，外端与位于针梁左侧或右侧的外框纵梁固定连接，内端与针梁的对应侧纵向滑动连接；两组框架离合机构分别位于内框架的左右两侧，框架离合机构的第一端与外框架铰接，第二端与相邻的旋转偏移框架可拆卸铰接；
模板***包括两块端头模板以及设置在端头模板之间的n块中间模板，n=0，1，2，3……，模板均为全圆型；
端头模板的端头面与隧道轴线垂直，与相邻模板连接的连接面与隧道轴线斜交；
端头模板轴向的最长边长度的计算公式为
，最短边长度的计算公式为
，
式中：l 1 为端头模板的中心长度，R为线路转弯半径，r为针梁式旋模全圆衬砌台车模板半径，即隧洞洞径；
中间模板两端的连接面均与隧道轴线斜交，且两端的连接面对称设置；
中间模板轴向的最长边长度的计算公式为
，最短边长度的计算公式为
，
式中：l 2 为中间模板的中心长度，R为线路转弯半径，r为针梁式旋模全圆衬砌台车模板半径，即隧洞洞径；
每块模板套设在一架旋转偏移框架上，与旋转偏移框架的外框架转动连接，各块模板通过对应的旋转驱动机构驱动独立旋转；
与端头模板连接的旋转偏移框架中，至少有1个内外框支撑位于内框架上方的中心位置与钢丝绳的端部连接；
施工方法包括：
S1，伸长针梁前部支撑和针梁后部支撑，使针梁支撑旋转偏移框架和模板***；
S2，根据隧道形式确定针梁式旋模全圆衬砌台车的模板形式
隧道为直线段时，通过框架离合机构使各块模板沿着针梁纵向分离，旋转各块模板使相邻两块模板的最长边和最短边处于同一水平面，通过框架离合机构使各块模板沿着针梁纵向闭合，多块模板组成与隧道直线段相适应的直线筒状结构；
隧道为曲线段时，通过框架离合机构使各块模板沿着针梁纵向分离，旋转各块模板使所有模板的最长边位于曲线段外环、最短边位于曲线段内环，相邻两块模板的最长边和最长边处于同一水平面，最短边和最短边处于同一水平面，通过框架离合机构使各块模板沿着针梁纵向闭合，多块模板组成与隧道曲线段相适应的折线筒状结构；
隧道为直线和曲线的过渡段时，处于直线段的模板为与隧道直线段相适应的直线筒状结构，处于曲线段的模板为与隧道曲线段相适应的折线筒状结构；
S3，针梁式旋模全圆衬砌台车纵向定位
通过钢丝绳牵引旋转偏移框架和模板***沿着针梁纵向移动至隧道设计位置后；
S4，针梁式旋模全圆衬砌台车中线定位
启动框架偏移施力机构，调整旋转偏移框架在针梁上的横向位置，使旋转偏移框架全部居中；
S5，针梁式旋模全圆衬砌台车标高定位
调整针梁前部支撑和针梁后部支撑，将针梁高度调整至设计标高；
S6，面板展开
将模板调整为成为全圆型，至设计位置；
S7，放置配重，使针梁式旋模全圆衬砌台车重心下移；
S8，封端头模、安装止水带、浇筑混凝土；
S9，针梁前移及定位
浇筑的混凝土养护达到强度后，回缩针梁前部支撑和针梁后部支撑，由模板***承重，针梁不承重，启动针梁纵移装置，使针梁前移至下一模的位置，再启动框架偏移千斤顶，调整针梁横向位置，使针梁起、终点位于隧道中线上，再伸长针梁前部支撑和针梁后部支撑，使针梁再次支撑旋转偏移框架和模板***；
S10，脱模
S11，下一循环
重复步骤S2-11。
进一步地，上述针梁式旋模全圆衬砌台车，还包括用于对模板施加下压力的配重***。
进一步地，针梁的左侧或右侧纵向设置有横移滑槽，横移滑槽为外小内大的内凹型；位于横移滑槽侧的外框纵梁与横移滑槽对齐；框架偏移施力机构包括框架偏移千斤顶和纵滑偏移小车；纵滑偏移小车包括滑轮、底板和小车铰耳，滑轮和小车铰耳分别设置在底板的两侧，滑轮与横移滑槽滑动配合；框架偏移千斤顶的外端与位于横移滑槽外侧的外框纵梁固定连接，内端与小车铰耳铰接。
进一步地，每个旋转偏移框架中，至少有两个内外框支撑设置在内框架的左右两侧；框架离合机构为框架离合油缸，框架离合油缸第一端与同侧的内外框支撑铰接。
进一步地，旋转偏移框架还包括外齿回转轴承和无齿回转轴承；两个外框外环分别与外齿回转轴承的内圈以及无齿回转轴承的内圈固定连接；模板与外齿回转轴承的外圈以及无齿回转轴承的外圈固定连接；旋转驱动机构包括变频电机和驱动齿；变频电机固定在外框纵梁上，输出轴与驱动齿连接；驱动齿与外齿回转轴承外圈上的齿圈啮合。
进一步地，端头模板和中间模板均包括外模、旋转外环、旋转内环、外环纵梁、内外环支撑和脱模油缸；外模由多块弧形模板围合而成；两个旋转外环相对设置，通过多个外环纵梁连接；旋转内环位于旋转外环内，通过多个内外环支撑连接；两个旋转内环分别与外齿回转轴承的外圈以及无齿回转轴承的外圈固定连接；脱模油缸的两端分别与弧形模板和外环纵梁铰接。
进一步地，每个旋转偏移框上配有配重***，配重***包括配重块和配重油缸；内框架的正下方为不设置外框纵梁和外环纵梁的配重预留空间；配重油缸的顶端固定在内框架的底部，底端与配重块连接，配重油缸和配重块均可穿过配重预留空间对模板施加下压力。
进一步地，外模包括顶模、底模以及连接顶模和底模的侧模；顶模、底模和侧模的内壁均纵向设置有加劲肋； 顶模和底模的加劲肋之间设置有模板横梁，加劲肋和模板横梁围合成区域上设置有泵送口以及用于容纳配重块的配重块框；侧模上设置有可向内打开的浇筑窗口；脱模油缸包括顶模脱模油缸、底模脱模油缸和侧模脱模油缸；顶模脱模油缸的两端分别与顶模的模板横梁以及位于旋转内环上方的外环纵梁铰接；底模脱模油缸的两端分别与底模的模板横梁以及位于旋转内环下方的外环纵梁铰接；侧模脱模油缸的两端分别与侧模的加劲肋以及位于旋转内环侧面的外环纵梁铰接。
进一步地，钢丝绳收放机构包括电动机、与电动机输出轴连接的主动齿轮、转动设置在针梁内的滚筒以及与滚筒连接的从动齿轮；滚筒的两端设置有绳挡；从动齿轮的轴线与滚筒的轴线共线，从动齿轮与主动齿轮啮合；钢丝绳的中部通过绳卡固定在滚筒上，单向缠绕位于两侧绳挡之间，两端设置有绳扣；针梁前部支撑包括前部伸缩油缸和前部支撑块，针梁后部支撑包括后部伸缩油缸和后部支撑块；前部支撑块支撑于未衬砌的管片上，前部伸缩油缸的两端分别与针梁和前部支撑块相接；后部支撑块支撑于衬砌混凝土上，后部伸缩油缸的两端分别与针梁和后部支撑块相接。
本发明具有以下优点：
1、从直线段进入曲线段施工无需拆装楔形板，只需旋转模板即可完成直线段与曲线段互换，操作简单；
2、可根据需要设置衬砌台车长度与段数，快速将衬砌台车模板调整为折线形，适应曲线段；
3、在曲线段一次衬砌长度可以达到直线段的长度，减少了立端头模、端头防水等步骤，减少了工作量；
4、无需拆装楔形板，降低了各工序的施工干扰。同时可增加施工进度。
附图说明
图1为实施例1中针梁式旋模全圆衬砌台车的立体图；
图2为针梁式旋模全圆衬砌台车在直线段衬砌状态图；
图3为针梁式旋模全圆衬砌台车进入曲线段衬砌状态图；
图4为针梁的结构图；
图5为针梁端部的放大图；
图6为针梁纵移装置的安装示意图；
图7为图6中钢丝绳收放机构的结构示意图；
图8为图6中滑轮的安装示意图；
图9为针梁前部支撑和针梁后部支撑的安装示意图；
图10为旋转偏移框架的安装示意图；
图11为图10中的内框架的安装示意图；
图12为图10中的外框架的安装示意图；
图13为图10中框架偏移千斤顶的安装正视图；
图14为图13的立体图；
图15为图14中纵滑偏移小车的结构图；
图16为图10另一方向视图；
图17为框架离合油缸的位置图；
图18为模板***的安装示意图；
图19为图18的正视图；
图20为旋转内、外环和脱模油缸的安装示意图；
图21为外模的结构示意图；
图22为图21中配重块框的位置图；
图23为浇筑窗口的安装示意图；
图24为配重***的安装示意图；
图25为曲线段针梁纵移时滑轮角度示意图；
图26为图25中滑轮角度的放大图。
图中：1-隧洞管片内壁；
2-针梁及针梁纵移***、2.1-针梁、2.2.1-电动机及齿轮、2.2.2-钢丝绳、2.2.3-绳扣、2.2.4-滚筒及齿轮、2.2.5-绳卡、2.2.6-滑轮、2.2.7-调心轴承、2.2.8-针梁铰耳、2.2.9-绳挡、2.3-横移滑槽、2.4-滑轮孔；
3-针梁前部支撑、3.1-前部伸缩油缸、3.2-前部支撑块；
4-针梁后部支撑、4.1-后部伸缩油缸、4.2-后部支撑块；
5-端头模板A、5.1-外模、5.1.1-顶模、5.1.2-底模、5.1.3-侧模、5.1.4-加劲肋、5.1.5-模板横梁、5.1.6-泵送口、5.1.7-配重块框、5.1.8-浇筑窗口、5.1.9-窗口铰接、5.2-旋转外环、5.3-旋转内环、5.4-外环纵梁、5.5-内外环支撑、5.6-顶模脱模油缸、5.7-底模脱模油缸、5.8-侧模脱模油缸；
6-中间模板A、7-中间模板B、8-端头模板B；
9-旋转偏移框架A、9.1-内框架、9.1.1-预留孔、9.2-外框外环、9.3-外框纵梁、9.4-内外框支撑、9.5-法兰、9.6-框架偏移千斤顶、9.7-纵滑偏移小车、9.7.1-滑轮、9.7.2-底板、9.7.3-小车铰耳、9.8-框架离合油缸、9.9-外齿回转轴承、9.10-无齿回转轴承、9.11-变频电机、9.12-驱动齿、9.13-电机支座；
10-旋转偏移框架B、11-旋转偏移框架C、12-旋转偏移框架D；
13-配重***、13.1-配重块、13.2-配重油缸；
5-1为端头模板A最短边、5-2为端头模板A最长边、6-1为中间模板A最短边、6-2为中间模板A最长边、7-1为中间模板B最短边、7-2为中间模板B最长边、8-1为端头模板B最短边、8-2为端头模板B最长边。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种针梁式旋模全圆衬砌台车，包括针梁及针梁纵移***2、针梁前部支撑3、针梁后部支撑4、旋转偏移框架和模板***；
针梁及针梁纵移***2包括针梁2.1和针梁纵移装置；针梁2.1为箱型中空结构，材质为钢材，顶板上沿着纵向设置有两个滑轮孔2.4；针梁纵移装置包括钢丝绳2.2.2、钢丝绳收放机构、滑轮2.2.6、调心轴承2.2.7和针梁铰耳2.2.8；针梁铰耳2.2.8设置在滑轮孔2.4两侧，且位于针梁2.1内；滑轮2.2.6的轮轴通过调心轴承2.2.7与针梁铰耳2.2.8转动连接，滑轮2.2.6穿过滑轮孔2.4，滑轮2.2.6仅小部分通过针梁2.1预留的滑轮孔2.4露在外部，能有效避免外部施工混凝土块、砂石等杂物污染；钢丝绳收放机构设置在针梁2.1内；钢丝绳2.2.2缠绕在钢丝绳收放机构上，绕过滑轮2.2.6，两端穿过滑轮孔2.4均位于针梁2.1外；
针梁前部支撑3和针梁后部支撑4均支撑在针梁2.1的底部，分别靠近针梁2.1的前端和后端；
多个旋转偏移框架依次套设在针梁2.1上，本实施例中，由后向前依次设置有旋转偏移框架A9、旋转偏移框架B10、旋转偏移框架C11和旋转偏移框架D12,以旋转偏移框架A9为例，详细说明旋转偏移框架的结构，每个旋转偏移框架均包括内框架9.1、外框架、内外框支撑9.4、框架偏移施力机构和框架离合机构；内框架9.1为方型框架，套设置在针梁2.1外，内高与针梁2.1的外高一致，内宽大于针梁2.1的外宽，以便在平面上可以与针梁2.1形成一定角度；外框架包括相对设置的两个外框外环9.2以及连接两个外框外环9.2的外框纵梁9.3，外框架套设在内框架9.1外，外框外环9.2和内框架9.1之间通过多个内外框支撑9.4连接，至少有1个外框纵梁9.3位于针梁2.1的左侧或右侧，作为框架偏移施力机构的反力点；框架偏移施力机构穿过内框架9.1的预留孔9.1.1，外端与位于针梁2.1左侧或右侧的外框纵梁9.3固定连接，内端与针梁2.1的对应侧纵向滑动连接，对内框架9.1、外框架、内外框支撑9.4施加横向偏移力，调节位置使旋转偏移框架处于居中位置，即旋转偏移框架和模板二者中线的起点和终点位于隧道轴线上；两组框架离合机构分别位于内框架9.1的左右两侧，框架离合机构的第一端与外框架铰接，第二端与相邻的旋转偏移框架可拆卸铰接；
模板***包括两块端头模板以及设置在端头模板之间的n块中间模板，n=0，1，2，3……，模板均为全圆型；端头模板的端头面与隧道轴线垂直，与相邻模板连接的连接面与隧道轴线斜交；
端头模板轴向的最长边长度的计算公式为
，最短边长度的计算公式为
，
式中：l 1 为端头模板的中心长度，R为线路转弯半径，r为盾构小半径隧洞针梁式旋模全圆衬砌台车模板半径，即隧洞洞径；
中间模板两端的连接面均与隧道轴线斜交，且两端的连接面对称设置；
中间模板轴向的最长边长度的计算公式为
，最短边长度的计算公式为
，
式中：l 2 为中间模板的中心长度，R为线路转弯半径，r为盾构小半径隧洞针梁式旋模全圆衬砌台车模板半径，即隧洞洞径；
每块模板套设在一架旋转偏移框架上，与旋转偏移框架的外框架转动连接，各块模板通过对应的旋转驱动机构驱动独立旋转，本实施例中，由后向前依次设置有端头模板A5、中间模板A6、中间模板B7和端头模板B8；与端头模板连接的旋转偏移框架中，至少有1个内外框支撑9.4位于内框架9.1上方的中心位置与钢丝绳2.2.2的端部连接。
本实施例中，为了简化安装，与端头模板连接的旋转偏移框架和与中间模板连接的旋转偏移框架结构均是相同的，即每架旋转偏移框架上至少有1个内外框支撑9.4位于内框架9.1上方的中心位置。
进一步地，上述盾构小半径隧洞针梁式旋模全圆衬砌台车，还包括用于对模板施加下压力的配重***13。本实施例中，全圆模板设最短边与最长边，因此，存在模板重量左右不对称的问题，设置配重***13使模板***重心下移，增加稳定性，同时增加衬砌台车整体重量，有效抵消混凝土浇筑过程中的浮力。
进一步地，针梁2.1的左侧或右侧纵向设置有横移滑槽2.3，位于横移滑槽2.3侧的外框纵梁9.3与横移滑槽2.3对齐；框架偏移施力机构包括框架偏移千斤顶9.6和纵滑偏移小车9.7；纵滑偏移小车9.7包括滑轮9.7.1、底板9.7.2和小车铰耳9.7.3，滑轮9.7.1和小车铰耳9.7.3分别设置在底板9.7.2的两侧，滑轮9.7.1与横移滑槽2.3滑动配合；框架偏移千斤顶9.6的外端与位于横移滑槽2.3外侧的外框纵梁9.3固定连接，内端与小车铰耳9.7.3铰接。当旋转偏移框架前后移动时，纵滑偏移小车9.7随着旋转偏移框架自由滑动，当旋转偏移框架9需要左右偏移时，纵滑偏移小车9.7卡在横移滑槽2.3的内壁，作为框架偏移千斤顶9.6内端的着力点。
进一步地，横移滑槽2.3为外小内大的内凹型，滑轮9.7.1可卡在横移滑槽2.3中不会横向脱离。
进一步地，每个旋转偏移框架中，至少有两个内外框支撑9.4设置在内框架9.1的左右两侧；框架离合机构为框架离合油缸9.8，框架离合油缸9.8的第一端与同侧的内外框支撑9.4铰接。
进一步地，模板与外框架转动连接具体方式为：旋转偏移框架还包括外齿回转轴承9.9和无齿回转轴承9.10；两个外框外环9.2分别与外齿回转轴承9.9的内圈以及无齿回转轴承9.10的内圈固定连接；模板与外齿回转轴承9.9的外圈以及无齿回转轴承9.10的外圈固定连接；旋转驱动机构包括变频电机9.11和驱动齿9.12；变频电机9.11通过电机支座9.13固定在外框纵梁9.3上，输出轴与驱动齿9.12连接；驱动齿9.12与外齿回转轴承9.9外圈上的齿圈啮合。驱动齿9.12驱动外齿回转轴承9.9的外圈转动，模板随之转动。
进一步地，端头模板和中间模板均包括外模5.1、旋转外环5.2、旋转内环5.3、外环纵梁5.4、内外环支撑5.5和脱模油缸；外模5.1由多块弧形模板围合而成；两个旋转外环5.2相对设置，通过多个外环纵梁5.4连接；旋转内环5.3位于旋转外环5.2内，通过多个内外环支撑5.5连接；两个旋转内环5.3分别与外齿回转轴承9.9的外圈以及无齿回转轴承9.10的外圈固定连接；脱模油缸的两端分别与弧形模板和外环纵梁5.4铰接。
进一步地，每个旋转偏移框上配有配重***13，配重***13包括配重块13.1和配重油缸13.2；内框架9.1的正下方为不设置外框纵梁9.3和外环纵梁5.4的配重预留空间；配重油缸13.2的顶端固定在内框架9.1的底部，底端与配重块13.1连接，配重油缸13.2和配重块13.1均可穿过配重预留空间对模板施加下压力。
进一步地，配重油缸13.2为多级伸缩油缸，完全缩回时，必须保证连同配重块13.1一块回缩至外环纵梁5.4的上部，以便在模板***旋转时能全完避开配重***13的任何部位。
进一步地，外模5.1包括顶模5.1.1、底模5.1.2以及连接顶模5.1.1和底模5.1.2的侧模5.1.3；顶模5.1.1、底模5.1.2和侧模5.1.3的内壁均纵向设置有加劲肋5.1.4；顶模5.1.1和底模5.1.2的加劲肋5.1.4之间设置有模板横梁5.1.5，加劲肋5.1.4和模板横梁5.1.5围合成区域上设置有泵送口5.1.6以及用于容纳配重块13.1的配重块框5.1.7；因模板需要旋转，浇筑窗口5.1.8不能设为传统的向下开的方式，因此，侧模5.1.3上设置有可向内打开的浇筑窗口5.1.8，窗口铰接5.1.9设在左侧或右侧均可；脱模油缸包括顶模脱模油缸5.6、底模脱模油缸5.7和侧模脱模油缸5.8；顶模脱模油缸5.6的两端分别与顶模5.1.1的模板横梁5.1.5以及位于旋转内环5.3上方的外环纵梁5.4铰接；底模脱模油缸5.7的两端分别与底模5.1.2的模板横梁5.1.5以及位于旋转内环5.3下方的外环纵梁5.4铰接；侧模脱模油缸5.8的两端分别与侧模5.1.3的加劲肋5.1.4以及位于旋转内环5.3侧面的外环纵梁5.4铰接。
进一步地，两个外框外环9.2外均套设有法兰9.5，两个法兰9.5通过螺栓分别与外齿回转轴承9.9的内圈以及无齿回转轴承9.10的内圈连接；两个旋转内环5.3通过螺栓分别与外齿回转轴承9.9的外圈以及无齿回转轴承9.10的外圈固定连接。
进一步地，钢丝绳收放机构包括电动机、与电动机输出轴连接的主动齿轮、转动设置在针梁2.1内的滚筒以及与滚筒连接的从动齿轮；滚筒的两端设置有绳挡2.2.9；从动齿轮的轴线与滚筒的轴线共线，从动齿轮与主动齿轮啮合；钢丝绳2.2.2的中部通过绳卡2.2.5固定在滚筒上，防止钢丝绳2.2.2收放时打滑，钢丝绳2.2.2顺时针或逆时针单向缠绕位于两侧绳挡2.2.9之间，绳挡2.2.9内钢丝绳2.2.2缠绕长度大于针梁2.1长度的一半，两端设置有绳扣2.2.3，以便与位于内框架9.1上方中心位置的内外框支撑9.4连接。
进一步地，针梁前部支撑3包括前部伸缩油缸3.1和前部支撑块3.2，针梁后部支撑4包括后部伸缩油缸4.1和后部支撑块4.2；前部支撑块3.2支撑于未衬砌的管片上，前部伸缩油缸3.1的两端分别与针梁2.1和前部支撑块3.1相接；后部支撑块4.2支撑于衬砌混凝土上，后部伸缩油缸4.1的两端分别与针梁2.1和后部支撑块4.2相接。因针梁前部支撑3支撑于未衬砌的管片上，针梁后部支撑4支撑于衬砌混凝土上，因此前部伸缩油缸3.1行程至少要大于后部伸缩油缸4.1的行程与衬砌厚度之和，台车支撑与现有技术无异。
进一步地，针梁2.1长度大于总模板长度的2倍，横移滑槽2.3为通长设置，钢丝绳2.2.2为通长设置。
本实施例中，前部伸缩油缸3.1、后部伸缩油缸4.1、各个旋转偏移框架的框架偏移千斤顶、框架离合油缸以及配重***的配重油缸13.2共用一套液压管路，因模板***的脱模油缸随模板***旋转，而其他油缸无旋转动作，故脱模油缸单独使用一套液压管路。
实施例2
本实施例提供一种盾构小半径隧洞衬砌施工方法，采用实施例1所述针梁式旋模全圆衬砌台车施工，施工方法包括：
S1，将针梁式旋模全圆衬砌台车置于待衬砌的隧洞内，伸长针梁前部支撑3和针梁后部支撑4，使针梁2.1支撑旋转偏移框架和模板***；
S2，根据隧道形式确定针梁式旋模全圆衬砌台车的模板形式
隧道为直线段时，包括下述步骤：
a，通过框架离合机构使各块模板沿着针梁2.1纵向分离，具体地，伸长所有框架离合油缸9.8，使各个旋转偏移框架及与其连接的模板纵向分离；
b，提升配重***13：操作所有配重油缸13.2，提升有所有配重块13.1至外环纵梁5.4上侧，以便模板***旋转时，能避开配重***13，若采用手动配重，则取出配重块13.1；
c，旋转各块模板使相邻两块模板的最长边和最短边处于同一水平面：
d，通过框架离合机构使各块模板沿着针梁2.1纵向闭合，具体地，回缩所有框架离合油缸9.8，使各个旋转偏移框架及与其连接的模板纵向闭合，多块模板组成与隧道直线段相适应的直线筒状结构；
隧道为曲线段时，包括下述步骤：
a，通过框架离合机构使各块模板沿着针梁2.1纵向分离，具体地，伸长所有框架离合油缸9.8，使各个旋转偏移框架及与其连接的模板纵向分离；
b，提升配重***13：操作所有配重油缸13.2，提升有所有配重块13.1至外环纵梁5.4上侧，以便模板***旋转时，能避开配重***13，若采用手动配重，则取出配重块13.1；
c，旋转各块模板使所有模板的最长边位于曲线段外环、最短边位于曲线段内环，相邻两块模板的最长边和最长边处于同一水平面，最短边和最短边处于同一水平面；
d，通过框架离合机构使各块模板沿着针梁纵向闭合，多块模板组成与隧道曲线段相适应的折线筒状结构；
隧道为直线和曲线的过渡段时，处于直线段的模板为与隧道直线段相适应的直线筒状结构，处于曲线段的模板为与隧道曲线段相适应的折线筒状结构；
S3，针梁式旋模全圆衬砌台车纵向定位
启动钢丝绳收放机构，通过钢丝绳2.2.2牵引旋转偏移框架及与其连接的模板沿着针梁2.1纵向移动至隧道设计位置；
S4，针梁式旋模全圆衬砌台车中线定位
启动框架偏移施力机构，调整旋转偏移框架在针梁2.1上的横向位置，使旋转偏移框架全部居中（模板中线的起点和终点位于隧道轴线上）；
S5，针梁式旋模全圆衬砌台车标高定位
调整针梁前部支撑3和针梁后部支撑4，将针梁2.1高度调整至设计标高，该步骤与传统调整标高步骤一致；
S6，面板展开
先操作顶模脱模油缸5.6和底模脱模油缸5.7，调整顶、底模高度，再操作侧模脱模油缸5.8，调节侧模5.1.3宽度，将模板调整为成为全圆型，至设计位置，该步骤与传统调整模板步骤一致；
S7，放置配重，具体地，操作所有配重油缸13.2，下放所有配重块13.1，使配重块13.1下放至配重块框5.1.7内，也可采用手动配重，使针梁式旋模全圆衬砌台车重心下移；
S8，封端头模、安装止水带、浇筑混凝土
该步骤包括封端头模、安装止水带等，验收合格后浇筑混凝土，与传统针梁式衬砌台车浇筑混凝土一致；
S9，针梁前移及定位
浇筑的混凝土养护达到强度后，回缩针梁前部支撑3和针梁后部支撑4，由模板***承重，针梁2.1不承重，启动针梁纵移装置，使针梁2.1前移至下一模的位置，再启动框架偏移千斤顶9.6，调整针梁2.1横向位置，使针梁2.1起、终点位于隧道中线上，再伸长针梁前部支撑3和针梁后部支撑4，使针梁2.1再次支撑旋转偏移框架和模板***；
S10，脱模
针梁2.1支撑衬砌台车重量后，首先提升配重油缸13.2，再回缩侧模脱模油缸5.8，使侧模5.1.3脱模，再回缩顶模脱模油缸5.6和底模脱模油缸5.7，使顶、底模脱模；
S11，下一循环
重复步骤S2-11。
如图3所示，在曲线段，针梁2.1与旋转偏移框架的轴线不重合，偏移框架在针梁2.1上横移一定角度，因此，针梁2.1纵移过程中，滑轮2.2.6、钢丝绳2.2.2与位于内框架9.1上方中心位置的内外框支撑9.4具有一定角度，使用调心轴承2.2.7连接滑轮2.2.6与针梁铰耳2.2.8，可使滑轮2.2.6偏转一定角度，以适应曲线段针梁2.1纵移或模板***横移时，钢丝绳2.2.2的绳扣2.2.3位置发生横移的情况。此时，旋转偏移框架与针梁2.1产生角度，其角度示意图见图25。
最后应说明的是：基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，包括但不限于以下拓展实施例：
本实施例中模板的数量为4套，4套是基于台车总重、现场混凝土浇筑能力、市场常规面板宽度等因素所决定的，而采用的模板数量小于4套或大于4套均是本领域普通技术人员无需做出创造性劳动即或得到的结果；
本实施例中每套模板中，全圆模板分为底模、顶模、2块侧模共4块，分为4块便于脱模或模板定位操作，在隧道洞径较大的情况下，也可大于4块，大于4块所引起的其他部件增加也是本领域普通技术人员无需做出创造性劳动即或得到的结果；
本实施例中框架离合油缸及框架偏移千斤顶数量均为2个，而采用大于2个也是本领域普通技术人员无需做出创造性劳动即或得到的结果；
本实施例中模板旋转采用的是电机加外齿回转轴承，以其他机械方式达到模板旋转功能，通过模板旋转功能进而实现全圆针梁式台车施工直线段与小半径曲线段相互转换功能的，也是本领域普通技术人员结合本实施例与常规技术也能得到的结果；
本实施例中配重***采用油缸伸缩提升或下放配重块实现模板***旋转后的重新配重，采用人工搬运或其他机械方式实现模板***旋转后的配重也是本领域普通技术人员无需做出创造性劳动即或得到的结果；
本实施例中浇筑窗口数量、位置、顶-底部泵管数量及位置、面板加劲肋位置及数量等其他功能性部件的设置均为示例，上述设置的改变所形成的新实施例也是本领域普通技术人员无需做出创造性劳动即或得到的结果。
Claims (9)
1.一种盾构小半径隧洞衬砌施工方法，其特征在于，采用针梁式旋模全圆衬砌台车施工，针梁式旋模全圆衬砌台车包括针梁及针梁纵移***、针梁前部支撑、针梁后部支撑、旋转偏移框架和模板***；
所述针梁及针梁纵移***包括针梁和针梁纵移装置；
所述针梁为箱型中空结构，顶板上沿着纵向设置有两个滑轮孔；
所述针梁纵移装置包括钢丝绳、钢丝绳收放机构、滑轮、调心轴承和针梁铰耳；
所述针梁铰耳设置在滑轮孔两侧，且位于针梁内；
所述滑轮的轮轴通过调心轴承与针梁铰耳转动连接，滑轮穿过滑轮孔；
所述钢丝绳收放机构设置在针梁内；
所述钢丝绳缠绕在钢丝绳收放机构上，绕过滑轮，两端穿过滑轮孔均位于针梁外；
所述针梁前部支撑和针梁后部支撑均支撑在针梁的底部，分别靠近针梁的前端和后端；
多个旋转偏移框架依次套设在针梁上，每个旋转偏移框架均包括内框架、外框架、内外框支撑、框架偏移施力机构和框架离合机构；
所述内框架为方型框架，套设置在针梁外，内高与针梁的外高一致，内宽大于针梁的外宽；
所述外框架包括相对设置的两个外框外环以及连接两个外框外环的外框纵梁，外框架套设在内框架外，外框外环和内框架之间通过多个内外框支撑连接，至少有1个外框纵梁位于针梁的左侧或右侧；
所述框架偏移施力机构穿过内框架的预留孔，外端与位于针梁左侧或右侧的外框纵梁固定连接，内端与针梁的对应侧纵向滑动连接；
两组框架离合机构分别位于内框架的左右两侧，框架离合机构的第一端与外框架铰接，第二端与相邻的旋转偏移框架可拆卸铰接；
所述模板***包括两块端头模板以及设置在端头模板之间的n块中间模板，n=0，1，2，3……，模板均为全圆型；
所述端头模板的端头面与隧道轴线垂直，与相邻模板连接的连接面与隧道轴线斜交；
所述端头模板轴向的最长边长度的计算公式为
，最短边长度的计算公式为
，
式中：l 1 为端头模板的中心长度，R为线路转弯半径，r为针梁式旋模全圆衬砌台车模板半径，即隧洞洞径；
所述中间模板两端的连接面均与隧道轴线斜交，且两端的连接面对称设置；
所述中间模板轴向的最长边长度的计算公式为
，最短边长度的计算公式为
，
式中：l 2 为中间模板的中心长度，R为线路转弯半径，r为针梁式旋模全圆衬砌台车模板半径，即隧洞洞径；
每块模板套设在一架旋转偏移框架上，与旋转偏移框架的外框架转动连接，各块模板通过对应的旋转驱动机构驱动独立旋转；
与端头模板连接的旋转偏移框架中，至少有1个内外框支撑位于内框架上方的中心位置与钢丝绳的端部连接；
施工方法包括：
S1，伸长针梁前部支撑和针梁后部支撑，使针梁支撑旋转偏移框架和模板***；
S2，根据隧道形式确定针梁式旋模全圆衬砌台车的模板形式
隧道为直线段时，通过框架离合机构使各块模板沿着针梁纵向分离，旋转各块模板使相邻两块模板的最长边和最短边处于同一水平面，通过框架离合机构使各块模板沿着针梁纵向闭合，多块模板组成与隧道直线段相适应的直线筒状结构；
隧道为曲线段时，通过框架离合机构使各块模板沿着针梁纵向分离，旋转各块模板使所有模板的最长边位于曲线段外环、最短边位于曲线段内环，相邻两块模板的最长边和最长边处于同一水平面，最短边和最短边处于同一水平面，通过框架离合机构使各块模板沿着针梁纵向闭合，多块模板组成与隧道曲线段相适应的折线筒状结构；
隧道为直线和曲线的过渡段时，处于直线段的模板为与隧道直线段相适应的直线筒状结构，处于曲线段的模板为与隧道曲线段相适应的折线筒状结构；
S3，针梁式旋模全圆衬砌台车纵向定位
通过钢丝绳牵引旋转偏移框架和模板***沿着针梁纵向移动至隧道设计位置后；
S4，针梁式旋模全圆衬砌台车中线定位
启动框架偏移施力机构，调整旋转偏移框架在针梁上的横向位置，使旋转偏移框架全部居中；
S5，针梁式旋模全圆衬砌台车标高定位
调整针梁前部支撑和针梁后部支撑，将针梁高度调整至设计标高；
S6，面板展开
将模板调整为成为全圆型，至设计位置；
S7，放置配重，使针梁式旋模全圆衬砌台车重心下移；
S8，封端头模、安装止水带、浇筑混凝土；
S9，针梁前移及定位
浇筑的混凝土养护达到强度后，回缩针梁前部支撑和针梁后部支撑，由模板***承重，针梁不承重，启动针梁纵移装置，使针梁前移至下一模的位置，再启动框架偏移千斤顶，调整针梁横向位置，使针梁起、终点位于隧道中线上，再伸长针梁前部支撑和针梁后部支撑，使针梁再次支撑旋转偏移框架和模板***；
S10，脱模
S11，下一循环
重复步骤S2-11。
2.根据权利要求1所述的盾构小半径隧洞衬砌施工方法，其特征在于，针梁式旋模全圆衬砌台车施工还包括用于对模板施加下压力的配重***。
3.根据权利要求2所述的盾构小半径隧洞衬砌施工方法，其特征在于，针梁的左侧或右侧纵向设置有横移滑槽，横移滑槽为外小内大的内凹型；
位于横移滑槽侧的外框纵梁与横移滑槽对齐；
框架偏移施力机构包括框架偏移千斤顶和纵滑偏移小车；
纵滑偏移小车包括滑轮、底板和小车铰耳，滑轮和小车铰耳分别设置在底板的两侧，滑轮与横移滑槽滑动配合；
框架偏移千斤顶的外端与位于横移滑槽外侧的外框纵梁固定连接，内端与小车铰耳铰接。
4.根据权利要求3所述的盾构小半径隧洞衬砌施工方法，其特征在于，每个旋转偏移框架中，至少有两个内外框支撑设置在内框架的左右两侧；
框架离合机构为框架离合油缸，框架离合油缸第一端与同侧的内外框支撑铰接。
5.根据权利要求4所述的盾构小半径隧洞衬砌施工方法，其特征在于，旋转偏移框架还包括外齿回转轴承和无齿回转轴承；
两个外框外环分别与外齿回转轴承的内圈以及无齿回转轴承的内圈固定连接；
模板与外齿回转轴承的外圈以及无齿回转轴承的外圈固定连接；
旋转驱动机构包括变频电机和驱动齿；
变频电机固定在外框纵梁上，输出轴与驱动齿连接；
驱动齿与外齿回转轴承外圈上的齿圈啮合。
6.根据权利要求5所述的盾构小半径隧洞衬砌施工方法，其特征在于，端头模板和中间模板均包括外模、旋转外环、旋转内环、外环纵梁、内外环支撑和脱模油缸；
外模由多块弧形模板围合而成；
两个旋转外环相对设置，通过多个外环纵梁连接；
旋转内环位于旋转外环内，通过多个内外环支撑连接；
两个旋转内环分别与外齿回转轴承的外圈以及无齿回转轴承的外圈固定连接；
脱模油缸的两端分别与弧形模板和外环纵梁铰接。
7.根据权利要求6所述的盾构小半径隧洞衬砌施工方法，其特征在于，每个旋转偏移框架上配有配重***，配重***包括配重块和配重油缸；
内框架的正下方为不设置外框纵梁和外环纵梁的配重预留空间；
配重油缸的顶端固定在内框架的底部，底端与配重块连接，配重油缸和配重块均可穿过配重预留空间对模板施加下压力。
8.根据权利要求7所述的盾构小半径隧洞衬砌施工方法，其特征在于，外模包括顶模、底模以及连接顶模和底模的侧模；
顶模、底模和侧模的内壁均纵向设置有加劲肋；
顶模和底模的加劲肋之间设置有模板横梁，加劲肋和模板横梁围合成区域上设置有泵送口以及用于容纳配重块的配重块框；
侧模上设置有可向内打开的浇筑窗口；
脱模油缸包括顶模脱模油缸、底模脱模油缸和侧模脱模油缸；
顶模脱模油缸的两端分别与顶模的模板横梁以及位于旋转内环上方的外环纵梁铰接；
底模脱模油缸的两端分别与底模的模板横梁以及位于旋转内环下方的外环纵梁铰接；
侧模脱模油缸的两端分别与侧模的加劲肋以及位于旋转内环侧面的外环纵梁铰接。
9.根据权利要求1所述的盾构小半径隧洞衬砌施工方法，其特征在于，钢丝绳收放机构包括电动机、与电动机输出轴连接的主动齿轮、转动设置在针梁内的滚筒以及与滚筒连接的从动齿轮；
滚筒的两端设置有绳挡；
从动齿轮的轴线与滚筒的轴线共线，从动齿轮与主动齿轮啮合；
钢丝绳的中部通过绳卡固定在滚筒上，单向缠绕位于两侧绳挡之间，两端设置有绳扣；
针梁前部支撑包括前部伸缩油缸和前部支撑块，针梁后部支撑包括后部伸缩油缸和后部支撑块；
前部支撑块支撑于未衬砌的管片上，前部伸缩油缸的两端分别与针梁和前部支撑块相接；
后部支撑块支撑于衬砌混凝土上，后部伸缩油缸的两端分别与针梁和后部支撑块相接。
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| 全圆针梁式曲直两用钢模台车的设计与安装;杨新贵等;《水科学与工程技术》;20041025(第05期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113309541A (zh) | 2021-08-27 |
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