一种隧道二衬整体式钢端模装置及施工方法

1.本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道二衬整体式钢端模装置及施工方法。


背景技术：

2.随着我国城镇化进程的持续加速，近十几年来我国铁路、公路以及城市轨道交通建设也在不断发展,中国隧道修建技术也在不断提升。中国已经成为世界上隧道数量最多、地下空间开发速度最快的国家之一，中国已成为名副其实的隧道建设大国。就铁路隧道而言，截止到2020年底，中国铁路营业里程达14.5万km，其中投入运营的铁路隧道共16798座，总长约19630km，其中特长铁路隧道(长度在10千米以上)共209座，总长2811km。随着中国经济建设的发展，西部地区交通建设规模逐年加大，高海拔、高烈度地震区、大埋深超长铁路隧道将越来越多，隧道建设可能面临的技术问题更多更复杂，行业技术发展有待进一步突破。近年来，随着劳动力成本的不断提高，隧道现场施工技术人员数量逐年减少，隧道工程建设“以机代人”成为现实需求，隧道信息化、机械化、智能化施工要求越来越高。
3.目前，国内所采用的二衬混凝土端头封模通常采用现场木模板加工而成，木材消耗量大，周转次数少，既浪费资源又不环保；木模板封端是单块木板独自受力，需对每块木模板单独加固，加固耗费周转材料多，耗费的人工多；加固不当易造成跑模、胀模等问题，浇筑质量难以保证。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供了一种隧道二衬整体式钢端模装置及施工方法。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
6.一种隧道二衬整体式钢端模装置，包括二衬台车弧板、台车、液压油缸、轮轨、液压泵站，所述台车位于轮轨上，所述二衬台车弧板与二衬台车弧板之间设有液压油缸，所述液压油缸连接液压泵站，该装置还包括整体式钢面板，所述整体式钢面板上均匀设有加强肋，所述整体式钢面板与二衬台车弧板上均布有数个螺栓孔，螺栓孔内对应设有固结螺栓，所述固结螺栓连接有钢制滑动槽，所述整体式钢面板通过铰接栓与液压伸缩油缸伸缩端相铰接，所述液压伸缩油缸另一端通过底座固定安装于台车上，所述液压伸缩油缸连接液压泵站；
7.所述台车的底部设置有用于清理轮轨的轮轨清理机构。
8.进一步的，所述轮轨清理机构包括底框、轨道轮、传动机构、传动杆、齿轮组、从动杆与辊刷，所述底框固定安装于台车的底部，所述底框中转动连接有轨道轮，所述传动杆位于轨道轮的前后两侧，所述轨道轮两端转轴通过传动机构带动两侧传动杆进行同向转动，两侧传动杆的下方均设有从动杆，从动杆两端转动连接于底框上，所述传动杆通过齿轮组带动从动杆进行转动，所述从动杆上安装有辊刷，所述辊刷与轮轨相抵接。
9.进一步的，所述传动机构包括传动皮带轮、从动皮带轮与皮带，所述底框的两侧设
有空腔，所述轨道轮两端转轴穿入空腔，所述轨道轮的转轴上均固定安装有传动皮带轮，两组传动杆的两端也均穿入空腔，所述传动杆的两端均连接有从动皮带轮，所述传动皮带轮与两从动皮带轮的外侧设有用于传动的皮带。
10.进一步的，所述传动杆、轨道轮转轴与底框的相接处均设置有轴承。
11.进一步的，所述齿轮组包括传动齿轮与从动齿轮，所述传动齿轮分别安装于传动杆的两侧，所述从动齿轮分别安装于从动杆的两侧，同侧传动齿轮与从动齿轮相啮合。
12.进一步的，所述二衬台车弧板的外侧还安装有压力传感器、温度传感器及红外线视频监控像头。
13.进一步的，所述固结螺栓上设有旋转手柄。
14.进一步的，所述两侧二衬台车弧板上开设有窗口，用于混凝土的浇筑。
15.本发明进一步提供了一种隧道二衬整体式钢端模施工方法，包括如下步骤：
16.s1：进行初支防水板铺设，二衬钢筋的制作及安装；
17.s2：根据前期的放样及铺设好的钢轨，将台车移动至预定的位置；
18.s3：通过操纵杆控制液压伸缩油缸伸缩，伸长油缸时整体式钢面板与二衬台车弧板固结螺栓位于钢制滑动槽的尾部，通过转动完成整体式钢面板翻转成竖直状态，完成钢面板与二衬台车弧板和初支断面的紧贴；
19.s4：通过旋转手柄对面板和二衬台车弧板螺栓孔螺栓进行二次紧固，以提高台车的坚固性及稳定性；
20.s5：加工方木及木楔对钢端模外侧与初支表面之间的空隙进行加固，确保端头模板封闭严密，通过钢板预留的窗口进行混凝土浇筑，并通过附着式及插入式振捣器对混凝土进行振捣；
21.s6：进行混凝土养护，达到预定强度后拆模；通过轮轨移动模板台车，进行一循环施工。
22.进一步的，s5中混凝土浇筑时由下至上、左右交替、对称浇筑。
23.本发明的有益效果在于：
24.1)本发明提供的隧道二衬整体式钢端模装置能够实现整体式钢面板的自动顶升、自动化程度高，施工速度快；此外，采用整体式钢面板，一次安装，重复使用，减少木材等周转材料损耗，同时，带肋的整体式钢面板强度高，模板加固效果好，有效解决加固胀模、跑模问题；利用液压油缸伸缩快速完成模板就位、拆模，操作简单、方便快捷，节省人工。
25.2)本发明台车底部轮轨清理机构的设置能够实现轮轨表面石子等障碍物的清理，避免石子等障碍物对台车的移动造成影响，利于台车于轮轨上的正常移动。
附图说明
26.图1为本发明的整体结构示意图；
27.图2为本发明的局部放大图；
28.图3为轮轨清理机构的结构示意图；
29.图4为轨道轮与底框的连接示意图；
30.图5为轮轨清理机构的侧视图；
31.图6为传动机构的结构示意图；
32.图7为轮轨清理机构移动状态下的示意图。
33.附图中标号名称如下：
34.二衬台车弧板-1；台车-2；液压油缸-3；整体式钢面板-4；加强肋-5；液压伸缩油缸-6；铰接栓-7；固结螺栓-8；钢制滑动槽-9；底座-10；清理轮轨-11；操纵杆-12；液压泵站-13；轮轨清理机构-14；底框-141；轨道轮-142；传动皮带轮-143；从动皮带轮-144；皮带-145；传动杆-146；传动齿轮-147；从动杆-148；从动齿轮-149；辊刷-1410。
具体实施方式
35.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明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作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。
36.参照附图1-2所示，一种隧道二衬整体式钢端模装置，包括二衬台车弧板1、台车2、液压油缸3、轮轨11、液压泵站13，台车2位于轮轨11上，二衬台车弧板1与二衬台车弧板1之间设有液压油缸3，液压油缸3连接液压泵站13。
37.该装置还包括整体式钢面板4，整体式钢面板4上均匀设有加强肋5，以加强整体式钢面板4的强度，有效解决加固胀模、跑模问题。
38.整体式钢面板4与二衬台车弧板1上均布有数个螺栓孔，螺栓孔内对应设有固结螺栓8，固结螺栓9上设有旋转手柄。固结螺栓8连接有钢制滑动槽9，固结螺栓9可在钢制滑动槽7内转动、滑动；整体式钢面板4通过铰接栓7与液压伸缩油缸6伸缩端相铰接，液压伸缩油缸6另一端通过底座10固定安装于台车2上，液压伸缩油缸6连接液压泵站13；液压泵站13上设有多组操纵杆12，操纵杆12分别连接各液压伸缩油缸6与液压油缸3。通过液压伸缩油缸6的伸缩，采用铰接栓7和钢制滑动槽9可调整整体式钢面板2的翻转和垂直伸缩量。其中，整体式钢面板4为普通钢板大小与二衬台车整体面板大小相同。两侧二衬台车弧板1上开设有窗口，用于混凝土的浇筑。
39.工作时，固结螺栓8通过转动，完成整体式钢面板4翻转成竖直状态，然后液压伸缩油缸6继续伸长，固结螺栓8在钢制滑动槽9内斜向继续运动，完成整体式钢面板2与二衬台车弧板1和初期支护断面紧贴。
40.整体式钢面板4就位后，通过二衬台车弧板1和整体式刚面板4上预留在同一位置的螺栓孔采用带有旋转手柄的固结螺栓8快速完成整体式钢面板4与二衬台车弧板1紧固。
41.参照附图3-5所示，台车2的底部设置有用于清理轮轨11的轮轨清理机构14。轮轨清理机构14包括底框141、轨道轮142、传动机构、传动杆146、齿轮组、从动杆148与辊刷1410，底框141固定安装于台车4的底部，底框141中转动连接有轨道轮142，传动杆146位于轨道轮142的前后两侧，轨道轮142两端转轴通过传动机构带动两侧传动杆146进行同向转动，两侧传动杆146的下方均设有从动杆148，从动杆148两端转动连接于底框141上，传动杆146通过齿轮组带动从动杆148进行转动，从动杆148上安装有辊刷1410，辊刷1410与轮轨11相抵接。其中，辊刷1410也可替换为清理辊(图中未给出)，清理辊由圆辊及沿圆周均匀设置于圆辊外侧的板件组成，清理辊下端与轮轨11相抵接，以便于轮轨11上杂物、障碍物的清理。
42.在台车移动时，轨道轮142进行转动，轨道轮142转动通过传动机构会同步带动两传动杆146进行同向转动，传动杆146通过一齿轮组带动安装于从动杆148上的辊刷1410进行转动，对轮轨11上石子等障碍物进行清理(如附图7所示)。
43.参照附图4与6所示，传动机构包括传动皮带轮143、从动皮带轮144与皮带145，底框141的两侧设有空腔，轨道轮142两端转轴穿入空腔，轨道轮142的转轴上均固定安装有传动皮带轮143，两组传动杆146的两端也均穿入空腔，传动杆146的两端均连接有从动皮带轮144，传动皮带轮143与两从动皮带轮144的外侧设有用于传动的皮带145。轨道轮142转动时通过两侧转轴带动传动皮带轮143进行转动，传动皮带轮143通过皮带145带动两从动皮带轮144进行同步转动，从动皮带轮144再带动传动杆146进行转动，进而实现传动杆146的同步同向转动。其中，传动杆146、轨道轮142转轴与底框141的相接处均设置有轴承，以利于传动杆146、轨道轮142的转动。
44.参照附图3与5所示，齿轮组包括传动齿轮147与从动齿轮149，传动齿轮147分别安装于传动杆146的两侧，从动齿轮149分别安装于从动杆148的两侧，同侧传动齿轮147与从动齿轮149相啮合。传动杆146转动时带动传动齿轮147进行转动，传动齿轮147通过从动齿轮149带动从动杆148进行转动，进而带动从动杆148上的辊刷1410进行转动对轮轨11进行清理。
45.进一步的，二衬台车弧板1的外侧还安装有压力传感器、温度传感器及红外线视频监控像头；用于压力、温度和混凝土浇筑量的监控(图中未给出)。
46.本发明提供了一种可实现隧道二衬端模精准、快捷定位封端施工的新装置，可实时监测混凝土浇筑量、温度及压力等，操作方便、运行稳定、施工效率高，对不同断面尺寸和形式的隧道有着良好的适应性。本装置在提高隧道二衬混凝土施工效率、混凝土浇筑质量等方面具有独特优势，一定程度上实现了隧道二衬机械化施工，在未来大量隧道工程建设中有着广阔的应用前景。
47.本实施例还提供了一种隧道二衬整体式钢端模施工方法，包括如下步骤：
48.s1：进行初支防水板铺设，二衬钢筋的制作及安装。根据初支及围岩监控量测结果确定合理的二衬施做时机及滞后掌子面距离。
49.s2：根据前期的放样及铺设好的钢轨，将台车移动至预定的位置。
50.在安装台车端部的挡头模板应能保证设计衬砌厚度，并可适当调整以适应其不规则性；钢端模板结构应能保证衬砌环接缝榫接，以保证接头处质量，增强其止水功能。
51.s3：通过操纵杆控制液压伸缩油缸伸缩，伸长油缸时整体式钢面板与二衬台车弧板固结螺栓位于钢制滑动槽的尾部，通过转动完成整体式钢面板翻转成竖直状态，完成钢面板与二衬台车弧板和初支断面的紧贴。
52.s4：通过旋转手柄对面板和二衬台车弧板螺栓孔螺栓进行二次紧固，以提高台车的坚固性及稳定性；
53.s5：加工方木及木楔对钢端模外侧与初支表面之间的空隙进行加固，确保端头模板封闭严密，通过钢板预留的窗口进行混凝土浇筑，由下至上、左右交替、对称浇筑，并通过附着式及插入式振捣器对混凝土进行振捣。浇筑期间通过设置的传感元件监测混凝土浇筑量、温度和压力。靠近衬砌端头的混凝土，通过红外线视频实时监测混凝土浇筑情况，做好止水带搭接并防止出现“跑模”现象。
54.s6：进行混凝土养护，达到预定强度后拆模。通过轮轨移动模板台车，进行一循环施工。
55.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。