一种适用于变截面弯道洞库施工的拱顶模板支撑结构的制作方法

本实用新型属于地下洞库混凝土衬砌施工装备技术领域，具体涉及一种适用于曲线段可变式钢模台车拱顶模板的可调节拱形梁支撑结构。

背景技术：

在多断面弯道洞库工程施工中，经常会遇到由于洞库跨度的改变而引起其断面参数的变化，变化的断面使得采用传统某一套规格的拱顶模板不能满足施工需求，而需要配备和更换多套拱顶模板进行施工。这样，不仅增加了模具投入、生产管理、转场运输等费用，而且在实际施工中，更换一整套模板，还需要重复循环人工立模、拆模、搬运、支模等过程，大大增加了人工劳动强度和工程成本。另一方面，由于弯道洞库的拱顶断面形状与直线段洞库相比较为复杂，不能在原跨度基础上通过简单的增加或减少部分不同规格的拱顶模板单元节来适应变化断面，否则不能满足被复洞库混凝土衬砌的精度要求，或需要配备几十种甚至更多规格的特制模板。那么，如何通过最少规格的模板单元节拼接、以逼近不同跨度的拱顶理论弧线是目前工程施工中的一个技术难题。

另外，一般情况下传统钢模台车上还安装有用于改善与拱顶模板固联的拱形梁受力状况的支撑结构，这类结构上端往往通过支撑件与拱形梁连接、下端与钢模台车框架系统的某一构件固联，以传递拱形梁所承受的铅垂荷载和增加其刚强度。传统固定式支撑结构虽然受力状况较好，但是不能调节弯道洞库因跨度的改变而引起沿洞库轴线方向和弯道径向方向的安装误差，反而，还会由于两个方向上安装误差的存在使得拱部结构承受较大力矩。

为解决上述技术问题，发明人提供了一种曲线段可变式钢模台车拱顶模板及其可调节拱形梁支撑结构，该套模板能够通过最少规格的标准模板和特殊模板的拼接，满足一定变跨范围内弯道洞库施工需求；同时，提供一种与所述拱顶模板固联的拱形梁可调节支撑结构，有效消除传统固定式结构产生的洞库轴线方向和弯道径向方向的安装误差，改善拱形梁的受力状况。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种适用于曲线段可变式钢模台车拱顶模板的可调节拱形梁支撑结构，本实用新型的结构中所述的拱顶模板指的是采用特定方法设计的拱顶模板，所述拱顶模板能够通过最少规格的标准模板和特殊模板的拼接，满足一定变跨范围内弯道洞库施工需求。

具体的，本实用新型采用以下技术方案予以实现。一种适用于变截面弯道洞库施工的拱顶模板的支撑结构，包括外侧上纵梁、支撑千斤滑动支座紧固螺栓、拱顶模板、拱形梁、拱形梁支撑千斤、支撑千斤滑动支座、内侧上纵梁和立柱。因用于弯道，故外侧上纵梁和内侧上纵梁均为弧形，且分别设置在沿洞库断面方向对称分布的内外两侧立柱的上端。

本实用新型的创造点之一是采用了可移动的支撑千斤滑动支座。所述支撑千斤滑动支座为一移动板块，两侧分别设有固定孔，且为了保证稳定性，每侧的固定孔的数量为两个。移动板块上面两侧还设置有供“人”字形拱形梁支撑千斤下端铰接安装的带孔凸耳。拱形梁支撑千斤的上端与拱形梁铰接。

为方便描述，将外侧上纵梁和内侧上纵梁统称为上纵梁。本实用新型中上纵梁为箱型结构，主要构件为外面板、内面板、上面板和下面板，其中外面板和内面板为薄壁的同心圆弧面板；上面板和下面板均为扇形分布；在上面板两侧上沿弯道径向线均匀设置多组内凸缘和外凸缘，内凸缘处和外凸缘处均设置有滑槽，所述滑槽为圆弧形且与弯道圆弧同圆心；支撑千斤滑动支座通过所述滑槽、自身的固定孔，采用支撑千斤滑动支座紧固螺栓进行固定。需要调节支撑千斤滑动支座位置时，只要松动支撑千斤滑动支座紧固螺栓即可。

本实用新型中所述的拱形梁为多段连接的拱形可调节的拱形梁。沿弯道洞库轴线方向均匀设置若干组呈弯道径向线分布。拱形梁上方固联并支撑由若干个模板单元节拼接而成的拱顶模板。

设计本实用新型所述拱顶模板采用的特定方法包括如下步骤

一是画出标准宽为1200mm的一个单元节拱顶模板展开图。

1.1分别以R、(其中R为弯道半径，L_i为跨度，i为跨度序号)为半径画出各跨度的外侧、内侧及中间圆弧；

1.2在外侧圆弧上，截取一条弧长为1200mm的标准宽，将圆心分别与圆弧两端点相连；

1.3连线分别与内侧圆弧交于另外两点，则该四点所组成的平面图形为一个单元节拱顶模板展开图，该展开图的内外两边分别位于各跨度的内外两侧理论圆弧上，另外两边沿径向分布。

二是用内外两侧圆弧的弦长代替相应弧长，得到一个拱顶模板单元节展开图的分析模型。

2.1拱顶模板依靠其自身的自适应弧特殊结构，在钢模台车的拱梁弧形支撑以及安装工艺下，使其发生塑性变形，多块模板拼接成空间曲面，但在制造时的面板下料阶段，需将弧长1200mm单元节模板的面板展开成平面几何图形；

2.2一般情况下，由于弯道曲线的曲率半径较大，模板内外两侧的弧长与其对应的弦长差别甚小，利用弦长分别代替相应弧长而引起的误差对于建筑工程可以完全忽略不计，因此，一个拱顶模板单元节展开图的分析模型则可简化为一个等腰梯形，其中两腰分别位于不同跨度下的理论圆的径向线上，上下两底边分别为相应圆弧的弦线。

三是根据各单元节展开图的分析模型和各跨度的模板拱顶圆弧分布图之间的投影对应关系，划分模板规格。

3.1按照拱形、跨度、失高、拱半径、圆心位置等拱顶圆弧参数，画出各跨度的理论模板拱顶圆弧；

3.2用标准长为1000mm的弧长由上向下或由下向上依次划分各跨度的理论模板拱顶圆弧；

3.3利用划分的理论模板拱顶圆弧与拱顶模板单元节展开图的分析模型之间的投影对应关系，依次将各跨度的单元节模板划分为若干个预标准模板和一个预特殊模板，其中1000mm弧长所对应的模板为预标准模板，最后划分的一个不足1000mm弧长所对应的模板为预特殊模板；

3.4对各预标准模板和预特殊模板进行编号，其中预标准模板记为“标_i,n”，预特殊模板记为“特_i,1”，其中i为跨度序号。

四是将一种跨度的模板单元节与其余几种跨度模板单元节的廓形尺寸进行对比分析，设置误差最少的一种为基准单元节，并利用基准单元节优化标准模板规格。

4.1按照步骤三划分的标准模板规格数量与跨度有关，一般情况下有几十种，标准模板规格数量过多，需要优化；

4.2分析各跨度单元节廓形，将其中一种跨度的模板单元节与其余几种跨度的模板单元节的廓形尺寸进行对比分析，设置误差最少的一种为基准单元节；

4.3将步骤三中划分的基准单元节的预标准模板设置为最终标准模板，并记为“标_N”，N为标准模板序号。

五是结合模板的制造和安装工艺，优化特殊模板规格。

5.1为便于制造和安装模板，划分的所有模板长度应大于500mm，因此，在设置特殊模板时，应将长度不足500mm的特殊模板与其相连的标准模板合并，并设置为一个特殊模板，同时减少一个该跨度下的标准模板数量；

5.2将优化后的特殊模板记为“特_i”，i为跨度序号。

六是根据各模板编号，绘制模板规格尺寸表。按照步骤四、五划分的标准模板和特殊模板，结合曲线段可变式钢模台车的结构及技术参数，绘制各跨度的模板规格尺寸表。

七是按照模板规格尺寸表，绘制各跨度模板配备表及展开图。

按照本实用新型所述的方法设计的拱顶模板为一套由若干规格的标准模板和特殊模板组成的拱顶模板。采用所述拱顶模板进行弯道洞库施工时，只需要增减标准模板和更换特殊模板即可，极大的降低了人工劳动强度和工程成本。

本实用新型的可调节拱形梁支撑结构设计不仅适用于按照所述特定方法设计的拱顶模板，也能够用于现有传统规格的拱顶模板。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

通过若干个由最少规格的标准模板和特殊模板组成的拱顶模板单元节的拼接，有效解决了一定弯道半径下、由于跨度的改变而引起洞库断面参数发生改变后的拱顶模板适应性问题，做到了一模多用，且施工精度较高。

本实用新型通过支撑千斤滑动支座及其配套上纵梁等组成的可调节拱形梁支撑结构的设计，使曲线段可变式钢模台车拱顶模板能够应用于实际生产。以弯道半径为50000mm、1/4拱为例，只需要十一种标准模板和特殊模板便可满足变跨范围4000mm-6000mm内所有跨度的施工需求，理论累计误差不足10mm。

本实用新型的钢模台车与采用传统固定式钢模台车拱形梁支撑结构相比，降低了安装误差，明显改善了拱形梁的受力状况。在“弧”形内、外侧上纵梁上面板的内外凸缘上，沿弯道径向线均匀设置若干组内外滑槽，每组内外滑槽中设置有若干个用于固定支撑千斤滑动支座的支撑千斤滑动支座紧固螺栓，克服了不同跨度下支撑千斤滑动支座沿洞库轴线方向向左或向右偏离其理论安装位置的正向和负向误差；和拱形梁支撑千斤下端固联的支撑千斤滑动支座采用球形钢支座，其大转角的转动性能够克服各跨度沿弯道径向方向的安装误差。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型装置主视图；

图2是本实用新型装置附视图(展开)；

图3是本实用新型装置图1中A-A向局部剖视图；

图4是本实用新型装置外侧上纵梁主视图；

图5是本实用新型装置图4中B-B向剖视图；

图6是本实用新型装置图4中I处放大图；

图7是本实用新型装置4000mm跨拱顶模板展开图；

图8是本实用新型装置4500mm跨拱顶模板展开图；

图9是本实用新型装置5000mm跨拱顶模板展开图；

图10是本实用新型装置5500mm跨拱顶模板展开图；

图11是本实用新型装置6000mm跨拱顶模板展开图；

图12是本实用新型装置4000mm跨、长度3600mm一截的拱顶跨模板空间排列图。

图中：1-外侧上纵梁；101-外面板；102-内面板；103上面板；104下面板；2-支撑千斤滑动支座紧固螺栓；3-拱顶模板；4-拱形梁；5-拱形梁支撑千斤；6-支撑千斤滑动支座；7-内侧上纵梁；8-立柱；C-外滑槽；D-内滑槽。

具体实施方式

下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。

本实用新型以实际洞库施工中常见的弯道半径为50000mm、1/4拱、变跨范围4000mm-6000mm、变跨步距500mm为例，结合图例，具体说明一种应用于曲线段可变式钢模台车(由三截框架系统组成、每截轴向长度约3600mm，总长约10800mm，各截既可单独使用，也可组合使用)上的拱顶模板及其可调节拱形梁支撑结构的具体实施方式。

如图1-6所示，一种适用于变截面弯道洞库施工的拱顶模板及其支撑结构，包括外侧上纵梁1、支撑千斤滑动支座紧固螺栓2、拱顶模板3、拱形梁4、拱形梁支撑千斤5、支撑千斤滑动支座6、内侧上纵梁7和立柱8；

立柱8有多个且沿洞库断面方向对称设置于内外两侧，外侧上纵梁1设置在外侧的立柱8上端，内侧上纵梁7设置在内侧的立柱8上端。

沿洞库弯道轴线方向呈“弧”形的外侧上纵梁1为一箱型结构，“弧”形中心线圆弧半径等于弯道半径，薄壁外面板101和内面板102为同心圆弧面板；上面板103和下面板104呈扇形分布，两侧边沿50000mm弯道圆弧径向线分布；在上面板103上沿弯道径向线均匀设置十一组内外凸缘，内凸缘内侧圆弧和外凸缘外侧圆弧与弯道圆弧同圆心，内外凸缘处设置十一组内外滑槽C、D。滑槽C、D也与弯道圆弧同圆心。

每组内外滑槽C、D中设置有四个用于固定支撑千斤滑动支座6的支撑千斤滑动支座紧固螺栓2，滑槽宽度略大于支撑千斤滑动支座紧固螺栓2的公称直径，长度略大于4000mm-6000mm五种跨度中沿洞库轴线方向最大安装误差的两倍，目的是克服不同跨度下支撑千斤滑动支座6向左或向右偏离其理论安装位置的正向误差和负向误差。

和拱形梁支撑千斤5下端固联的支撑千斤滑动支座6为球形钢支座，其大转角的转动性能够克服4000mm-6000mm之间各跨度沿弯道径向方向的安装误差。

所述支撑千斤滑动支座6两侧各设置有两个固定孔，支撑千斤滑动支座紧固螺栓2穿过两侧滑槽与固定孔将支撑千斤滑动支座6固定在外侧上纵梁1或内侧上纵梁7上；

拱形梁支撑千斤5的两支脚分别与支撑千斤滑动支座6两端的凸耳铰接，拱形梁支撑千斤5的上端与拱形梁4铰接；所述拱顶模板3设置在拱形梁4上。

安装示例

按照特定方法设计出的变跨范围4000mm-6000mm的拱顶模板3共包含十一种呈等腰梯形的标准模板和特殊模板，其中标准模板六种，上下底长度范围为1079mm-1200mm，且相邻序列规格模板的下底与上底相等，高度均为1000mm；特殊模板五种，上下底长度范围为1064mm-1118mm，高度范围为636mm-1375mm。各模板规格尺寸如表1所示。

如图7-11所示，每种跨度的拱顶模板均由九个呈弯道径向线分布的单元节拼接而成，每个单元节由四至六个标准模板和一个特殊模板组成(4000mm-6000mm各跨度模板配备如表2所示)，其中，标准模板设置于弯道外侧，特殊模板设置于弯道内侧。

如图12所示，以4000mm跨、3600mm一截拱顶跨模板为例，在实际安装时，沿弯道径向线方向，由弯道外侧向内侧，依次安装每个单元节的“标1、标2、标3、标4”四个标准模板，单元节最内侧安装“特1”模板；沿弯道洞库轴线方向，由左向右，依次将各个单元节联结，并与拱形梁4固联。其它跨度模板的安装与其类似。

表1 4000mm-6000mm跨各模板规格尺寸表

表2 4000mm-6000mm各跨度模板配备表

本领域技术人员应理解，以上实施例仅是示例性实施例，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，所进行变化、替换以及改变也应视为包含在本实用新型的保护范围内。