一种二次衬砌同步施工盾构的衬砌施工装置及其施工方法与流程

本发明属于盾构隧道施工设备技术领域，具体涉及一种二次衬砌同步施工盾构的衬砌施工装置及其施工方法，它尤其适用于小直径的盾构隧道施工。

背景技术：

盾构机是一种用于隧道掘进的专用工程机械，现已广泛应用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。为保证盾构隧道的防水、防火、防腐蚀等要求，需要在预支管片之内浇筑二次衬砌，使之与管片共同受力。

目前盾构隧道的二次衬砌施工工序较为复杂，对洞内材料运输车辆的通行造成很大影响，特别是市政工程中的污水输送隧道工程，因单线距离长、工期紧张、成形隧洞直径小，导致运输车辆根本没有通过的空间，可见传统的二次衬砌台车无法满足同步施工要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种二次衬砌同步施工盾构的衬砌施工装置及其施工方法，它采用二次衬砌拼装与盾构推进同步施工，能够提高盾构施工效率，缩短施工工期。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种二次衬砌同步施工盾构的衬砌施工装置，包括盾构机、后配套拖车、行走牵引梁、皮带机、二次衬砌模板和模板拼装机；其中，

所述盾构机用于隧道掘进；

所述后配套拖车用于放置盾构机的动力站和控制箱，并随着盾构机一起前进；

所述行走牵引梁的一端与盾构机固定连接，其另一端与后配套拖车固定连接，所述行走牵引梁上设有凹槽；

所述皮带机设置在行走牵引梁的凹槽内，用于运输盾构施工所需物资及产生的渣土；

所述二次衬砌模板采用分模板结构；

所述模板拼装机滑动安装在所述行走牵引梁上，用于对二次衬砌模板进行拼装和拆卸。

按上述技术方案，所述二次衬砌模板包括依次呈环状连接的第一标准块分模板、第二标准块分模板、第一邻接块分模板、k块分模板和第二邻接块分模板。

按上述技术方案，所述分模板之间通过螺栓连接成环。

按上述技术方案，所述二次衬砌模板上设有混凝土浇筑口和观察窗口。

按上述技术方案，所述模板拼装机包括滑动安装在所述行走牵引梁上的固定架、安装在所述固定架外的内齿轴承、安装在所述内齿轴承外的回转架、安装在所述回转架上的模板抓取机构以及安装在所述固定架上的液压马达，所述内齿轴承的定圈与固定架固定连接，其动圈与回转机固定连接，所述内齿轴承的动圈上设有与液压马达的小齿轮相啮合的外圈齿，所述模板抓取机构通过内置的伸缩油缸对二次衬砌模板进行拼装和拆卸。

按上述技术方案，所述固定架的形状为环状，其设置在行走牵引梁的外周。

按上述技术方案，所述模板拼装机与行走牵引梁之间安装有行走油缸，所述行走油缸通过自身的伸缩实现模板拼装机在行走牵引梁上的滑动。

按上述技术方案，该装置还包括滑动安装在行走牵引梁上的吊运机，所述吊运机用于运输二次衬砌模板的分模板。

一种二次衬砌同步施工盾构的衬砌施工装置的施工方法，包括以下步骤：

1、盾构机向前推进一环管片的距离，完成一环管片的拼装后，进行钢筋笼的绑扎；

2、将一套二次衬砌模板吊运至该套管片处，并将模板拼装机移动至该套管片处，进行该套二次衬砌模板的拼装，使其形成用于浇筑混凝土的环状密封腔；

3、浇筑混凝土；

4、盾构机向前推进又一环管片距离，完成又一环管片拼装后，进行钢筋笼的绑扎，参照步骤2拼装第二套二次衬砌模板，然后进行混凝土浇筑；

5、重复步骤4、完成多段混凝土的浇筑；

6、待先浇筑的混凝土完成养护后，将模板拼装机移动至该已完成养护的混凝土处，并对此处的二次衬砌模板进行拆除，进行循环使用。

本发明产生的有益效果是：本发明通过在盾构机与后配套拖车之间安装行走牵引梁，并在行走牵引梁内安装皮带机运输盾构施工所需物资及产生的渣土，与此同时，通过模板拼装机在行走牵引梁上的滑动可以对分模板结构的模板拼装机进行拼装和拆卸，整个施工过程，二次衬砌拼装与盾构推进互不影响，可以同步施工，从而提高盾构施工效率，缩短施工工期。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的断面示意图；

图3是本发明实施例中二次衬砌模板的立体图；

图4是本发明实施例中二次衬砌模板的结构示意图；

图5是发明实施例中第一标准块分模板的结构示意图。

图中：1-推进油缸、2-盾构机、3-钢筋笼、4-管片、5-管片拼装机、6-二次衬砌模板、6.1-第一标准块分模板、6.2-第二标准块分模板、6.3-第一邻接块分模板、6.4-第二邻接块分模板、6.5-k块分模板、7-二次衬砌、8-行走牵引梁、8.1-凹槽、9-吊运机、10-模板拼装机、10.1-固定架、10.2-回转架、10.3-模板抓取机构、11-皮带机、12-行走油缸。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种二次衬砌同步施工盾构的衬砌施工装置，包括盾构机2、后配套拖车(图中未示意)、行走牵引梁8、皮带机11、二次衬砌模板6和模板拼装机10；其中，

盾构机2用于隧道掘进，其通过推进油缸1推动盾构前进；

后配套拖车用于放置盾构机的动力站和控制箱，并随着盾构机一起前进；

行走牵引梁8的一端与盾构机2固定连接，其另一端与后配套拖车固定连接，如图2所示，行走牵引梁8上设有凹槽8.1、具体的，该凹槽为开口朝上的u型槽，优选凹槽开设在行走牵引梁的中介位置；

皮带机11设置在行走牵引梁的凹槽8.1内，用于运输盾构施工所需物资及产生的渣土，渣土先由皮带机输送到后配套拖车的后部，掉落在渣土车后，由渣土车输送出隧道；

二次衬砌模板6采用分模板结构，其由若干个分模板组成；

模板拼装机10滑动安装在行走牵引梁8上，用于对二次衬砌模板进行拼装和拆卸。

在本发明的优选实施例中，如图3-图5所示，二次衬砌模板为由5块分模板拼装而成的环状结构，可以径向拆装，分模板均采用钢板焊接而成，然后用螺栓连接成环，并使配合面贴合紧密，形成环状密封腔用于混凝土浇筑。该5块分模板为依次连接的第一标准块分模板6.1、第二标准块分模板6.2、第一邻接块分模板6.3、k块分模板6.5和第二邻接块分模板6.4，第一标准块分模板和第二标准块分模板的结构相同，、第一邻接块分模和第二邻接块分模板的结构相同。另外，二次衬砌模板上设有混凝土浇筑口和观察窗口。

在本发明的优选实施例中，如图2所示，模板拼装机10包括滑动安装在行走牵引梁8上的固定架10.1、安装在固定架10.1外的内齿轴承(图中未示意)、安装在内齿轴承外的回转架10.2、安装在回转架10.2上的模板抓取机构10.3以及安装在固定架上的液压马达(图中未示意)，内齿轴承的定圈与固定架固定连接，其动圈与回转机固定连接，内齿轴承的动圈上设有与液压马达的小齿轮相啮合的外圈齿，液压马达工作时通过其小齿轮与内齿轴承的吃啮合传动驱动回转架做回转运动，模板抓取机构10.3通过内置的伸缩油缸对二次衬砌模板进行拼装和拆卸。

管片拼装机能够拼装管片和模板，模板拼装机只能拼装模板。同步施工时，这两种拼装机都拼装模板；不需要同步施工时，管片拼装机只拼装管片，模板拼装机不需要工作。

在本发明的优选实施例中，如图2所示，固定架10.1的形状为环状，其设置在行走牵引梁8的外周，以给皮带机和吊运机足够的空间，使固定架的运行与皮带机或吊运机互不干涉。

在本发明的优选实施例中，如图2所示，模板拼装机10与行走牵引梁8之间安装有行走油缸11，行走油缸通过自身的伸缩实现模板拼装机在行走牵引梁上的滑动，即实现模板拆装机的水平移动。模板拼装机只在行走牵引梁上的一定范围内移动，前后移动距离就是行走油缸的伸缩行程，通过移动模板拼装机实现拼装和拆卸此范围内的模板。

在本发明的优选实施例中，如图3-图5所示，该装置还包括滑动安装在行走牵引梁8上的吊运机9，吊运机用于运输二次衬砌模板的分模板，还可以运输管片，吊运机优选安装在行走牵引梁的下方。

一种二次衬砌同步施工盾构的衬砌施工装置的施工方法，如图1、图2所示，包括以下步骤：

1、盾构隧道施工时，盾构机向前推进一环管片4的距离，完成一环管片的拼装后(可以通过管片拼装机5进行拼装)，进行钢筋笼3的绑扎；

2、将一套二次衬砌模板6吊运(可以通过吊运机9)至该套管片处，并将模板拼装机10移动至该套管片处，进行该套二次衬砌模板的拼装，使其形成用于浇筑混凝土的环状密封腔；

3、浇筑混凝土；

4、盾构机向前推进又一环管片距离，完成又一环管片拼装后，进行钢筋笼的绑扎，参照步骤2拼装第二套二次衬砌模板，然后进行混凝土浇筑，；

5、重复步骤4、完成多段混凝土的浇筑；

6、待先浇筑的混凝土完成养护后，将模板拼装机10移动至该已完成养护的混凝土(即已完成施工的二次衬砌7)处，并对此处的二次衬砌模板6进行拆除，进行循环使用。

假如在进行第14次二次衬砌模板拼装前，第一次二次衬砌已养护完成，如图1所示，本发明的施工过程如下：

步骤一、盾构隧道施工中，完成管片拼装后开始掘进施工时，通过吊运机9将二次衬砌模板6的各分模板依次吊运至模板拼装机10抓取范围内，并进行钢筋笼的绑扎；

步骤二、完成钢筋笼绑扎后，开始分模板的拼装，模板拼装机依次抓取各分模板，先拼装第一标准块分模板6.1和第二标准块分模板6.2，然后用高强螺栓连接第一邻接块分模板6.3与第二标准块分模板6.2、第二邻接块分模板6.4与第一标准块分模板6.1，再进行k块分模板的拼装；

步骤三、完成分模板的拼装后，开始混凝土浇筑；

步骤四、推进又一环管片距离并完成管片拼装后开始掘进施工时，参照前三个步骤拼装第2环模板，进行混凝土浇筑；

步骤五、参照前四个步骤依次进行第2-13环二次衬砌模板的拼装；

步骤六、当二次衬砌模板拼装到13环后，此时第1环混凝土强度已经达到拆模状态，进行第14环拼装前，用模板拼装机将第1环的二次衬砌模板拆除；

步骤七、在盾构掘进过程中，将拆下的第1环二次衬砌模板用吊运机运输到模板拼装机抓取区进行新一环的拼装，并进行混凝土浇筑；

步骤八、参照步骤六、七，依次将第2-13环二次衬砌模板拆除并运输到盾尾内进行拼装，并进行混凝土浇筑。

在盾构掘进过程中，本发明在钢筋捆扎区进行钢筋绑扎后，利用模板拆装机完成模板拼装，再进行混凝土浇筑，依次进行13次的模板拼装和浇筑，等第1次浇筑的混凝土达到强度后用模板拆装机进行拆模，并且将拆卸下的模板运输到前方进行第14次的拼装和浇筑，如此循环，整个过程都不影响盾构施工所需物资的运输，达到同步施工的目的，施工效率大大提高。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。