适用于圆形含钢内衬隧道的衬砌施工设备及方法与流程

本发明是属于隧道衬砌施工领域，具体涉及适用于圆形含钢内衬隧道的衬砌施工设备及方法。

背景技术：

国内对于带钢内衬的圆形隧道衬砌施工方法较多，常见的有采用“散拼钢内衬分次浇筑衬砌”、“钢管组焊专机组圆+浇筑衬砌”等。

散拼钢内衬分次浇筑衬砌，在隧道衬砌施工过程中，通常将上半圆和下半圆分次浇筑，人工对钢内衬进行焊接，钢内衬内部搭设钢管支撑，利用钢内衬作为钢模，进行砼衬砌施工，施工过程中无需大型设备，但是人工焊接钢内衬质量难以保证，且支架需要反复搭拆，施工速度慢。

钢管组焊专机组圆+浇筑衬砌，常用于无衬砌钢筋圆形钢内衬隧道施工，钢管组焊专机在洞尾进行钢管组圆，并利用钢内衬运输小车将钢内衬运送到指定位置，进行定位安装，在钢内衬内部采用钢管支撑，利用钢内衬作为钢模，进行砼衬砌施工，该方法钢管组圆施工质量有保证，但是若遇到带钢筋的衬砌，则较难施工。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本发明提供了适用于圆形含钢内衬隧道的衬砌施工设备及方法，通过此方法提高了钢内衬焊接质量，加快了衬砌施工速度，进而扩大常用施工方法的适用范围，解决了在空间受限条件下的带钢内衬隧道衬砌的施工难问题。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：适用于圆形含钢内衬隧道的衬砌施工设备，它包括铺设在隧道底部的轨道，所述轨道上通过滚动配合安装有用于输送瓦片的喂料小车，所述隧道内部布置有主梁承重桁架，所述主梁承重桁架的顶部通过滚动配合安装有钢内衬运输小车，所述喂料小车的输送末端设置有用于对钢内衬分片瓦片进行组装焊接的组焊专机装置。

所述主梁承重桁架的底部分别安装有用于对其进行支撑的前支腿、中支腿和后支腿；所述前支腿和中支腿支撑在待浇筑的隧道衬砌段，所述后支腿支撑在已浇筑的隧道衬砌段。

所述组焊专机装置包括组焊专机转动电机，所述组焊专机转动电机的转轴上通过组焊专机撑杆支撑安装有钢管组焊专机。

所述主梁承重桁架的外部与钢内衬之间设置有用于对其进行支撑调节的主梁承重桁架油缸。

所述主梁承重桁架的外围设置有人工作业的悬挑平台。

采用任意一项所述用于圆形含钢内衬隧道的衬砌施工设备的施工方法，它包括以下步骤：

步骤1：钢内衬瓦片的前期准备；

步骤2：在结构组装前做好结构及移动的整体规划设计，并在后场按设计要求加工好各个部件，然后根据施工组织安排及本设备的操作需求，合理规划设置支腿基础，并按照整体规划安装轨道；

步骤3：拼装组焊专机装置和多功能针梁台车结构，并利用多功能针梁台车作为钢筋绑扎平台，进行第一至三个节段的衬砌钢筋绑扎施工；

步骤4：利用喂料小车将瓦片依次运送至钢管组焊专机下方，并进行第一节段组圆施工，并采用埋弧自动焊接方式进行钢内衬瓦片间纵缝焊接；

步骤5：待第一节段钢内衬组圆完成之后，将前支腿抬起，利用喂料小车将已经组好的第一节段钢内衬，运送至钢内衬运输小车处；

步骤6：利用钢内衬运输小车将第一节段钢内衬，通过主梁承重桁架，运送至指定位置，通过钢内衬运输小车的液压装置，进行钢内衬节段的空间调节定位；

步骤7：利用主梁承重桁架油缸，对已经定位的第一节段钢内衬进行顶紧；

步骤8：重复步骤4~7，进行第二、三节段的钢内衬组圆和定位施工，并人工进行相邻钢衬砌环缝焊接；

步骤9：进行隧洞衬砌的浇筑施工。

所述步骤1的具体操作为，根据隧道衬砌的结构尺寸，对钢内衬进行合理分段，并对瓦片进行划分；然后按照设计要求通过设备完成瓦片的加工。

所述步骤9的具体操作为：

步骤9.1：封堵混凝土衬砌端头模板，进行衬砌混凝土浇筑施工；

步骤9.2：待混凝土强度满足设计要求后，拆除端头模板，并放松主梁承重桁架油缸，并收紧；

步骤9.3：将整个结构移动至下个施工节段，然后进行后续施工，即可实现钢内衬和衬砌混凝土的快速施工。

本发明有如下有益效果：

该发明所述结构简单、可靠、操作方便，所述施工方法经济高效，提高了钢内衬组圆焊接质量，同时加快了衬砌混凝土施工速度，解决了空间狭小，衬砌钢筋与钢内衬施工过程中干涉较多的问题。对于空间狭小，含钢内衬的圆形隧道混凝土衬砌施工的工作效率可产生显著效果。

安全：该方法所述结构作为衬砌混凝土的支撑系统，受力明确，结构简单。在钢内衬移动至指定位置后，通过自锁装置，将整个钢内衬进行固定，保证施工过程中，整体的稳定性。

经济：该方法针对带钢内衬的圆形隧道混凝土衬砌施工的情况，具有较强的适用性，既能够加快组圆拼装的时间，保证焊接质量，又能避免投入过多的设备，减少人工使用量，能够较大幅度的降低施工成本。

适用范围广：既可用于有衬砌钢筋的钢内衬圆形隧道混凝土衬砌施工，也可用于无衬砌钢筋的钢内衬圆形隧道混凝土衬砌施工，均有较强的适应能力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明钢管组焊专机和多功能针梁台车纵断面图。

图2为本发明钢管组焊专机横断面图。

图3为本发明主梁承重桁架横断面图。

图4（a）（b）（c）（d）（e）（f）为本发明钢内衬拼装施工的第一阶段过程示意图。

图5（g）（h）（i）（j）（k）（l）为本发明钢内衬拼装施工的第二阶段过程示意图。

图中：轨道1、喂料小车2、钢管组焊专机3、前支腿4、中支腿5、后支腿6、钢内衬运输小车7、主梁承重桁架8、组焊专机撑杆9、组焊专机转动电机10、主梁承重桁架油缸11、衬砌混凝土12、钢内衬13、悬挑平台14。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-3，适用于圆形含钢内衬隧道的衬砌施工设备，它包括铺设在隧道底部的轨道1，所述轨道1上通过滚动配合安装有用于输送瓦片的喂料小车2，所述隧道内部布置有主梁承重桁架8，所述主梁承重桁架8的顶部通过滚动配合安装有钢内衬运输小车7，所述喂料小车2的输送末端设置有用于对钢内衬分片瓦片进行组装焊接的组焊专机装置。通过上述的施工设备，能够用于隧道内含有钢内衬的衬砌施工，进而提高钢内衬焊接质量，加快衬砌施工速度。

进一步的，所述主梁承重桁架8的底部分别安装有用于对其进行支撑的前支腿4、中支腿5和后支腿6；所述前支腿4和中支腿5支撑在待浇筑的隧道衬砌段，所述后支腿6支撑在已浇筑的隧道衬砌段。通过上述的支撑腿布置结构，保证了后续能够借助钢内衬运输小车7对已经组装好的钢内衬进行输送，进而使其输送到指定位置，最终方便了其对接。

进一步的，所述组焊专机装置包括组焊专机转动电机10，所述组焊专机转动电机10的转轴上通过组焊专机撑杆9支撑安装有钢管组焊专机3。通过上述的组焊专机装置能够实现钢内衬13瓦片纵缝的自动焊接。进而实现其钢内衬的组圆操作。

进一步的，所述主梁承重桁架8的外部与钢内衬13之间设置有用于对其进行支撑调节的主梁承重桁架油缸11。通过主梁承重桁架油缸11能够方便的对钢内衬13的空间位置进行调节，进而保证了后续的衬砌浇筑精度。

进一步的，所述主梁承重桁架8的外围设置有人工作业的悬挑平台14。通过采用上述结构的悬挑平台14能够方便作业人员对主梁承重桁架油缸11进行控制调节，进而保证了钢内衬的空间定位精度。

实施例2：

参见图1-5，采用任意一项所述用于圆形含钢内衬隧道的衬砌施工设备的施工方法，它包括以下步骤：

步骤1：钢内衬瓦片的前期准备；

步骤2：在结构组装前做好结构及移动的整体规划设计，并在后场按设计要求加工好各个部件，然后根据施工组织安排及本设备的操作需求，合理规划设置支腿基础，并按照整体规划安装轨道1；

步骤3：拼装组焊专机装置和多功能针梁台车结构，并利用多功能针梁台车作为钢筋绑扎平台，进行第一至三个节段的衬砌钢筋绑扎施工；

步骤4：利用喂料小车2将瓦片依次运送至钢管组焊专机3下方，并进行第一节段组圆施工，并采用埋弧自动焊接方式进行钢内衬瓦片间纵缝焊接；

步骤5：待第一节段钢内衬组圆完成之后，将前支腿4抬起，利用喂料小车2将已经组好的第一节段钢内衬，运送至钢内衬运输小车7处；

步骤6：利用钢内衬运输小车7将第一节段钢内衬，通过主梁承重桁架8，运送至指定位置，通过钢内衬运输小车8的液压装置，进行钢内衬节段的空间调节定位；

步骤7：利用主梁承重桁架油缸11，对已经定位的第一节段钢内衬进行顶紧；

步骤8：重复步骤4~7，进行第二、三节段的钢内衬组圆和定位施工，并人工进行相邻钢衬砌环缝焊接；

步骤9：进行隧洞衬砌的浇筑施工。

所述步骤1的具体操作为，根据隧道衬砌的结构尺寸，对钢内衬进行合理分段，并对瓦片进行划分；然后按照设计要求通过设备完成瓦片的加工。

所述步骤9的具体操作为：

步骤9.1：封堵混凝土衬砌端头模板，进行衬砌混凝土12浇筑施工；

步骤9.2：待混凝土强度满足设计要求后，拆除端头模板，并放松主梁承重桁架油缸11，并收紧；

步骤9.3：将整个结构移动至下个施工节段，然后进行后续施工，即可实现钢内衬和衬砌混凝土的快速施工。