本发明涉及一种采用隧道开挖保护法的混凝土隧道衬砌及其制造方法和制造设备，适用的隧道直径约1.5米到7.0米; 围绕直径为若干米的隧道内表面铺设隧道衬砌通常使用混凝土拼装段、混凝土砌块以及类似材料制成。
采用隧道开挖保护法的隧道衬砌需要的功能是外表面需要与保护机器紧密接触来防止水渗透。
换言之，隧道衬砌的外周面一定要有良好的尺寸精度，高水密性和光滑的表面光洁度。这种衬砌可制成分开的拱形板，然后在工作现场组装成圆柱形。所以，相邻衬砌间连接部分必须具有高水密性。为提高水密性，隧道衬砌的连接表面由设置有相互接合的凸台和凹槽。
拱形板状的混凝土衬砌的传统制造是采用把钢筋或联接器安装在固定模板中的方法，这样隧道衬砌的外周面就成为混凝土的上表面，再把混凝土注入模板中，用振动器压实混凝土，于是混凝土衬砌就在混凝土上表面手工制造完了。
另一方面，还可以采用在离心式造型滚筒中进行模板成形的已知制造方法，滚筒内径要与隧道衬砌外径相等，在滚筒内注入混凝土，因此离心地造型拱形板状的隧道衬砌。
采用离心造型制造出的隧道衬砌，在其外径部分被压实的混凝土具有优良的特性，较高尺寸精度和光洁表面，以及优良的水密性。然而，在相邻隧道衬砌间地连接部分还不是很理想。
即，在制造拱形板状隧道衬砌时，隧道衬砌外圆周边缘表面设置的凸台或凹槽不是很精确成形，在混凝土表面上产生蜂窝表面。此外，由于模板内表面和混凝土的连接表面处有旋转惯性力的存在，在离心造型滚筒旋转方向的顺流边产生了微隙，从而导致了在混凝土表面出现水程的问题。衬砌圆周边缘的端面与模板内表面相连接，成为相邻衬砌的连接面，通常把这个联接面制成凸台-凹槽接合连接。在恶劣条件下，有凸台-凹槽接合联接部分产生断裂的危险，作为混凝土衬砌的最重要的一个因素的水密性也就丧失了。
本发明研究了一种工艺，就是把隧道衬砌分成具有适当尺寸的几个拱形部分并进行离心造型，从而特别地提高了上述连接表面的水密性，进一步有效地制造出高质量的隧道衬砌，在外圆周面和相邻表面的精度特别优良。
本发明的一个目的在于提供一种适用于隧道开挖保护法的隧道衬砌，此种衬砌具有精确圆环的，极度光滑的外圆周面并具有高强度。
本发明的另一个目的在于提供一种有效地简便地制造高质量隧道衬砌的方法。
本发明的进一步目的在于提供一种在隧道衬砌圆周方向上施加预应力的构制方法以及采用这种结构的设备。
本发明的更进一步目的在于提供一种把分开的衬砌置于离心式造型滚筒内制造出类似隧道衬砌的拱形板的方法。
本发明的一个特别的目的在于在每一离心混凝土衬砌的外圆周面边缘，构成具有高尺寸精度和紧密形状的凹槽的或突台的部分，特别要制成高质量的紧密混凝土，用以防止在离心式造型混凝土衬砌旋转方向顺流边上模板内表面连接部分产生水程。
本发明的另一个特别的目的在于提供一种制造大外径隧道衬砌的工艺，制造这种衬砌所使用的离心式造型滚筒的直径小于所制造的隧道衬砌的外径。
本发明的进一步特别的目的在于提供一种在用于制造混凝土衬砌的离心式造型滚筒中安装/拆卸离心式造型模板的设备，它包括一种简单且确定的模板支撑设备。
本发明的另一更进一步特别的目的在于提供一种用于从离心式造型滚筒中安装和拆卸模板的辅助传动装置。
本发明的额外目的在于提供一种易于对比传统隧道衬砌直径大的隧道衬砌进行离心造型的工艺。
为达到上述目的，本发明的工艺设备将描述如下：
本发明的隧道衬砌包括一种由直衬砌和锥形衬砌组成的环形连接体，每个直衬砌展开后为矩形，每个锥衬砌为梯形。
上述隧道衬砌最好包括两个直衬砌，每个中心角为90°，两个单锥形衬砌，每个平均中心角为（90°-α）;和一个双锥形衬砌，平均中心角为2α。这就使标准减化，在隧道内易于铺设，并便于制造。此外，隧道衬砌展开后，其平均中心角是指对应于梯形上下边的中心角的算术平均值，此外，α是小于90°的任意角，最好选为10°左右。
在本发明的隧道衬砌中最好使用凸台-凹槽接合连接以得到外圆整体连接和环-环整体连接，从而提高了绝水效果。
相邻衬砌间的连接部分装有一种座，为把衬砌的内圆周与外圆周隔开，其中放入条形密封材料，一种啮轧装置用于压紧密封材料，从而有可能确保良好的水密性。
根据本发明，提供了一种构制带有预应力混凝土隧道衬砌的方法，其步骤如下：
在每一拱形衬砌中沿圆周方向埋入未砌合的PC钢材（用于预应力混凝土的一种钢丝或条钢），设置开口使得未砌合的PC钢材的端部从开口暴露在衬砌的内表面;把衬砌组装成圆柱形;连接PC钢材呈环形;拉紧PC钢材以便向衬砌圆周方向施加预应力。
适用于实现上述方法的本发明的设备，包括：
（a）一种锯齿形套筒，由径向可伸长的弹性材料组成，它可以围绕PC钢材的端部从外面插入，
（b）一种环形联接器，其内锯齿部分与外锯齿部分双面啮合，
（c）一种支撑装置锁装在套筒上，用于把PC钢材的两端相互拉到一起，并把套筒固定在连接器中。
本发明提供了一种制造隧道衬砌的方法，包括：把衬砌的一个圆周分成n个，每个具有任意弧长，并为（n-1）个模板的几种组合作准备，在离心式造型滚筒内可配置几种模板的组合，从而离心地造型出衬砌。
本发明提供了一种制造离心式造型混凝土衬砌的方法，包括步骤：把拱形密闭中空模板固定在拱形侧板一端高另一端低的位置;从上端处模板灌注混凝土;用振动器使灌注的混凝土加快下流并振动压实混凝土;把备用的模板固定在离心式造型滚筒中;用离心力固结混凝土;从离心式造型滚筒中取出模板，同时也取出成形板，每个板在模板拱形内表面侧，用以完成混凝土拱形内表面;并对混凝土进行养护。
本发明提供了一种用于制造离心式造型混凝土衬砌的设备，包括：一离心式造型滚筒;许多分开衬砌模板，每个模板为中空拱形，可拆卸地安装在滚筒中，其中每块分开的模板为封闭模板，它包括一拱形外平板，一拱形内平板，两块矩形侧板和两块拱形侧板;拱形内平板有一框架状的分型面，它绕模板内表面具有特定的高度;一可封闭的混凝土进料口设置在矩形侧板附近，一空气通风气孔设置在另一矩形侧板附近。
本发明的离心式造型混凝土衬砌的制造方法还包括反向转动离心式造型滚筒的步骤。
根据本发明，提供一种制造离心式造型隧道衬砌的方法，包括步骤：把分隔成拱形的衬砌模板固定在离心式造型滚筒中，滚筒的直径比要制造的隧道衬砌外径小;向离心式造型的模板灌注混凝土;离心式压实混凝土并把模板从离心式造型滚筒中取出;除去灌注在分开衬砌内径面上放置的混凝土的多余厚度。
本发明的基本想法是为每个模板提供足够的硬度以使其固定在离心式造型滚筒中。即根据本发明，提供了一种用于制造离心式造型隧道衬砌的模板，包括一拱形底板，其背面装备有为底板提供硬度的加强筋;模板于此独立成形，且许多模板固定在离心式造型滚筒的内表面上。
本发明提供了一种安装/拆卸造型模板的设备，造型模板用于在离心式造型滚筒中制造混凝土衬砌，包括：凸台，设置在拱形混凝土衬砌模板的两端部外表面，拱形混凝土衬砌模板固定在离心式造型滚筒内;L形钩与凸台相接合，用于支撑在滚筒内壁的模板，L形钩要整个穿过滚筒壁;一种杆机构，设置在滚筒外，用于使L形钩与凸台接合和分离。
根据本发明，提供了一种离心式造型混凝土衬砌的设备，包括：与传动设备相啮合的从动边，传动设备安装在用于混凝土衬砌制造的离心式造型滚筒直径外;一种辅助传动装置，用于低速旋转，包括主动边传动设备与从动边传动设备相啮合;这里的辅助传动装置可相对于离心式造型滚筒前后移动。
本发明提供一种用制造隧道衬砌的方法，其步骤为：在离心式造型滚筒中可拆卸地安装分开的大量拱形衬砌的封闭中空模板，滚筒绕垂直中心轴旋转;并且离心地造型出衬砌。
根据本发明，提供了一种组合的隧道衬砌，包括：用构成大量拱形底板和立于每个底板四周的侧壁的钢箱或FRP（纤维-增强塑料）箱，这里的箱子注满了混凝土。
图1（a）和1（b）是本实施例的隧道衬砌视图，图1（a）是横截面剖视图和图1（b）是纵截面剖视图;
图2是本实施例的隧道衬砌的展开图;
图3（a）和3（b）是本实施例的隧道衬砌的正视图;
图4（a）到4（d）用于解释本实施例的直衬砌;
图5是本实施例隧道衬砌环之间的连接部分结构的局部剖视图;
图6是本实施例隧道衬砌圆周联接部分的局部剖视图;
图7是本实施例的隧道衬砌环之间连接部分结构的局部剖视图;
图8是本实施例的直衬砌圆周连接部分的局部剖视图;
图9是图8中沿C-C线剖视图;
图10是图8所示一个单锥形衬砌和一个双锥形衬砌之间连接部分的视图;
图11是本实施例的隧道衬砌结构的正视图;
图12是用来解释本实施例的PC钢端部结构的视图;
图13是图12沿C-C线的剖视图;
图14是图12沿D-D线的剖视图;
图15是用来解释本实施例的支撑装置的运转视图;
图16是本实施例的在离心式造型滚筒中衬砌配置的展开图;
图17是本实施例的配置标准视图;
图18是隧道衬砌的展开;
图19是根据本实施例把衬砌模板安装在用于混凝土衬砌的离心式造型滚筒后的正视图;
图20是本实施例的混凝土衬砌模板的侧视图;
图21（a）到21（c）是本实施例的拱形内平板视图;这里，图21（a）是平面图，21（b）是侧视图，图21（c）是正视图;
图22是根据实施例把衬砌模板安装在用于混凝土衬砌的离心式造型滚筒后的正视图;
图23是根据实施例用于混凝土衬砌的离心式造型滚筒的展开;
图24是一种振动激励器和混凝土供给设备的侧视图;
图25是振动激励器和混凝土供给设备的正视图;
图26是混凝土供给设备的平面图;
图27是本实施例的大直径隧道衬砌的横断面剖视图;
图28是用来解释除去隧道衬砌的多余厚度的过程;
图29是本实施例的纵截面剖视图（模板支撑机构的侧视图）;
图30是图29的局部放大图;
图31是本实施例的滚筒的正视图;
图32是滚筒的侧视图;
图33是辅助的动力源设备的平面图;
图34是本实施例用于隧道衬砌的离心式造型滚筒的模板的平面图;
图35是另一实施例的隧道衬砌结构的剖视图;
图36（a）和36（b）是图35的隧道衬砌处于装配状态的视图;图36（a）是正视图，图36（b）是纵断面剖视图;以及
图37是本实例隧道衬砌的连接构件的结构剖视图。
本发明的隧道衬砌可分成若干部分，它们可以很容易通过离心式造型进行制造，并且也容易组装成形。也就是说，隧道衬砌包括具有环形连接体的直衬砌和锥形衬砌，每个直衬砌沿圆周方向展开为矩形，锥形衬砌分别展开为梯形。例如，它包括两个分别具有中心角为90°的直衬砌，两个分别具有平均中心角大约为80°的单锥形衬砌，以及一个具有平均中心角大约为20°的双锥形衬砌。
图1（a）和1（b）是根据本发明实施例的隧道衬砌10的视图，图1（a）是图1（b）中沿A-A线的剖视图，图1（b）是图1（a）中沿B-B线的剖视图。如图1（a）所示，本实施例的隧道衬砌10是直衬砌12单锥形衬砌14和双锥形衬砌16的环形连接体，直衬砌12的中心角β为90°，单锥形衬砌14的平均中心角r为80。235°，双锥形衬砌16的平均中心角δ为19，343°。这种衬砌的内径φ为2500mm，外径φ为2750mm厚度为125mm，以及纵长为1200mm，图1（b）为圆柱形衬砌，其中环10a、10b、10c相互接合，并且适于沿箭头60的方向推进。
图2是环10a和10b的内表面的展开，在如图的这些展开中，直衬砌12的尺寸为1200mm（宽）×1963.5mm（长）;单锥形衬砌14的尺寸为1200mm（宽）×1852.5mm（长边）×1652.5mm（短边）;以及双锥形衬砌16的尺寸为1200mm（宽）×622.0mm（长边）×222.0mm（短边）。在图2中，箭头60指的是推进方向。
图3（a）是从图1（a）和1（b）中的推进方向（箭头60）后面观察到的环10a;图3（b）是从相同方向观察到的环10a后面的环10b。双锥形衬砌16依次分别配置在环10a和10b中，为对称放置，并相应于纵轴倾斜中心角θ＝22.5°。
图4是直衬砌12的详图，（a）是环的端面，（b）是内表面，（c）是左端面，（d）是右端面，圆周边侧面18，20，22和24带有凸台或凹槽，以便以凸台一凹槽接合连接方式连接相邻的衬砌。此外，直衬砌12还带有便于联接螺栓插入的凹口30，以及使联接螺栓拧在插入物32上。
在本发明中的隧道衬砌中，凸台一凹槽接合连接用作为圆周连接和环-环连接，这样相邻的衬砌可以很容易地相互连接在一起。使用凸台-凹槽接合连接的这种结构也可以有效地防止水渗透。此外，衬砌的圆周边缘侧面部分，也就是，相邻衬砌的连接部分还设置有一个座，其上安装一种条形密封材料用以把衬砌的内圆和外圆分隔开来。这样，通过把密封材料放入座内部，并且通过联接螺栓压紧和粘合密封材料，从而才有可能确保获得较为优良的水密性。
图5是环10a和10b之间连接部分的结构图。凹陷部分34和突起部分36彼此相反地构成。这样使环10a和10b能够以凸台-凹槽接合连接方式很容易地连接。此外，环10a和10b都分别设置有一个座40，其上填入了作为密封件的橡胶充填物38。图6是单锥形衬砌14和双锥形衬砌16之间的圆周连接部分的结构。在该图中，42和44指的是用于凸台-凹槽接合连接的凹陷部分和突起部分;46是橡胶充填物;48是座。图7是环10a和10b之间的连接构件。联接螺栓52拧紧且固定在插入物32上。插入物32固定在钢筋条钢50上。54是联接螺栓的头部，56是鞘管，凹口30和鞘管56因用于安装联接螺栓应预先制出。图8是两个直衬砌12之间的连接部分;图9是图8中沿C-C线的剖视图;图10是单锥形衬砌14和双锥形衬砌16之间的连接部分。在这些视图中，相同的数字指的是相同的部分。
图11是隧道衬砌，在这里把许多衬砌组装成环形，同时也产生了预应力。PC钢材70由未砌合的PC钢材组成。在注入混凝土时，将未砌合的PC钢材埋入每个衬砌10中。
未砌合PC钢材必须受表面处理，以防止与混凝土相粘连。例如，在外表面上铺上合成树脂套，纸或其他类似材料;或涂上润滑剂。本发明中的PC钢材的例子还可以是PC条钢和PC钢丝。
PC条钢的尺寸和安排的设计根据隧道衬砌的说明书和被埋入的地点的条件而有所不同，这一点是没有限制的。然而，对于外径2到3米以及纵向尺寸约为1到1.5米的隧道衬砌来说，通常需要将一个或两个PC条钢或钢丝与钢筋框架相结合。
如图11所示，在相邻衬砌10的联接端面74内的PC钢材的端部通过连接器76而相互连接，连接器76设在衬砌内部的开口72内。其中一个开口72用于对连接的PC钢材施加预应力。换句话说，PC钢材被连接成环形，并且由此被拉紧而产生了作用于隧道衬砌的周向预应力的开口72。暴露在开口72中的未砌合PC钢材70的端部和固定的连接器以纵截面表示。
将由径向可伸长的弹性材料制成的锯齿形套筒78围绕未砌合的PC钢材70端部从外部插入。图13是图12中沿线C-C的横截面剖视图，其中套筒78为环形，带有的圆周截取部分。套筒78通过一个垫圈80和一个螺母82固定在PC钢材70的端部。锯齿部分的外表面与固定连接器86的内表面锯齿部分相啮合。图14是图12中沿D-D线的剖视图。支撑设备（未视出）的夹紧装置84锁定在套筒78的后端，同时使套筒向前而进入连接器86。当套筒78的外表面的一个锯齿沿着连接器的内表面的一个锯齿面滑动时，其外径被压得缩小了。当与下一个锯齿啮合时，外径伸长，两个锯齿部分的相互啮合就象棘爪和棘轮之间的啮合一样。图15说明是通过支撑装置把PC钢材的端部相互拉近而产生了用于安装的预应力的过程。由带有臂92的撑柱94组成的支撑装置为H形条钢，其柱脚可以开/合。H形条钢锁定在套筒78的后端并沿箭头90的方向把PC钢材70相互拉近，套筒78固定在连接器86内，且套筒78在连接器86内与PC钢材端部相固定。
在本实施例的具有预应力的混凝土隧道衬砌的结构中，预应力从衬砌内面，作用于环形PC钢材，这样就形成了坚硬的隧道衬砌。
在具有预应力的混凝土隧道衬砌中，预应力沿圆周产生，这样，当隧道衬砌被施加纵向载荷时，可能使预应力与弯曲力矩的载荷分布相平衡，以便增加强度，并且提高了连接部分的水密性。根据本发明的这种结构，预应力易于产生的隧道衬砌是可以制造的。此外，本发明的结构还可以使用本发明的固定机构和固定支撑装置而很容易地完成。
在通过离心式造型制造的隧道衬砌中，离心式造型成形滚筒的内径与隧道衬砌的外径相等。沿圆周方向把隧道衬砌分成象衬砌似的拱形板。这种分开的衬砌沿轴向被设计成用于组装的锥形，并且通常不是相同的形状。所以，通过离心式造型滚筒制造的衬砌具有不同的形状，这需要通过在滚筒中适当的配置模板，而使制成的具有不同形状的衬砌的形状，既不能太多也不能太少。
在本发明中，沿圆周方向把隧道衬砌分成n个衬砌，其（n-1）个放置在成形滚筒中。这样，可以通过准备n种上述的隧道衬砌而获得上述需要。此外，（n）是任意整数。为了便于制造，下述为适宜条件：即，<n>是5;一个衬砌的弧长至少为1/4弧或小些;把滚筒分为上下两部分：将两个衬砌配置在滚筒的上下部分。
图16是离心式造型成形滚筒的展开图，其中放置了上述五个衬砌中的四个。在本图中，衬砌A和K配置在上滚筒100a中，两个衬砌B放置在下滚筒100b中。这样，可选择如表1所示的1至5种不同的组合。
表1
组合种类 上滚筒 下滚筒
1 A，K B，B
2 A，K B，B
3 A，K A，B
4 A，K A，B
5 A，B A，B
通常，当使用具有不同形状的五个衬砌时，需沿圆周把隧道衬砌分成C、D、E、F和G五个衬砌，其中每一个具有任意弧长而不超过1/4弧长，并且可按如表2所示相互组装。
表2
组合种类 上滚筒 下滚筒
1 C，D E，E
2 C，D E，G
3 C，D F，G
4 F，E F，G
5 C，D F，G
图17是隧道衬砌的安排的标准视图，是从滚筒的端面观察到的。其中衬砌按表2配置在滚筒中。此外，在表2的配置中，这五种模板分别可通过准备具有衬砌（C，D）和（F，G）的上滚筒中的两个以及具有衬砌（E，E），（E，F）和（F，G）的下滚筒的三个而实现，并且上下滚筒的组合可以改变。
此外，通过在设计中选择合适的隧道衬砌弧长，可以把模板配置在用于制造衬砌（C、D、E、F）的二种滚筒模板中和用于制造大量衬砌（G）的滚筒模板中。同时，为提高效率，可以缩短衬砌（G）的弧长。
本发明的隧道衬砌的制造过程将描述如下。（a）每一拱形封闭中空模板都需注满混凝土，并用振动激励器进行振动压实。同时，当把每个拱形侧板的一端放置的高，另一端低的位置时，振动压实才可实施。这样，在一个矩形端面和两个拱形侧面的混凝土被紧密压实在模板内面，从而防止由于在后面过程中的离心力一挤压而产生的惯性力所形成水程的产生。（b）在混凝土尚未硬化的情况下，把每个密封中空模板固定在离心式滚筒中，并以加速度在20到25G（G：重力加速度）的离心力进行压实。
同时，把模板固定在离心式造型滚筒中，这样在上述振动压实工作中处于上边的矩形侧板位于离心式造型滚筒旋转方向的上流一边。通过离心力的作用，使混凝土衬砌的拱形外侧面固结并把水挤压在内侧面。此外，在旋转方向上流边的上述矩形端面被紧密造型。这是由于在拱形板状混凝土衬砌的离心式造型中，惯性力使混凝土的旋动阻碍了转动滚筒的旋转，这样就使混凝土沿旋转方向移到上流一边并沿旋转方向在上流边端面紧固。由于在上述过程（a）中其它三个表面都被紧密造型，因而所有端面都可以精确地造型。把混凝土与拱形内平板分开而形成了缝隙，水则经由这些缝隙而被挤压。
（c）从离心造型滚筒中取出每块模板，并把拱形内平板移出进行修整而精加工混凝土衬砌的拱形内表面。然后混凝土衬砌进行养护。
本发明的设备完全适于实施本发明的方法，它包括一种离心式造型滚筒和可拆卸地安装在离心式造型滚筒中的许多分开的封闭中空模板。封闭中空模板是一块拱形外平板，一块拱形内平板，两块拱形侧板和两块呈矩形的侧板的组合体。这种模板易于拆开从而易于从中取出混凝土产品。模板外表面有一种固定机构可使模板强行固定在离心式造型滚筒上。拱形内平板可以分别单独从上述可拆卸机构中取出。此外，在拱形内平板上，一矩形侧板附近设置一个可封闭的混凝土进料口。
用于实现上述制造方法的过程（a）的设备包括一种振动激励器和混凝土供给设备，其中当把拱形侧板放置为一端高一端低的位置时，振动激励器用于激励拱形密封中空模板，混凝土供给设备在振动激励器上方移动为在封闭中空模板中供给混凝土，这种设备适于在把拱形封闭中空模板安装在离心式造型滚筒中之前精确造型出混凝土衬砌的端面。
图22是本实施例的混凝土衬砌离心式造型滚筒的正视图，图23是滚筒的内表面的展开。拱形混凝土衬砌模板200a、200b、200c、和200d固定在旋转滚筒的罩102内;图19是离心式造型滚筒的正视图，图20是模板200a的侧视图。用于制造拱形板状混凝土衬砌的模板200a的侧视图。用于制造拱形板状混凝土衬砌的模板200a是压紧的弧形密封中空箱，它包括一底板204，矩形侧板206，拱形侧板208和一内平板210。通过固定构件212把模板200a可拆卸地安装在离心式造型筒罩102上。拱形内平板210由固定装置可拆卸地安装在侧板206和208上，其上有混凝土进料口216（见图20）通过铰链结构开/关挡板214可以封闭混凝土进料口216。混凝土进料口216设置在一个矩形侧板旁边，这样，当进料口216处于模板200a上面位置时，就可向模板200a灌注混凝土。空气通风孔200设置在拱形内平板210的另一端，以提高效率并确保灌注。混凝土进料口216和空气通风孔220的形状，开/关机构和封闭机构由于上述铰链结构的不同而不同。
图21（a）、21（b）、21（c）表示拱形内平板210。图21（a）是平面图，图21（b）是侧视图，图21（c）是正视图。具有规定高度的框架状凸台222设置在侧板206和208之间的连接表面上，侧板206和208在模板内平板上绕着拱形内平板210。凸台222的上表面相对于侧板206和208的顶端构成分型面224。分型面224的高度与一个间隙的高度基本上相等，把注入模板内的混凝土进行离心压实，并使其于外径一边固结。这时，在内径一边的混凝土表面与拱形内板210相分离，于是形成了这个间隙。即，在离心式造型之后，接着把拱形内平板210取出并把混凝土的表面进行修衬之后，当把模板200a从离心式造型滚筒罩102中取出时，侧板206和208的上缘就成为最终尺度。通过离心式造型，混凝土紧密固结在外圆周面，水被挤压在内圆周面，其形成不规则表面。将不规则壁面进行修补，混凝土衬砌须经过水流养护。
参见图24，25和26是把混凝土灌注在模板200a中并进行混凝土的压实的过程，其设备将描述如下。如图所示，在这一过程中模板200a固定在振动激励器230上，从混凝土供给设备260向模板200a中灌注混凝土，以便进行振动压实。
振动激励器230带有底座232，模板200a就固定在底座232上。底座232的一端由柱234支撑，另一端由248支撑，以便沿竖直方向运动。例如，端部248固定在升降机250的绳子前沿。底座232与振动器246装配在一起，通过柔性支撑体240和242由支撑架236和238支撑，柔性支撑体可以是弹簧，气垫弹簧和橡胶用以提高激励效果。混凝土供给设备260包括给料斗262和螺旋给料机264，它们通过支柱270安装在振动激励器230的上方。给料斗262可沿着铺在框架268上的导轨由导轮266前后移动，并向在模板200a上的混凝土进料口216供给混凝土。下端带有导轮272的立柱270可以接近振动一激励器230a的上方位置移动。所以，振动激励器230和230a可以相互替换的运行。
如图24虚线所示（双点划线）当混凝土供给设备260处于振动激励器230上方的备用位置时，振动激励器230的底座232基本上处于水平位置（底座232′）。
模板200a′通过起重机或类似装置固定在基本上处地水平位置的底座232′上，升降机250向下运行而使底座232′的端248′下降到端部248的位置。同时，底座232一端绕柱234转动，一端由柔性体240支撑着。
混凝土供给设备260移到振动激励器230上方，模板200a的挡板214的打开以便让从进料口216供给混凝土。然后，关闭挡板214，驱动振动器246以便加速混凝土的装料并压实混凝土。同时，模板200a的下端面和侧面被紧密压实。压实之后，升降机250使底座232返回到基本水平位置。然后由起重机或类似装置把模板200a吊起送入滚筒模板的适当位置，并固定在离心式造型滚筒中，然后进行离心式造型处理。
如图22所示，灌注在模板200a的混凝土受到与离心式造型滚筒100的旋转方向150相反的沿箭头152方向的惯性力的作用，沿旋转方向方向150在上流一边，这个惯性力把与模板200a的侧板206相邻接的混凝土压实。用于构成密封槽的凸台或凹槽设置在侧板206的内表面，于是这部分的混凝土表面被精确地形成。如上所述，在灌注混凝土之后其它三个端面直接进行振动压实，从而形成了精确的端面。这样，混凝土衬砌的所有圆周端面都精确地完成了。
根据本发明，制造的拱形混凝土衬砌的圆周（外径：2.5米、厚度：0.125米、轴向长度：1.2米），可分为不等的五部分。
如图24所示，组装好的模板200a固定在振动激励器230的底座232上。同时，模板200a放置的位置是拱形侧板一端位于上面，而其另一端位于下面。因而，从混凝土进料口216供给混凝土，以灌注模板200a。
如下是混凝土的配料：
水泥量：350到450kg/m3
水泥含水率：30-40%
粗集料：粉碎石（15mm）800到100kg/m3
细集料：Minano-生产的粉碎沙
含沙量：40到55%
坍落：3至7cm
掺和剂：150到230kg/m3
水还原剂：6到10kg/m3
操作驱动振动激励器230进行振动压实。然后，把模板固定在离心式造型滚筒100上进行离心式造型。
下面是离心式造型的实施。
低速（离心力加速度：4G）：1min
中速（离心力加速度：8G）：3min
中速（离心力加速度：14G）：3min
高速（离心力加速度：20-25G）：10min
接着，合成的混凝土衬砌必须经过高温水蒸气养护再从模板中移出。详细地观察制成的混凝土衬砌的混凝土，结果几乎找不到缺陷，精确地最终完成外表面和圆周表面，并且外观也很漂亮。
此外，如上所述处于高速旋转（20-25G）情况的压实过程中，通过反转模板滚筒的旋转方向来消除混凝土的移动，这种移动是由于相对于离心式造型滚筒旋转的惯性力而产生的。所以，不会一点儿缺陷也没有，例如，在一个端面上的水程。
根据本发明，在拱形板状的混凝土衬砌的离心式造型中，衬砌圆周边缘的混凝土表面以精确的尺寸紧密成形，这就使制造出的混凝土衬砌可能具有较高质量和优良的可靠性。此外，混凝土不是在离心式造型滚筒中进行灌注，而是由混凝土供给设备在模中进行灌注，这就可能防止混凝土渗透到模板外面，从而提高了产量，可取出在离心式造型滚筒中的渗泄混凝土，免于清洗，并易于维修。
接下来，将描述采用小直径离心式造型滚筒制造大直径隧道衬砌的方法。
把分开的模板固定在离心式造型滚筒上。模板的半径要比离心式造型滚筒的半径大，模板中已经灌注了混凝土，施加用于压实混凝土的离心力，从而使形成的混凝土具有不相等的壁厚。（模板底板半径成为外径，从滚筒中心引出的半径成为内径）。在进行固结之前，把混凝土和模板一同从离心式造型滚筒中取出，把混凝土内径面的多余厚度切除，就制成了大直径的衬砌。
由于隧道衬砌的模板需要从离心式造型滚筒中取出，且混凝土需要加工，而使这一过程易于简便和准确地完成。此外，由于分开的模板是固定在离心式造型滚筒上，并且可以制造用于下一产品的离心式造型，以便可高效制造隧道衬砌。
尚未充分固结的混凝土易于切除。在离心式造型中，在内径面出现的缺陷是很危险的，因此，需要切除在内径面上多余厚度部分。
根据本发明，可以使用同样的离心式造型滚筒来制造具有多种直径的隧道衬砌，因此降低了设备成本。
图27用来解释本发明中用来制造隧道衬砌的离心式造型滚筒。图28用来解释多余厚度部分的切除过程。
用于制造外径为2R10＝4m拱形隧道衬砌的模板200a、200b、200c通过加固板314和固定装置316固定在内径为2R1＝3m的离心式造型滚筒中。模板由底板310，侧板312和模板上表面构成。模板上表面内径为2R11。辅助模板324固定在模板的上表面318上。辅助模板324与模板200a的上表面318对应，并且与上表面318紧密接触而没有缝隙。当把混凝土灌注在200a中时，离心式造型滚筒100旋转，造型出的混凝土产品的外径表面由底板310的表面和上表面320构成，上表面320半径R2与滚筒100中心引出的R2相等。在离心压实完成后，把混凝土产品和模板200a一同从离心式造型滚筒100中取出。从离心式造型滚筒100中取出的模板200a，固定在底座328上如图28所示。然后辅助模板324向上移动。接下来，使用刮刀、旋转切削器，钢丝刷或类似器具沿着模板200a的上表面318把多余厚部322切除。同时由于压实后的混凝土还未固结，所以易于切除多余厚部322。之后，混凝土产品进行养护并采用传统方式从模板中取出，从而得到了隧道衬砌产品。
根据实施例的制造方法，可以使用小直径离心式造型滚筒容易制造高质量的紧密内表面和光滑切除外表面的大直径混凝土隧道衬砌。
下面，将描述根据本发明，在用于隧道衬砌的制造方法中，把模板固定在离心式造型滚筒中的装置。
锁住模板两个端面的钩，可用一种动作锁住在模板外表面上的凸台或与凸台脱开，用以支撑模板而不会产生下沉和移动。所以，在本实施例中，L形钩与操纵杆相接合，而使L形钩在特定位置摇动和停止。操纵杆是一个带有正向/反向螺纹的旋转杆。把正向/反向螺杆拧上螺母，旋转杆就可以正向/反向地旋转和停止，这样螺母可以和L形钩相接合和摇动。
移动正向/反向螺纹与螺母相互接近或分开，同时兼有正向/反向的旋转。所以，L形钩与螺母的接合使模板的两个端面靠近或分开。此外，在停止时旋转杆搬向左从而锁定在这一位置。
图29是滚筒100的纵剖视图，说明的是模板支撑机构的一部分，图30是图29的局部放大图。
拱形混凝土衬砌模板370固定在离心式造型滚筒100的壁面的面350的内表面上。凸台374设置在滚筒两边的端板372上。L形钩352与凸台374相接合以支撑在滚筒100的壁面350内表面上的模板370。此外，端板372支撑着370使其不能沿滚筒的轴向移动。
L形钩352需要整体穿过滚筒100的壁面350。在L形钩352中，中部由柱354旋转支撑，而另一端356在U形槽中与螺母358的柱360相接合。螺母358拧在杆362的螺旋上，通过使杆362绕着端部364转动螺母可以沿杆前后移动。
所以，L形钩352就在钩与模板370的凸台接合位置和它们脱开位置之间摆动。
根据本发明，用于制造混凝土衬砌的离心式造型设备中，可以以一种动作把模板固定在离心式造型滚筒中或者把模板从离心式造型滚筒中取出，并可确定支撑模板。因此可以节约人力并提高混凝土衬砌的生产率。
接下来，将逐步描述当把拱形模板固定在离心式造型滚筒或把拱形模板从离心式造型滚筒移出时，使离心式造型滚筒安全旋转和停止在任一位置的设备。
在本发明中，注入混凝土的模板固定在离心式造型滚筒中，并且经受离心式造型。在模板造型过程中，虽然离心式造型滚筒中的在圆周方向上的重量分布不平衡，但上述设备仍可安全驱动离心式造型滚筒。
为达到上述目的，在滚筒和传动装置之间的传动设备包含有一种类似小齿轮一正齿轮组合的自由滑动设备。正齿轮最好由滚柱齿轮组成，其滚柱置于齿的圆周位置。同时，小齿轮为链轮型。辅助传动装置不需要滚筒的高速转动，而且小到足以提供足够的动力。但是，由于滚筒的不平衡，传动装置的输出扭矩需要大于传动扭矩，此外还需要有一种支撑机构用以支撑在停止时滚筒的重量不平衡，例如，反向旋转预防设备或旋转预防设备。这种设备的例子包括在停止时预防从动边向主动边转动的适当设备。例如制动设备，棘轮反转预防设备，蜗轮系统以及类似的设备。
此外，除了固定和取出模板或对离心式造型滚筒进行修补外，需要松脱传动装置而使之与离心式造型滚筒啮合。所以整个辅助传动装置适于用螺旋输送机或类似设备来前后移动。
图31是本发明实施例的离心式造型滚筒100的正视图，图32是滚筒100的侧视图，图33是辅助动力源410的正视图。滚筒100固定在衬砌轮400上，并相对于离心造型混凝土衬砌通过旋转装置（未示出）高速旋转。用于制造混凝土衬砌的拱形模板（未示出）固定在离心式造型滚筒100内。
滚杆齿轮402安装在滚筒的外圆周围。用于低速旋转的辅助动力装置带有与滚杆齿轮402啮合的链轮412。减速马达414控制链轮412转动。减速马达414和链轮412固定在框架416上，框架416还可以沿着基座418前后移动，前进/回退机构是一种螺旋式直接回退机构，马达416驱动链轮472转动从而带动前进/回退机构的螺杆420转动，其前进和回退按图中所示箭头424方向。
在本实施例的设备中，辅助动力装置410易于和离心式造型滚筒的滚杆齿轮相啮合，这样不平衡的滚筒以一特定角度，并保持在这一状态而旋转，这就可以有效安全地固定和拆卸模板。
此外，还将描述绕垂直中心轴在水平面内旋转的离心式造型滚筒。传统离心式造型滚筒有一个置于水平方向的转轴而滚筒在垂直面内转动。在这种情况下，离心式造型滚筒装有许多钢制轮胎彼此分开地旋转在外圆周表面周围方向上，滚筒转动同时，轮胎由两个滚柱旋转地支撑着。两个滚柱承受着垂直重量和水平重量，并在恶劣条件下使用。
上述离心式造型滚筒需要有较高刚性的结构，从而防止滚筒的变形。在用于隧道衬砌的离心式造型中，要有为重力若干倍的加速度施加在混凝土上。混凝土不稳定地放置在离心式造型滚筒中，由于受到沿滚筒圆周的离心力作用，混凝土会出现很大的不平衡，而使滚筒变形。为防止滚筒变形，就必须进一步提高滚筒的刚性。
与上述的传统离心式造型滚筒相比较，本发明的离心式造型滚筒绕垂直轴在水平面内转动，因此通过许多接收滚杆来承受滚筒的垂直重量。所以，滚筒在径向上的载荷，即，在离心力施加方向的载荷由作为传动滚杆的许多接收滚杆来承受，即使在该筒中的混凝土不稳定时，也不需使用预防滚筒变形的高刚性的滚筒设备。此后，也不用安装平衡锤或类似装备来平衡混凝土的不平衡载荷。
所以，很容易制造高速旋转的大径滚筒，并可使用上述滚筒制造大径隧道衬砌。
此外，因为滚筒上部是打开的，使模板易于安装的拆卸。
较34是本实施例的离心式造型滚筒100的平面图。
各拱形模板200a、200b、200c和200d通过整体组装的一个拱形底板绕着隧道衬砌四周的圆周侧板和一个拱形内平板，构成密闭中空模板，并且固定在离心式造型滚筒套430的内表面上。用围绕在滚筒套430外周的型钢缘432来加强固定部分。
轮胎343安装有滚筒套430的外圆周围，为提高刚性该筒套430不需特别牢固地加固。
钢轮胎434由用以承受纵向载荷的许多接收滚筒436来支撑。此外，钢轮胎434由传动滚杆438径向地支撑，这里的传动滚杆438安装在外圆周围。传动滚杆438由一推进设备（未示出）从滚筒外面沿径向向外推入钢轮胎，用驱动钢轮胎434在水平方向旋转的传动装置（未示出）转动传动滚杆438。至少有两个传动滚杆438设置在以中心角180°分开的滚筒的位置上，许多传动滚杆438最好安装在相对于滚筒中心对称的位置上。
隧道衬砌的每块模板，例如200a，其结构如图20所示。
使用这种设备，可以很容易制造具有精确尺寸的隧道衬砌，其中模板也易于组装和拆卸，而无需使滚筒套具有较高刚性。特别是，使用这种设备，大直径隧道衬砌可以容易地进行离心式造型。
下面将描述本发明的组合隧道衬砌。这种组合隧道衬砌可由钢箱或FRT箱构成。该箱由底板，直立于底板四周的侧板构成，箱内灌注混凝土。
组合隧道衬砌的侧端面和外径由钢板或FRP板所覆盖，这种钢板或FRP板具有较高刚性，优良的韧性，在衬砌之间连接部分具有优良的密封性能。此外，箱体为整体构成，其防止水泥糊从混凝土离心式造型中渗透，从而产生了致密的混凝土产品。
在组合隧道衬砌的制造中，设暗销的钢箱混凝土和加强筋自由地固定在制箱所用的钢或FRP中，从而节约了条钢的数量并无需使用钢筋件和框架。使用低石灰含量的混凝土可制出廉价的混凝土产品，而使用零坍落度混凝土易于制出高硬度的混凝土产品。
构成隧道衬砌一个圆周边的衬砌通过放置在离心式造型滚筒中的钢或FRP钢制成的箱可一次制成，以便于相互连接。此外，把用钢或FRP钢制成的箱组装成隧道衬砌时，所采用的方法为，用联接螺栓把箱体连接在一起并组合成连续圆周衬砌，也可用同样连接装置连接而成，从而得到了与离心式造型滚筒中制成的衬砌具有相同配置的圆周衬砌。这就能大大减少组装件。
图35是本发明的组合隧道衬砌的标准纵剖面剖视图。一种箱由钢或FRP制成的拱形底板502，和直立于底板四周的侧壁506构成，其高度与衬砌厚度相等，箱内灌注混凝土504，并与混凝土结合为一个整体。图36是这种隧道衬砌的使用状态，其中许多衬砌500彼此圆柱形的连接在一起。图36（a）是隧道衬砌的正视图，其中的五块衬砌500彼此连接成圆柱形;图36（b）是图36（a）的纵截面剖视图，表示三个环10a、10b、10c彼此连接在一起时的状态。
图37是在组合隧道衬砌中相邻的环10a和10b之间的连接部分的结构。环之间的圆周连接部分具有相同的连接系统。把混凝土504从图37中取出的状态与先放入混凝土再组装成模板的状态相同。即，许多设暗销的钢筋混凝土510安装在底板502上;插入物514通过固定装置安装在侧壁506上;鞘管518相对于上述插入物514固定在相邻侧壁506上，螺栓516穿过鞘管518拧在插入物514上。这样，相邻的钢制箱就连接在一起了。用于构成混凝土凹口520的部分模板装置在螺栓516的头部，因此螺栓516就可以取出。用于构成凹口520的部分模板可以固定在螺栓516或底板502上。
在灌注混凝土之后，取出螺栓516，并将产品从离心式造型滚筒中取出。在工作现场组装为产品时，如图37所示，组装产品所采用的方式与制造中采用的方式相同，并可作用相同的螺栓加以连接。