超大直径隧道管片钢模 技术领域：
本发明涉及一种用于制备隧道混凝土管片衬砌的钢模，尤其是涉及一种超大直径的隧道管片钢模。属于隧道工程机械领域。
背景技术：
目前盾构法隧道混凝土管片衬砌都是采用钢模浇筑而成的，一般盾构法公路隧道大都为单圆结构形式，其管片衬砌是由若干块呈圆弧状的管片拼接成规则的圆环状。随着交通运输对隧道通行量需求的增大，盾构法公路隧道建筑的直径也不断加大，目前盾构法大直径单圆公路隧道的外径已达到10到14米左右，如荷兰绿心隧道工程隧道管片的外径为Φ14.5m，上海翔殷路隧道管片的外径为Φ11.36m。正在建设中的上海长江盾构法隧道采用了外径为Φ15m的超大直径管片，是目前世界上最大的隧道混凝土管片衬砌，显然用于制备这种超大直径混凝土管片衬砌的钢模也是世界上最大的。
经对现有国内外大量技术文献的检索后发现，申请号为200410089263.0的中国专利申请《带牛腿的双层大直径单圆隧道管片钢模》(公开号CN1619104A)公开了一种用于制备带牛腿的双层大直径单圆隧道管片的钢模结构，其解决了一次浇筑成型带牛腿的单圆隧道管片的问题，为建造双层大直径单圆隧道提供了构件制造装备。然而由于隧道直径的加大，构筑每环隧道所需的管片数量及管片单片重量也随之增加，因此隧道管片衬砌拼接的坚固性和可靠性对工程的质量水平有着至关重要的意义，为了将各管片单片连接固定起来，一般每片混凝土管片上都设有用以穿入通过钢连接件的连接通孔，然而为了使钢连接件的安装更可靠和方便，钢连接件的锁固元件，如螺母最好直接预埋在混凝土管片中。上述专利申请所述的管片钢模设有用以形成管片上连接通孔的芯棒，但是没有用于安装预埋件的装置，此外为了便于钢模板壁上芯棒安装孔的加工，其芯棒呈弯曲形且端部与钢模板壁垂直，然而这也使钢连接件不得不是一弯曲件，从而影响钢连接件作用于混凝土管片上的连接力无法处于最佳的轴向。若让钢连接件成为直杆状，则混凝土管片的连接通孔就必须是直孔，而芯棒端部也就要与钢模板斜交，这样就必须在钢模板面上斜向钻出芯棒安装孔，无疑这会给管片钢模的加工工艺带来较大的困难。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种超大直径隧道管片钢模，其能够完成带有各类不同预埋件的混凝土管片的一次浇注成形，而且该预埋件能够连接与管片表面成斜角的直杆状钢连接件，从而改善钢连接件的受力状态，使混凝土管片之间的连接更可靠、方便和牢固。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案如下：
一种超大直径隧道管片钢模，包括有底座、侧板、端板、盖板、盖板夹、定位装置、锁紧装置、端板开合装置、侧板开合装置、芯棒和模芯，该底座、侧板、端板和盖板分别位于所述钢模的下侧、前后侧、左右侧和上侧，从而由六面围成钢模的型腔，所述模芯固定于底座上，芯棒从端板和侧板穿入型腔且连接于模芯上，其特征在于：所述钢模还包括有预埋件定位装置，该预埋件定位装置可拆卸地固定于侧板和端板上，其包括定位件和连接件，该定位件通过定位面定置于侧板和端板上，该连接件穿置于定位件的穿孔中，其深入钢模型腔内的端部联接预埋件，该连接件的轴线与侧板和端板的表面形成一斜角。
本发明所述超大直径隧道管片钢模的预埋件定位装置的定位件为一六面体，其一侧面为与侧板和端板表面紧贴的定位面，该定位面上向外凸起有过渡定位套，该过渡定位套的外圆周设有轴线与所述定位面垂直的定位环面，该定位环面嵌入侧板和端板的定位孔中，所述六面体的另一侧面为外端面，其与所述定位面相对且与之成一斜角，与该外端面垂直地开设有贯通定位件的穿孔，该穿孔的轴线与所述定位面成一斜角；所述预埋件定位装置的连接件为一吊紧螺栓，所述预埋件联接于穿过穿孔后深入钢模型腔内的吊紧螺栓的端部，其为一螺母。所述盖板夹布置于盖板的周边，将盖板与侧板、端板夹固起来；所述定位装置采用锥面定位的方式将侧板和端板定位于底座之上；所述锁紧装置采用螺栓与螺母的方式将侧板与底座、端板与底座、侧板与端板锁紧并联接起来；所述端板开合装置为铰链，其将端板的下部铰接于底座上；所述侧板与底座夹角的环面角度公差为±0.02°，端板与底座夹角的端面角度公差为±0.01°。所述超大直径隧道管片钢模还包括有芯棒定位装置，该芯棒定位装置固定于侧板和端板上，其具有嵌置于侧板和端板上的过渡套，该过渡套的外部设有圆柱定位面，该圆柱定位面嵌入侧板和端板上的定位孔，过渡套的一侧固设有螺纹件，该螺纹件的轴线与过渡套圆柱定位面的轴线成一斜角，过渡套的内部沿该螺纹件轴线开设有斜通孔；所述芯棒为直杆状，其一端固定于芯棒定位装置上，该端靠近头部处设有螺纹，该芯棒通过该螺纹旋入螺纹件且穿过斜通孔进入型腔，其另一端插接于模芯的定位孔中，在芯棒端部与模芯之间夹置有垫圈，芯棒的外表面与过渡套的斜通孔之间设有密封圈，该芯棒的轴线与侧板和端板的表面形成一斜角。
与现有超大直径的隧道管片钢模相比较，本发明设有固定于侧板和端板上的预埋件定位装置，该预埋件定位装置上能够安装预埋件且能够自由拆卸，这样就能够根据需要安装不同预埋件的预埋件定位装置，从而使所述超大直径隧道管片钢模能够一次浇筑出带有预埋件的混凝土管片，而且通过更换不同的预埋件定位装置来浇筑带有不同预埋件的混凝土管片；此外，该预埋件定位装置的连接件通过定位件将预埋件成斜角地定位于管片钢模上，所述芯棒定位装置通过过渡套将直杆状芯棒成斜角地固定于侧板和端板上，从而使所述管片钢模能够浇筑出斜向连接直杆钢连接件的混凝土管片，藉此改善钢连接件的受力状况，使混凝土管片之间的连接更可靠、方便和牢固。与此同时，预埋件定位装置的定位件和芯棒定位装置的过渡套都具有与定位面成斜角的斜通孔，这样就避免了直接在端、侧板上钻斜孔的难题，从而简化了所述管片钢模的金加工工艺。
【附图说明】
图1为超大直径隧道相邻管片的连接示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为端板与底座夹角的端面角度示意图。
图4为侧板与底座夹角的环面角度示意图。
图5为预埋件定位装置结构示意图。
图6为预埋件定位装置的定位件结构正视图。
图7为图5定位件的侧面剖视图。
图8为芯棒定位装置结构示意图。
具体实施方式：
现结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
随着隧道建筑直径的不断加大，构筑每环隧道所需的管片数量及管片单片重量也随之增加，也就是说，每环隧道所含管片的接缝增多而单片管片愈加沉重，因此对隧道管片衬砌拼接的施工就提出了更高的要求，因为各管片之间连接的坚固性和可靠性是保证工程质量的重要因素。为了达到各管片连接的坚固和可靠，我们提出了新型的混凝土管片，其结构请参阅图1，图示管片A的左端与管片B的右端相拼接，管片A上设有斜向的直形连接通孔15，用以穿过钢制直杆状管片连接件，该直形连接通孔15的下端连接着口径更大的手孔16，以容纳管片连接件的头部。与管片A的连接通孔15轴向连接相通，管片B上设有定位件手孔17和一体化浇筑着预埋件18，由管片A穿出的管片连接件穿过定位件手孔17与预埋件18相连接。这样带有斜向定位的预埋件18的新型混凝土管片不仅可以连接直杆状管片连接件，改善连接件的受力状况，使混凝土管片之间的连接更可靠、更牢固、操作更方便，而且通过埋固不同的预埋件18，以便满足隧道建筑对管片不同的需要。
为了制备上述新型混凝土管片，本发明采取了下述技术方案。请参阅图2本发明的结构示意图。图示超大直径隧道管片钢模为一内腔形状与混凝土管片外形相同的六面板壁模具，其包括有底座1、侧板2、端板3、盖板4、盖板夹5、定位装置8、锁紧装置9、预埋件定位装置10、端板开合装置11、侧板开合装置12、芯棒6、模芯7和芯棒定位装置13。该底座1位于所述钢模的下侧，以形成管片的内环面，该侧板2有两面，分别位于所述钢模的前后侧，以形成管片的侧环面，该端板3也有两面，分别位于所述钢模的左右侧，以形成管片的侧端面，该盖板4位于所述钢模的上侧，覆盖在钢模型腔上，以形成管片的外环面，由此所述底座1、侧板2、端板3和盖板4由六面围成所述钢模的型腔。所述定位装置8采用锥面定位的方式将二侧板2和二端板3配合定位于底座1四周边之上，同时所述锁紧装置9采用螺栓与螺母的方式将侧板2与底座1、端板3与底座1、侧板2与端板3锁紧并联接起来；若干盖板夹5布置于盖板4的周边，将盖板4与侧板2或端板3夹固起来；所述端板开合装置11为铰链，其将端板3的下部铰接于底座1上，使端板3能够绕底座1的边缘上下翻转，以便实现所述钢模的开合模；所述侧板2座于侧板开合装置12上，该侧板开合装置12为滚轮导轨结构，其以平移方式完成侧板2的开合，从而实现实现所述钢模的开合模。本发明以保证所述钢模的制造精度来达到降低所制备混凝土管片的形状误差，请参阅图3和图4，所述钢模的侧板2与底座1夹角α的环面角度公差为±0.02°，端板与底座夹角β的端面角度公差为±0.01°。
现请参阅图5预埋件定位装置结构示意图。图示预埋件定位装置10可拆卸地固定于侧板2或者端板3上，其包括定位件19和连接件21。再参阅图6和图7，所述定位件19为一不规则的六面体，其一侧面为与侧板2或端板3表面紧贴的定位面22，该定位面22上向外凸起有圆柱状的过渡定位套23，该过渡定位套23的外圆周设有轴线与所述定位面22垂直的定位环面24，该定位环面24嵌入侧板2或端板3的定位孔20中(见图5)，定位件19通过定位面22和定位环面24被定置于侧板2或端3板上；所述六面体的另一侧面为外端面25，其位置与所述定位面22相对，并且与之成一斜角，一穿孔26贯通整个定位件19的内部，该穿孔26的轴线与外端面25垂直，且与所述定位面22成一斜角。所述连接件21为一吊紧螺栓旋固于定位件19上，其穿过定位件19的穿孔26后深入所述钢模型腔内部，该深入钢模型腔内的端部联接有预埋件18，本实施例中该预埋件18为一预埋塑料螺母，由于穿孔26的轴线与定位面22成一斜角，所以该连接件21的轴线与侧板2或端板3的表面也形成一斜角，这样预埋件18就通过定位件19被精确定位且斜置于钢模型腔内部。在浇筑混凝土管片时，该预埋件18就被埋固于其中，定位件19就形成了混凝土管片上的六面体手孔17(见图1)，完成浇筑后，只需旋下连接件21即可方便地开模。该预埋件定位装置10能够满足浇筑带有不同预埋件18的混凝土管片的需要，若要埋固不同的预埋件18，则只需在连接件21的端部联接不同形式的预埋件18；若要浇筑不同形状的手孔17，则只需卸下并更换不同形状的定位件19；若要改变预埋件18的方向或位置，则只需改变定位件19的穿孔26与定位面22所成斜角的角度。此外，具有凸起过渡定位套23和内部斜向贯通穿孔26的结构的定位件19形成了斜向连接件21与侧板2或端板3之间的过渡件，其简化了所述管片钢模的金加工工艺，只需在侧板2或端板3上垂直钻孔并嵌入定位件19即可达到斜向定位预埋件18的目的，而不必在侧板2或端板3上打斜向孔，尤其对扇形的侧板2来说，这几乎是数控加工中心所无法完成的。
再请参阅图8芯棒定位装置结构示意图，本发明所述超大直径隧道管片钢模的模芯7固定于底座1一定的位置上，固定的方式可以采用电焊焊接形式，其用以形成混凝土管片上容纳管片连接件头部的手孔16(见图1)。所述芯棒定位装置13固定于侧板2或者端板3上，其具有嵌置于侧板2或端板3上的过渡套27，该过渡套27的外周部设有圆柱定位面28，该圆柱定位面28嵌入端板3或者侧板2上的垂直定位孔29，所述过渡套27的一侧固定设有螺纹件30，本实施例中是在过渡套27上焊接一个圆螺母，该螺纹件30的轴线与过渡套27圆柱定位面28的轴线成一斜角，过渡套27的内部沿该螺纹件30的轴线方向开设有斜通孔以便芯棒6通过。所述芯棒6为直杆状，用以形成混凝土管片上通过管片连接件的连接通孔15(见图1)，其从端板3或者侧板2穿入钢模型腔且连接于模芯7上，所述芯棒6的一端固定于芯棒定位装置13的螺纹件30上，该端的头部31设置为便于工具旋拧的六角头，靠近该头部31处芯棒6的外周上设有螺纹，芯棒6即通过该螺纹旋入螺纹件30，并继而穿过过渡套27的斜通孔进入钢模型腔。所述芯棒6的另一端插接于模芯7的定位孔中，从而将芯棒6定位于钢模型腔内，该芯棒6的轴线与端板3或者侧板2的表面形成一斜角，其方向恰与上述连接件21的轴向相同，以便浇筑成的混凝土管片上的连接通孔15与定位件手孔17和预埋件18同轴(见图1)。在芯棒6端部与模芯7之间夹置有垫圈32，以符合手孔16的形状要求，由于该垫圈32随每块混凝土管片的浇筑而拆装，因此较易磨损，所以对其进行调质处理以提高使用寿命。在芯棒6的外表面与过渡套27的斜通孔之间设有密封圈33，以防止管片浇注时漏浆现象的发生。在浇筑混凝土管片前，只需将将芯棒6插入芯棒定位装置13的斜通孔并旋紧即可方便地安装好芯棒6；在浇筑混凝土管片时，模芯7形成了混凝土管片上容纳管片连接件头部的手孔16，芯棒6形成了通过管片连接件的连接通孔15(见图1)；完成浇筑后，只需旋下并抽出芯棒6即可方便地开模。该芯棒定位装置13能够满足浇筑不同混凝土管片的需要，若要改变管片连接件的方向，则只需改变芯棒定位装置13上螺纹件30的轴线与过渡套27圆柱定位面28的轴线所成斜角的角度即可。同样地，该芯棒定位装置13的过渡套27简化了所述管片钢模的金加工工艺，只需在侧板2或端板3上垂直钻孔并嵌入过渡套27即可达到斜向定位芯棒6的目的，而不必在侧板2或端板3上打斜向孔。
本发明所述的超大直径隧道管片钢模能够一次浇筑出带有预埋件的混凝土管片，通过更换不同的预埋件定位装置能够浇筑带有不同预埋件的混凝土管片，而且该混凝土管片能够斜向连接直杆钢连接件，从而改善了钢连接件的受力状况，使混凝土管片之间的连接更可靠、更方便和更牢固，同时所述管片钢模避免了直接在端、侧板上钻斜孔的难题，从而简化了其金加工工艺。