竖井混凝土衬砌悬吊缩口施工装置及方法
阅读说明：本技术 竖井混凝土衬砌悬吊缩口施工装置及方法 (Vertical shaft concrete lining suspension necking construction device and method ) 是由 吴卫东 黄润德 杨建锋 郭灵强 韩继忠 裴永昇 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：一种竖井混凝土衬砌悬吊缩口施工装置及方法,它包括模组、脱模机构、分料机构和悬吊机构,通过主模和缩口模连接组成模组,主模为铰接折叠结构,缩口模为滑面滑动结构,脱模机构与缩口模连接,悬吊机构位于主模竖井井筒上部,分料机构位于主模和悬吊机构之间,悬吊机构释放主模进入井底,通过主模自上而下衬砌或自下而上衬砌,或者滑移衬砌,衬砌过程中,通过脱模机构驱动缩口模缩口或胀口,分料机构均匀分料,适应性好,短段和长段竖井衬砌无需多套模板,无需频繁安拆,有利于消缺,减小质量控制难度,提高施工效率,操作简单方便。(A vertical shaft concrete lining suspension necking construction device and a method thereof comprise a module, a demolding mechanism, a distributing mechanism and a suspension mechanism, wherein the module is formed by connecting a main die and a necking die, the main die is of a hinged folding structure, the necking die is of a sliding surface sliding structure, the demolding mechanism is connected with the necking die, the suspension mechanism is positioned at the upper part of a vertical shaft of the main die, the distributing mechanism is positioned between the main die and the suspension mechanism, the suspension mechanism releases the main die to enter a shaft bottom, and lining is performed from top to bottom or from bottom to top through the main die, or sliding lining is performed, in the lining process, the necking die or expansion is driven through the demolding mechanism, the distributing mechanism uniformly distributes materials, the adaptability is good, multiple sets of templates are not needed for short-section and long-section vertical shaft lining, frequent installation and disassembly are not needed, the shortage is favorably eliminated, the quality control difficulty is reduced, the construction efficiency is improved, and the operation is simple and convenient.)
技术领域
本发明专利属于竖井衬砌技术领域，涉及一种竖井混凝土衬砌悬吊缩口施工装置及方法。
背景技术
竖井衬砌施工时，为了保证施工安全，在及时进行井壁支护的同时，根据围岩稳定情况，采取长段掘砌或短段掘砌施工方案进行井壁混凝土衬砌；其衬砌通常采用组合式钢模板分层、分段进行。这种传统的竖井混凝土衬砌方法，资源投入多，工序转换频繁，施工速度受限，质量控制难度大，工程成本也相对较高。系统分析主要存在以下突出的缺点与不足：
不管是采用短段掘砌方法，还是采用长段掘砌方法，均需加工制造多套组合模板，人工自下而上分层频繁进行安装、拆除、浇筑混凝土等，人力资源、物力资源投入较多，不但制约了施工速度，而且加大了工程成本。
混凝土分层施工分缝多，混凝土接茬多，钢筋搭接多，工程质量控制难度大；同时，混凝土在待强后才能脱模，施工过程中不能随时发现施工缺陷，无法及时得到有效处理，也无法对混凝土实施有效养护，增加了质量控制难度。
模板多次安拆、混凝土分层施工，工序频繁交替，严重制约施工速度；同时，组合模板对短段、长短掘砌的施工方法适应性较差，不利于组织快速施工。
发明内容
本发明专利所要解决的技术问题是提供一种竖井混凝土衬砌悬吊缩口施工装置及方法，采用主模和缩口模连接组成模组，主模为铰接折叠结构，缩口模为滑面滑动结构，脱模机构与缩口模连接，悬吊机构位于主模竖井井筒上部，分料机构位于主模和悬吊机构之间，悬吊机构释放主模进入井底，主模自上而下衬砌或自下而上衬砌，或者滑移衬砌，衬砌过程中，脱模机构驱动缩口模缩口或胀口，分料机构均匀分料，适应性好，短段和长段竖井衬砌无需多套模板，无需频繁安拆，有利于消缺，减小质量控制难度，提高施工效率，操作简单方便。
为解决上述技术问题，本发明专利所采用的技术方案是：一种竖井混凝土衬砌悬吊缩口施工装置，它包括模组、脱模机构、分料机构和悬吊机构；所述模组、分料机构和悬吊机构位于同一竖直轴线上，悬吊机构位于模组上部并与其连接，脱模机构与模组连接，分料机构位于模组和悬吊机构之间；脱模机构驱动模组的缩口模缩口或胀口。
所述模组包括主模和缩口模连接组成的上下开口的圆形筒体；主模由两个弧板相互铰接而成；缩口模由两个倒坡口弧板相互滑动配合而成，位于内侧的倒坡口弧板上设置滑槽。
所述主模下端连接有向外倾斜的刃脚模，沿刃脚模外侧设置倾斜的免凿毛模板；刃脚模为锥形的筒体结构，由多个倾斜的刃口弧板连接而成。
所述主模上端边沿设置吊环；主模上端内设置有环形平台；主模内部设置悬梯。
所述脱模机构包括双头油缸两端连接的耳座，耳座与连板两侧面连接，连板一端与缩口模连接。
所述分料机构包括分料器连接的多个活节溜筒，活节溜筒深入浇筑漏斗内。
所述悬吊机构包括井架上端连接的多个天轮，绕过天轮的钢索两端分别与卷扬机和模组连接。
如上所述的竖井混凝土衬砌悬吊缩口施工装置的安装方法，它包括如下步骤：
SA1，主模和缩口模安装，形成上下开口的圆形筒体；
SA1-1，将铰接组合后的主模放置在工件平台上，两个弧板绕交接点相互张开；
SA1-2，将缩口模放置在工件平台上，分别将两个倒坡口弧板与主模的两个弧板侧焊接；焊接时，倒坡口弧板的厚壁侧与主模张开侧接触；
SA2，脱模机构安装，使脱模机构与缩口模连接；
SA2-1，将脱模机构的其中一个连板与缩口模的其中一个倒坡口弧板的内弧面连接；
SA2-2，将脱模机构的另一个连板与缩口模的另一个倒坡口弧板的滑面连接；
SA2-3，将两个耳座分别放置在连板的上侧面，销轴穿过耳座和连板相互配合，耳座绕销轴转动；
SA2-4，推动主模的两个弧板绕交接点相互转动，使缩口模的两个倒坡口弧板相互靠近，两个弧板继续转动，位于外侧倒坡口弧板上的连板逐渐进入内侧倒坡口弧板上的滑槽内；此时，两个倒坡口弧板的滑面相互滑动接触，再将双头油缸的伸缩端与耳座连接；安装完成后，将脱模机构位于主模内部；
SA3，检验，将双头油缸与检验液压泵站连接；
SA3-1，启动检验液压站，双头油缸推动缩口模的两个倒坡口弧板相互接触滑动，受主模铰接点的限制，缩口模相互靠近形成缩口，相互远离形成胀口；
SA3-2，若在缩口后，两个主模之间的中心线距离小于主模的直径，且在设定值范围内，则缩口合格；
SA3-3，若在胀口后，两个主模之间的中心线距离趋于接近主模的直径，则胀口合格；
当需要增高模组的高度时，叠加多层主模相互连接形成扩展，主模叠加时，同步增加缩口模和脱模机构。
如上所述的竖井混凝土衬砌悬吊缩口施工装置的施工方法，它包括如下步骤：
竖井短段掘进时，采用自上而下衬砌，
SB1, 准备，当井筒开挖支护到衬砌段高后，平整井筒底板，找平校正；此步骤中，立井吊盘位于井筒内；
SB2，安放刃脚模，在井筒上部架设悬吊机构，采用卷扬机将刃脚模吊入井筒内的底部；
SB3，铺免凿毛模板，在刃脚模外侧环形铺设免凿毛模板，免凿毛模板的毛面朝向井筒壁；
SB4，扎钢筋笼，在井筒内的衬砌段扎钢筋笼，钢筋笼为环形钢筋笼，下端预留有向下延伸的焊接端头；
SB5，安装模组，采用卷扬机将模组吊入到井筒内，主模下端与刃脚模连接；此步骤中，钢筋笼位于井筒内壁与模组外壁之间的浇筑空间内，缩口模处于胀口状态；
SB6，安装悬梯和平台，将环形平台安装于主模内的上端，将悬梯悬挂在主模内壁上；
SB7，分料机构，将分料机构的分料器安装在立井吊盘上，拉拔活节溜筒使浇筑漏斗伸向浇筑空间上部；
SB8，浇筑，将混凝土输送至分料器内混凝土沿活节溜筒进入浇筑漏斗，从浇筑漏斗进入到浇筑空间内后振捣；此步骤中，多个浇筑漏斗同时均匀等量将混凝土排入到浇筑空间内；在混凝土初凝之前，模组保持稳定的悬吊状态；
SB9，脱模，脱模机构启动，双头油缸驱动缩口模缩口，主模脱离已浇筑的混凝土；
SB10，消缺，卷扬机驱动主模缓慢升降，操作者位于环形平台或悬梯上检查浇筑缺陷并对缺陷处进行修复，待初凝后进行养护；此步骤中，主模上升的过程中，刃脚模脱离与主模的连接；
SB11，下行衬砌，再次开挖井筒，刃脚模随之下降，当井筒开挖支护够一个循环进度或具备混凝土衬砌条件时，卷扬机下放主模至井筒底部后，双头油缸驱动缩口模胀口；重复SB2~SB10，依次完成竖井短段衬砌。
所述的竖井混凝土衬砌悬吊缩口施工装置的施工方法，由竖井短段掘进切换至竖井长段掘进时，它包括如下步骤：
竖井长段掘进时，采用自下而上衬砌；
当井筒开挖支护完成后，形成长段衬砌段；重复SB2、SB4~SB8完成竖井长段第一仓混凝土衬砌，并及时重复SB9进行脱模，使主模与刃脚模分离；
提升主模和分料机构，支撑校正就位后完成下一仓，进行混凝土衬砌，依次自下而上完成竖井长段衬砌；
或者，竖井长段掘进，自下而上衬砌时；
采用提升架的提升机构与主模连接，无需脱模，通过提升机构驱动主模从井底向上滑动衬砌，自下而上连续完成竖井长段衬砌。
本发明专利的有益效果主要体现于：
主模和缩口模连接形成模组，主模采用铰接结构，缩口模采用滑面滑动结构，脱模机构驱动缩口模实现缩口和胀口，缩口时脱模，胀口时衬砌，适应性好，衬砌过程中无需频繁拆卸安装。
缩口模在脱模的过程中始终保持滑动接触，且由连板进行限位，有利于提高脱模过程中的稳定性。
竖井短段，自上而下衬砌时，刃脚模作为底模，有利于分层浇筑时接茬，便于钢筋搭接，找平校正。
在刃脚模外侧铺设的免凿毛模板，浇筑后形成粗糙的浇筑面，在向下衬砌过程中，无需进行凿毛，有利于提高施工精度。
利用主模上行或下行过程中，对已浇筑未初凝的混凝土进行缺陷检查并修复，有利于边施工边修复，提高浇筑质量。
脱模机构采用双头油缸驱动，油管采用软管与液压站连接，液压站设置于井外或者井内的立井吊盘上，有利于减小主模的整体重量和节省空间。
分料器向浇筑空间连通的管道采用活节溜筒，活节溜筒均匀等分向浇筑空间输料，提高了浇筑过程中的稳定性，避免主模向一侧偏移。
竖井长段，自下而上衬砌时，无需刃脚模和免凿毛模板，采用从井底向上分层衬砌，循序渐进完成长段衬砌，进一步提高施工效率。
竖井长段，自下而上衬砌时，还可采用提升架直接与主模连接，使主模从井底向上滑动衬砌，自下而上连续完成竖井长段衬砌，一次性完成竖井整体浇筑。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步说明：
图1为本发明的主视示意图。
图2为本发明模组的主视示意图。
图3为图2的俯视示意图。
图4为本发明缩口模与脱模机构连接的结构示意图。
图5为图4的主视示意图。
图6为本发明缩口模外侧的倒坡口弧板与连板连接的结构示意图。
图7为本发明缩口模内侧的倒坡口弧板与连板连接的结构示意图。
图8为本发明悬吊机构的结构示意图。
图9为本发明自上而下衬砌的状态图。
图10为图9衬砌后的俯视图。
图11为本发明采用提升架自下而上衬砌的状态图。
图中：模组1，主模11，缩口模12，刃脚模13，免凿毛模板14，吊环15，环形平台16，悬梯17，脱模机构2，双头油缸21，耳座22，连板23，分料机构3，分料器31，活节溜筒32，浇筑漏斗33，悬吊机构4，井架41，天轮42，钢索43，卷扬机44。
具体实施方式
如图1~图11中，一种竖井混凝土衬砌悬吊缩口施工装置，它包括模组1、脱模机构2、分料机构3和悬吊机构4；所述模组1、分料机构3和悬吊机构4位于同一竖直轴线上，悬吊机构4位于模组1上部并与其连接，脱模机构2与模组1连接，分料机构3位于模组1和悬吊机构4之间；脱模机构2驱动模组1的缩口模12缩口或胀口。使用时，主模11自上而下衬砌或自下而上衬砌，或者滑移衬砌，衬砌过程中，脱模机构2驱动缩口模12缩口或胀口，分料机构3均匀分料，适应性好，短段和长段竖井衬砌无需多套模板，无需频繁安拆，有利于消缺，减小质量控制难度，提高施工效率，操作简单方便。
在优选的方案中，所述模组1包括主模11和缩口模12连接组成的上下开口的圆形筒体；主模11由两个弧板相互铰接而成；缩口模12由两个倒坡口弧板相互滑动配合而成，位于内侧的倒坡口弧板上设置滑槽。使用时，模组1位于竖井内，主模11外壁与井壁之间形成浇筑空间，钢筋笼位于浇筑空间内；主模11由两个弧板相互铰接而成，缩口或胀口时以铰接点转动；缩口模12的内侧的倒坡口弧板和外侧的倒坡口弧板滑动配合时，内侧的倒坡口弧板上的滑槽与脱模机构2的连板23配合限位。
优选地，主模11的高度决定缩口模12的高度，高度越高，相应配置多个脱模机构2，使多个连板23与内侧的倒坡口弧板上的多个滑槽配合，以提高缩口和胀口时的稳定性和结构强度。
在优选的方案中，所述主模11下端连接有向外倾斜的刃脚模13，沿刃脚模13外侧设置倾斜的免凿毛模板14；刃脚模13为锥形的筒体结构，由多个倾斜的刃口弧板连接而成。使用时，刃脚模13用自上而下分段衬砌时形成接茬，免凿毛模板14用于在接茬处形成毛面，无需在向上衬砌时再对已浇筑的混凝土进行凿毛，有利于提高施工效率。
优选地，自下向上衬砌时，刃脚模13作为浇筑时的底模，锥形的筒体横截面较大的一端朝下。
优选地，刃脚模13的锥形筒体由多个刃口弧板采用紧固件连接而成，在完成自下向上衬砌后，有利于拆卸转运，回收再利用。
优选地，免凿毛模板14为弧形拼接板，毛面朝向浇筑空间，浇筑后在接茬处的混凝土表面形成毛面。
在优选的方案中，所述主模11上端边沿设置吊环15；主模11上端内设置有环形平台16；主模11内部设置悬梯17。使用时，吊环15与悬吊机构4的钢索43连接，环形平台16用于操作者站立，提供操作者操作空间，悬梯17供操作者攀爬。
在优选的方案中，所述脱模机构2包括双头油缸21两端连接的耳座22，耳座22与连板23两侧面连接，连板23一端与缩口模12连接。使用时，双头油缸21与液压站连接，液压站设置于竖井外或竖井内，液压站控制双头油缸21启停，双头油缸21驱动缩口模12的两个倒坡口弧板相互滑动，实现缩口或胀口，连板23对缩口模12进行限位。
在优选的方案中，所述分料机构3包括分料器31连接的多个活节溜筒32，活节溜筒32深入浇筑漏斗33内。使用时，混凝土输送至分料器31后，分料器31均匀分配混泥土，使其沿活节溜筒32进入浇筑漏斗33内，浇筑漏斗33排至浇筑空间内。
优选地，分料器31为电液三通分料器，三个分料口分别与三个活节溜筒32连接，有利于均匀向浇筑空间内分配混凝土浆液，避免浇筑过程主模11倾斜降低衬砌精度。
在优选的方案中，所述悬吊机构4包括井架41上端连接的多个天轮42，绕过天轮42的钢索43两端分别与卷扬机44和模组1连接。使用时，井架41位于竖井外的井口，钢索43穿过天轮42，其两端分别与卷扬机44和主模11上的吊环15连接，卷扬机44缠绕钢索43释放主模11，天轮42随钢索43缠绕时同步滚动，减小提升阻力。
在优选的方案中，如上所述的竖井混凝土衬砌悬吊缩口施工装置的安装方法，它包括如下步骤：
SA1，主模和缩口模安装，形成上下开口的圆形筒体；
SA1-1，将铰接组合后的主模11放置在工件平台上，两个弧板绕交接点相互张开；
SA1-2，将缩口模12放置在工件平台上，分别将两个倒坡口弧板与主模11的两个弧板侧焊接；焊接时，倒坡口弧板的厚壁侧与主模11张开侧接触；
SA2，脱模机构安装，使脱模机构2与缩口模12连接；
SA2-1，将脱模机构2的其中一个连板23与缩口模12的其中一个倒坡口弧板的内弧面连接；
SA2-2，将脱模机构2的另一个连板23与缩口模12的另一个倒坡口弧板的滑面连接；
SA2-3，将两个耳座22分别放置在连板23的上侧面，销轴穿过耳座22和连板23相互配合，耳座22绕销轴转动；
SA2-4，推动主模11的两个弧板绕交接点相互转动，使缩口模12的两个倒坡口弧板相互靠近，两个弧板继续转动，位于外侧倒坡口弧板上的连板23逐渐进入内侧倒坡口弧板上的滑槽内；此时，两个倒坡口弧板的滑面相互滑动接触，再将双头油缸21的伸缩端与耳座22连接；安装完成后，将脱模机构2位于主模11内部；
SA3，检验，将双头油缸21与检验液压泵站连接；
SA3-1，启动检验液压站，双头油缸21推动缩口模12的两个倒坡口弧板相互接触滑动，受主模11铰接点的限制，缩口模12相互靠近形成缩口，相互远离形成胀口；
SA3-2，若在缩口后，两个主模11之间的中心线距离小于主模11的直径，且在设定值范围内，则缩口合格；
SA3-3，若在胀口后，两个主模11之间的中心线距离趋于接近主模11的直径，则胀口合格；
当需要增高模组1的高度时，叠加多层主模11相互连接形成扩展，主模11叠加时，同步增加缩口模12和脱模机构2。该方法有利于在厂房内完成组装测试，经过检验后拆卸编号，再转运至施工现场组装，避免在现场制作安装耗费大量的前期准备时间。
在优选的方案中，如上所述的竖井混凝土衬砌悬吊缩口施工装置的施工方法，它包括如下步骤：
竖井短段掘进时，采用自上而下衬砌，
SB1, 准备，当井筒开挖支护到衬砌段高后，平整井筒底板，找平校正；此步骤中，立井吊盘位于井筒内；
SB2，安放刃脚模，在井筒上部架设悬吊机构4，采用卷扬机44将刃脚模13吊入井筒内的底部；
SB3，铺免凿毛模板，在刃脚模13外侧环形铺设免凿毛模板14，免凿毛模板14的毛面朝向井筒壁；
SB4，扎钢筋笼，在井筒内的衬砌段扎钢筋笼，钢筋笼为环形钢筋笼，下端预留有向下延伸的焊接端头；
SB5，安装模组，采用卷扬机44将模组1吊入到井筒内，主模11下端与刃脚模13连接；此步骤中，钢筋笼位于井筒内壁与模组1外壁之间的浇筑空间内，缩口模12处于胀口状态；
SB6，安装悬梯和平台，将环形平台16安装于主模11内的上端，将悬梯17悬挂在主模11内壁上；
SB7，分料机构，将分料机构3的分料器31安装在立井吊盘上，拉拔活节溜筒32使浇筑漏斗33伸向浇筑空间上部；
SB8，浇筑，将混凝土输送至分料器31内混凝土沿活节溜筒32进入浇筑漏斗33，从浇筑漏斗33进入到浇筑空间内后振捣；此步骤中，多个浇筑漏斗33同时均匀等量将混凝土排入到浇筑空间内；在混凝土初凝之前，模组1保持稳定的悬吊状态；
SB9，脱模，脱模机构2启动，双头油缸21驱动缩口模12缩口，主模11脱离已浇筑的混凝土；
SB10，消缺，卷扬机44驱动主模11缓慢升降，操作者位于环形平台16或悬梯17上检查浇筑缺陷并对缺陷处进行修复，待初凝后进行养护；此步骤中，主模11上升的过程中，刃脚模13脱离与主模11的连接；
SB11，下行衬砌，再次开挖井筒，刃脚模13随之下降，当井筒开挖支护够一个循环进度或具备混凝土衬砌条件时，卷扬机44下放主模11至井筒底部后，双头油缸21驱动缩口模12胀口；重复SB2~SB10，依次完成竖井短段衬砌。该方法有利于快速对竖井短段进行施工，避免采用多种规格模板进行衬砌，减少衬砌过程中频繁拆卸安装，有利于控制施工质量，降低成本。
在优选的方案中，所述的竖井混凝土衬砌悬吊缩口施工装置的施工方法，由竖井短段掘进切换至竖井长段掘进时，它包括如下步骤：
竖井长段掘进时，采用自下而上衬砌；
当井筒开挖支护完成后，形成长段衬砌段；重复SB2、SB4~SB8完成竖井长段第一仓混凝土衬砌，并及时重复SB9进行脱模，使主模11与刃脚模13分离；
提升主模11和分料机构3，支撑校正就位后完成下一仓，进行混凝土衬砌，依次自下而上完成竖井长段衬砌；该方法针对竖井长段，自下而上分层衬砌，除井底第一仓外的衬砌需要刃脚模13，其余的分层处无需刃脚模13，进一步提高衬砌效率。
优选地，结合自上而下和自下而上对竖井短段和竖井长段施工，有利于提高整体竖井衬砌效率和施工质量，克服竖井整体衬砌时频繁拆装的问题。
或者，竖井长段掘进，自下而上衬砌时；
采用提升架的提升机构与主模11连接，无需脱模，通过提升机构驱动主模11从井底向上滑动衬砌，自下而上连续完成竖井长段衬砌。该方法有利于主模11边滑动边浇筑混泥土，一次性完成衬砌，有利于减少混凝土接茬多、分缝多、钢筋搭接多的问题，便于养护，降低质量控制难度，快速施工衬砌。
优选地，采用提升架提升前，与缩口模12连接的两个连板23搭接板固定，搭接板搭接于连板23的上下侧，紧固件穿过搭接板和连板23连接固定，固定后，主模11和缩口模12组合成稳定结构的圆筒，主模11不再绕铰接点转动。
优选地，提升机构的伸缩杆前端端头连接有支撑架，支撑架与主模11刚性连接固定，伸缩杆与分料器31连接，提升机构提升时，主模11和分料器31随其同步升降。
优选地，支撑架为中空的框架结构，连接柱穿过框架与主模11刚性连接；连接前，先拆卸吊环15，再通过连接柱与主模11上的吊环连接孔连接。
上述的实施例仅为本发明专利的优选技术方案，而不应视为对于本发明专利的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明专利的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明专利的保护范围之内。
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