一种浅埋管幕支护体系及其施工方法技术

本发明专利技术提供一种浅埋管幕支护体系及其施工方法。本发明专利技术包括：间隔布设的若干第一钢管、第二钢管和置于各钢管上的连接机构，所述连接机构包括上翼缘板、下翼缘板、大肋板、小肋板，上翼缘板上固设互相匹配的锁扣，间隔布设后的第一钢管、第二钢管呈n字型，通过填充微膨胀水泥浆和自密实混凝土完成体系的加固。采用本发明专利技术提供的支护体系及施工方法可有效减少地表沉降，保证上部结构的安全可靠性，地下空间利用率高，结构受力更加合理，工法与工序简单，经济性较强。

A Supporting System of Shallow Buried Pipe Curtain and Its Construction Method

The invention provides a shallow buried pipe curtain support system and a construction method thereof. The invention includes several first steel tubes, second steel tubes and connecting mechanisms placed on each steel tube at intervals. The connecting mechanisms include upper flange plate, lower flange plate, large rib plate and small rib plate. The upper flange plate is fixed with matching locking buttons. The first steel tube and second steel tube after interval are n-shaped, and the system is completed by filling micro-expansion cement slurry and self-compacting concrete. Reinforcement. The supporting system and construction method provided by the invention can effectively reduce ground subsidence, ensure the safety and reliability of the upper structure, have high utilization ratio of underground space, more reasonable structural stress, simple construction method and process, and have strong economy.

【技术实现步骤摘要】
一种浅埋管幕支护体系及其施工方法
本专利技术涉及隧道与地下工程建设领域，尤其涉及一种浅埋管幕支护体系及其施工方法。
技术介绍
随着我国城市化进程不断加快，城市人口的不断集中，修建地铁、地下快速路成为各大城市缓解交通压力的主要途径之一。在下穿既有建筑物、构筑物及城市公路的浅埋大断面隧道工程中，采用管幕施工法可以很好的降低地表沉降，保证上部结构的安全可靠性，具有明显优势。但是目前的管幕支护体系存在以下问题：(1)管幕结构通过切割钢管进而完成管间连接，破坏了钢管的整体性，导致钢管的刚度与承载力降低；(2)由于钢管与混凝土弹性模量相差较大，在荷载作用下钢管外壁与管间混凝土发生剥离，结构刚度与承载力减弱；(3)在荷载作用下管间混凝土沿相连两钢管外壁形成贯通斜裂缝，导致管间上部混凝土抗压性能发挥较差，管间中下部抗拉连接构件抗拉性能发挥较差，资源利用率较低；(4)施工现场加工步骤较多，工法与工序复杂，导致施工进度缓慢；(5)管间连接不紧密，存在渗水现象；(6)传统管幕在顶进过程中，土层对钢管摩擦力较大，顶进较困难；(7)传统管幕在管间排土过程中引起上部土体脱落，导致地表沉降。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种浅埋管幕支护体系及其施工方法。本专利技术采用的技术手段如下：一种浅埋管幕支护体系，包括间隔布设的若干第一钢管、第二钢管和置于各钢管上的连接机构，所述第一钢管的连接机构包括第一上翼缘板、第一下翼缘板、第一大肋板、第一小肋板，所述第一上翼缘板、第一下翼缘板均为两块且分别固设于第一钢管的两侧，所述第一大肋板与第一小肋板分别固设于第一钢管的两侧、第一上翼缘板与第一下翼缘板中间位置，所述第一上翼缘板的端部固设有C型钢锁扣；所述第二钢管的连接机构包括第二上翼缘板、第二下翼缘板、第二大肋板、第二小肋板，所述第二上翼缘板、第二下翼缘板均为两块且分别固设于第二钢管的两侧，所述第二大肋板与第二小肋板分别固设于第二钢管的两侧、第二上翼缘板与第二下翼缘板中间位置，所述第二上翼缘板的端部固设有与C型钢锁扣匹配且可在其凹槽内滑动的T形锁扣，体系中各板均平行于水平面，各第一钢管、第二钢管的上翼缘板平齐，下翼缘板也平齐，第一大肋板与第二大肋板具有高度差；间隔布设后的第一钢管、第二钢管呈n字型，n字型的左上角和右上角为第三钢管和第四钢管，所述第三钢管、第四钢管分别为适应性调整后的第一钢管、第二钢管，其连接机构中两上翼缘板、下翼缘板呈直角排布，大肋板与小肋板设于上翼缘板与下翼缘板中间位置；各钢管上均开设注浆孔，体系构筑过程中，相邻钢管通过锁扣连接后通过焊接将相邻的下翼缘板紧固，锁扣间隙、管间间隔、管内填充预设的填充物。进一步地，各钢管规格相同，钢管直径均为D，钢管厚度均为H，其中，各上翼缘板、下翼缘板、大肋板、小肋板均通过焊接方式固接在相应钢管上，同类型的板厚度相同，各类型板厚度范围均为0.8H～1.5H。进一步地，同钢管同侧的上翼缘板与下翼缘板沿穿过钢管形心的水平线对称固设，其垂直间距沿钢管水平方向中线分布，具体垂直间距为0.65～0.85D。进一步地，各大肋板均为直角梯形钢板，其中，锐角角度为30～60度，每根钢管同侧平齐设置2个大肋板，其纵向间隔为0.5～2D；第一大肋板与第一上翼缘板距离为0.08～0.2D；第二大肋板与第二上翼缘板距离为0.08～0.15D；第一大肋板与第二大肋板垂直间距大于20cm或0.02D；第一大肋板与第二大肋板宽度相等，且宽度L满足纵向重叠部分为0.05～0.2D。进一步地，各小肋板与钢管等长，其端部为锐角，角度为10～30°，其宽度为3～20cm，其布设于上翼缘板与大肋板和大肋板与下翼缘板中间位置，其中，第一上翼缘板与第一大肋板之间的小肋板数量为1，第一大肋板与第一下翼缘板之间的小肋板数量为2～4；第二上翼缘板与第二大肋板之间的小肋板数量为1，第二大肋板与第二下翼缘板之间的小肋板数量为3～5，多个小肋板均布于大肋板与下翼缘板之间。进一步地，锁扣中填充有微膨胀水泥浆，管间间隔和管内填充有自密实混凝土，在n形结构支脚处，对最下部钢管左、右及其下部土体注浆加固，形成外加固土体。进一步地，同一注浆平面设置4个注浆孔，注浆孔对应圆心与横向连接方向夹角分别为0°，90°、180°、270°位置，各注浆孔孔径为30～50mm。本专利技术还提供一种新型管幕支护结构的施工方法，包括如下步骤：S1、根据工程要求设计管幕支护体系，确定钢管，上、下翼缘板、锁扣、大肋板及小肋板的尺寸、数量及位置，钢材在厂区加工成型，并通过焊接完成钢管与相应构件的组装；S2、于施工位置开挖竖井，设置反力墙，搭建施工平台；S3、架设顶管设备，安装水平定向钻机，并完成导向孔施工；S4、按从上至下的顺序逐层进行n形结构第一钢管与第二钢管的顶管施工；第一钢管与第二钢管交替顶入，相邻两钢管顶进时，后者上翼缘板通过锁扣与前者上翼缘板锁扣相连；顶管施工的同时进行注浆减阻；S5、当本体系最下部支脚处钢管顶进完成后，对其左、右及下部土体进行注浆加固；S6、当对支脚周围土体加固后，首先进行锁扣间清土，当锁扣间土体清空后注入微膨胀水泥浆；当微膨胀水泥浆达到设计强度后进行管间清土，当管间土体清空后，注入自密实混凝土；当管间混凝土达到设计强度后进行管内清土，管内土体清空后，注入自密实混凝土；S7、随着洞室开挖，依次进行相邻两钢管下翼缘板间的焊接。进一步地，所述锁扣间清土、管内清土和管内清土工作使用高压水枪并配合吸砂机或水平螺旋钻进行。本专利技术具有以下优点：在下穿既有建筑物、构筑物及城市公路的浅埋大断面隧道工程中，采用本专利技术提供的支护体系及施工方法可有效减少地表沉降，保证上部结构的安全可靠性，地下空间利用率高，结构受力更加合理，工法与工序简单，经济性较强。同时，在不破坏钢管完整性的前提下，管幕各组成构件受力更加合理，充分发挥了各组成构件的性能，提高了管幕整体的横向刚度和承载力，有效抵挡了上部土体脱落，阻止了渗水现象，施工现场加工步骤较少，工法及工序简单，顶进较容易，显著提高了施工效率及工程质量。基于上述理由本专利技术可在隧道与地下工程建设领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术浅埋管幕支护体系示意图。图2为本专利技术各组成构件连接关系简易示意图。图3为本专利技术第一钢管及相关连接构件示意图。图4为本专利技术第二钢管及相关连接构件示意图。图5为本专利技术第一钢管与第二钢管连接示意图。图中：1、第一钢管；2、第二钢管；3、外加固土体；4、第一上翼缘板；5、第一下翼缘板；6、第一大肋板；7、第一小肋板；8、C型钢锁扣；9、第二上翼缘板；10、第二下翼缘板；11、第二大肋板；12、第二小肋板；13、T形锁扣；14、注浆孔；15、管内填充的自密实混凝土；16、管间间隔填充的自密实混凝土；17、锁扣中填充的微膨胀水泥浆。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种浅埋管幕支护体系，其特征在于，包括间隔布设的若干第一钢管、第二钢管和置于各钢管上的连接机构，所述第一钢管的连接机构包括第一上翼缘板、第一下翼缘板、第一大肋板、第一小肋板，所述第一上翼缘板、第一下翼缘板均为两块且分别固设于第一钢管的两侧，所述第一大肋板与第一小肋板分别固设于第一钢管的两侧、第一上翼缘板与第一下翼缘板中间位置，所述第一上翼缘板的端部固设有C型钢锁扣；所述第二钢管的连接机构包括第二上翼缘板、第二下翼缘板、第二大肋板、第二小肋板，所述第二上翼缘板、第二下翼缘板均为两块且分别固设于第二钢管的两侧，所述第二大肋板与第二小肋板分别固设于第二钢管的两侧、第二上翼缘板与第二下翼缘板中间位置，所述第二上翼缘板的端部固设有与C型钢锁扣匹配且可在其凹槽内滑动的T形锁扣，体系中各板均平行于水平面，各第一钢管、第二钢管的上翼缘板平齐，下翼缘板也平齐，第一大肋板与第二大肋板具有高度差；间隔布设后的第一钢管、第二钢管呈n字型，n字型的左上角和右上角为第三钢管和第四钢管，所述第三钢管、第四钢管分别为适应性调整后的第一钢管、第二钢管，其连接机构中两上翼缘板、下翼缘板呈直角排布，大肋板与小肋板设于上翼缘板与下翼缘板中间位置；各钢管上均开设注浆孔，体系构筑过程中，相邻钢管通过锁扣连接后通过焊接将相邻的下翼缘板紧固，锁扣间隙、管间间隔、管内填充预设的填充物。...

【技术特征摘要】
1.一种浅埋管幕支护体系，其特征在于，包括间隔布设的若干第一钢管、第二钢管和置于各钢管上的连接机构，所述第一钢管的连接机构包括第一上翼缘板、第一下翼缘板、第一大肋板、第一小肋板，所述第一上翼缘板、第一下翼缘板均为两块且分别固设于第一钢管的两侧，所述第一大肋板与第一小肋板分别固设于第一钢管的两侧、第一上翼缘板与第一下翼缘板中间位置，所述第一上翼缘板的端部固设有C型钢锁扣；所述第二钢管的连接机构包括第二上翼缘板、第二下翼缘板、第二大肋板、第二小肋板，所述第二上翼缘板、第二下翼缘板均为两块且分别固设于第二钢管的两侧，所述第二大肋板与第二小肋板分别固设于第二钢管的两侧、第二上翼缘板与第二下翼缘板中间位置，所述第二上翼缘板的端部固设有与C型钢锁扣匹配且可在其凹槽内滑动的T形锁扣，体系中各板均平行于水平面，各第一钢管、第二钢管的上翼缘板平齐，下翼缘板也平齐，第一大肋板与第二大肋板具有高度差；间隔布设后的第一钢管、第二钢管呈n字型，n字型的左上角和右上角为第三钢管和第四钢管，所述第三钢管、第四钢管分别为适应性调整后的第一钢管、第二钢管，其连接机构中两上翼缘板、下翼缘板呈直角排布，大肋板与小肋板设于上翼缘板与下翼缘板中间位置；各钢管上均开设注浆孔，体系构筑过程中，相邻钢管通过锁扣连接后通过焊接将相邻的下翼缘板紧固，锁扣间隙、管间间隔、管内填充预设的填充物。2.根据权利要求1所述的浅埋管幕支护体系，其特征在于，各钢管规格相同，钢管直径均为D，钢管厚度均为H，其中，各上翼缘板、下翼缘板、大肋板、小肋板均通过焊接方式固接在相应钢管上，同类型的板厚度相同，各类型板厚度范围均为0.8H～1.5H。3.根据权利要求1或2所述的浅埋管幕支护体系，其特征在于，同钢管同侧的上翼缘板与下翼缘板沿穿过钢管形心的水平线对称固设，其垂直间距沿钢管水平方向中线分布，具体垂直间距为0.65～0.85D。4.根据权利要求1或2所述的浅埋管幕支护体系，其特征在于，各大肋板均为直角梯形钢板，其中，锐角角度为30～60度，每根钢管同侧平齐设置2个大肋板，其纵向间隔为0.5～2D；第一大肋板与第一上翼缘板距离为0.08～0.2D；第二大肋板与第二上翼缘板距离为0.08～0.15D；第一大肋板与第二大肋板垂直间距大于20cm或...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文，金文强，李天亮，董驾潮，陈阳，马娇，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21