一种与棚盖法施工结合的可拆卸U型初期支护的方法技术

本发明专利技术公开了一种与棚盖法施工结合的可拆卸U型初期支护的方法，本方法采用U型钢架与大直径管棚相连接的方法，U型钢架安装方便，可拆卸重复利用，大大节省了工期与材料，同时充分发挥了大直径管棚的承载能力，无需在导洞顶部施作初期支护，并与前序施作的超前预支护(大直径管棚)组成联合支护体系，充分展示了隧道支护结构体系的协同作用。为隧道支护结构体系协同优化设计提供了新思路。管棚与U型初支的结合与从上到下依次为：大直径管棚、连接件、垫块、调节件、侧墙型钢钢架(型钢之间通过螺栓连接)、锁脚锚管、底部格栅钢架(格栅之间通过螺栓连接)。

【技术实现步骤摘要】
一种与棚盖法施工结合的可拆卸U型初期支护的方法
本专利技术涉及地下洞室施工领域，具体为一种与棚盖法施工结合的可拆卸U型初期支护方法。
技术介绍
随着我国经济快速发展,很多城市中心城区交通状况日益恶化,为缓和交通压力,需要在交通繁忙的公路、铁路和既有建筑物等结构物下面修建城市地铁、公路隧道、铁路隧道、地下过街通道等地下工程,以缓和交通压力,分散客流,方便行人穿越马路,解决行人“过街难”的问题。如何能保证在安全施工的前提下，尽可能减小对周围建(构)筑物的扰动以及保证地表的交通正常运行是地下空间开发亟待解决的问题。浅埋暗挖法施工时一般采用超前预支护方法对开挖前方上体进行预加固,以支承地面荷载和防止隧道因覆盖层较薄而开挖时崩塌影响到地表。管棚法是在较大范围内稳定地层,也即在浅埋隧道中,控制围岩松弛,防止地表下沉中比较常用的方法。具体指软弱围岩隧道施工时,在工作面开掘前沿隧道顶部轮廓以一定的间距、沿洞轴以一定的外插角呈外插状布置水平扩散孔(特殊情况下也可沿侧壁轮廓打水平扩散孔),成孔后推入钢管,并通过向钢管压注水泥浆、砂浆或设钢筋笼注入水泥砂浆,增加围岩抗剪强度,使管棚与围岩形成钢管棚架体系,形成孔系管棚作为超前支护,在超前支护条件下边开挖边作初期支护及永久性衬砌。在现有技术中，工程上大多采用小直径管棚(管径仅为79～129mm)与格栅拱架配合短进尺的动态施工方法来控制沉降；而对于城市超浅埋暗挖车站来说，由于车站周边环境的复杂性，小直径管棚已不再适用于此类工程。同时，一般的隧道初期支护通常采用由喷射混凝土与型钢钢架或格栅钢架配合锚杆支护组成的组合结构，而对于大直径管棚与隧道可拆卸U型初期支护的结合还未有先例。基于此，专利技术一种与棚盖法施工结合的可拆卸U型初期支护的方法，无需在导洞顶部施作初期支护，可充分发挥大直径管棚的承载能力，并与前序施作的超前预支护组成联合支护体系，充分展示了隧道支护结构体系的协同作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种与棚盖法施工结合的可拆卸U型初期支护的方法，采用U型钢架与大直径管棚相连接的方法，U型钢架安装方便，可拆卸重复利用，大大节省了工期与材料，同时充分发挥了大直径管棚的承载能力，无需在导洞顶部施作初期支护，并与前序施作的超前预支护(大直径管棚)组成联合支护体系，充分展示了隧道支护结构体系的协同作用。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种与棚盖法施工结合的可拆卸U型初期支护的方法，管棚与U型初支的结合与从上到下依次为：A大直径管棚、B连接件、C垫块、D调节件、E侧墙型钢钢架(型钢之间通过螺栓连接)、F锁脚锚管、G底部格栅钢架(格栅之间通过螺栓连接)。管棚与U型初支具体结合方式为：A、在暗挖导洞内大直径管棚底部设置连接件，连接件包括弧形托板与挡板，托板与管棚、托板与挡板之间焊接连接；B、连接件底部为垫板，垫板为按设计尺寸加工好的厚钢板(具体数量根据管棚与调节件的距离合理配置)；C、垫板底部为调节件，调节件为工字型钢与厚钢板焊接而成(调节件工字钢长度根据现场管棚实际标高进行调整，使上端钢板离管棚底约3cm～5cm为宜，最大不超过10cm，以保证挡板的有效约束)；D、调节件与侧墙型钢钢架通过螺栓连接；E、侧墙型钢钢架分节之间采用螺栓连接(螺栓型号和数量根据螺栓与型钢之间的剪切强度确定)，施工时连接板密贴，螺栓需拧紧；相邻型钢钢架设纵向连接筋，采用机械连接或焊接；F、导洞上台阶侧墙钢架就位完成以后及时打设锁脚锚管(焊接钢管)，并与钢架焊接牢靠，及时灌浆，以减少沉降；G、U型导洞底板格栅与角钢焊接，角钢上打设螺栓孔，待侧墙型钢钢架与顶部管幕连接固定后，底板格栅与侧墙型钢钢架通过螺栓连接(螺栓型号和数量根据角钢与型钢之间的剪切强度确定)。本专利技术中U型导洞底板应与地基基础密贴，具体为导洞开挖完成，架设底板钢架时，将虚渣清理干净，用垫板将钢架与地基基础之间间隙垫实；导洞底部通过喷射混凝土及初支背后注浆使其形成稳定的基础，以控制棚盖的沉降。本专利技术的优点为：(1)U型支护导洞侧墙型钢钢架与大直径管棚采用特定连接件、挡板及垫块进行连接，确保大直径管棚竖向力的传递,有效的发挥了大直径管棚的承载能力，无需在导洞顶部施作初期支护，大直径管棚与侧墙、仰拱初期支护形成闭合体系，保证了施工期的安全性。(2)U型支护导洞侧墙型钢钢架分节之间采用螺栓连接,安装方便，操作简易，可拆卸重复利用，节省材料，同时也大大缩短了工期。(3)该方法将棚盖法施工与初期支护相结合，采用U型钢架与大直径管棚相连接的方法，可拆卸U型初期支护与前序施作的超前预支护组成联合支护体系，充分展示了隧道支护结构体系的协同作用。为隧道支护结构体系协同优化设计提供了新思路。附图说明图1为初期支护结构整体立面图。图2为拼接节点详图。图3为拼接节点横剖面图。图4为拼接节点纵剖面图。图5为拼接节点加劲肋板图。图6为拐角节点详图。图7为拐角节点X-X剖面。图8为拐角节点Y-Y剖面。图9为腹板开孔图。图10为初支背后注浆管布置图。附图中关于构件和材料的编号说明：1.管幕、2.钢板、3.螺栓、4.加劲肋板、5.螺栓孔、6.双面焊、7.加劲肋板、8.四周围焊、9.帮焊钢板、10.腹板开孔、11.加劲肋板、12.四周围焊、13.工字钢和帮焊钢板四面围焊、14.双面焊、15.加劲肋板、16.初支背后注浆管具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。本专利技术为一种与棚盖法施工结合的可拆卸U形初期支护结构及其施作方法。具体的实施方法为：(1)型钢材料准备：准备符合图示要求的型钢作为两侧型钢柱和底部型钢的材料，并按图示要求进行腹板开孔。(2)连接接头的准备：连接接头处(型钢端部)按照图示要求焊接钢板，并按图示位置和尺寸开螺栓孔。按图示要求准备加劲肋版，并焊接在接头部分的指定位置。(3)拐角节点的准备：两型钢按照图示要求在连接处放置，按照图示要求进行焊接。之后将规定尺寸的帮焊钢板在图示位置贴合，按照图示要求进行焊接。最后将加劲肋板与立柱型钢内侧翼缘对齐，并焊接。(4)现场组装和施工：钢架在地面工厂加工验收合格后，在开挖作业面按照图纸要求进行操作，具体操作步骤如下：步骤一：按照管幕间距，预留核心土开挖上台阶土体，清理管幕底表面残留土体，设置型钢挡板限制U型格栅顶部水平位移，型钢两侧挡板与棚盖采取焊接连接，在型钢接头与管幕之间采用钢板楔紧，形成“刚对刚”节点，实现U型初支与棚盖密贴。步骤二：开始分节架立侧墙型钢钢架(依据断面中线及标高，准确就位)，型钢钢架分节之间采用螺栓连接(螺栓型号和数量根据螺栓与型钢之间的剪切强度确定)。步骤三：型钢钢架纵向采用单排连接筋，纵向连接筋均采用机械连接。牙顶宽度大于0.3P，不合格螺纹累计长度不得超过两个螺纹周长。标准型钢筋丝头螺纹的有效丝扣长度为1/2套筒长度，其允许误差为+2P(P为螺距)。接头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种与棚盖法施工结合的可拆卸U型初期支护的方法，其特征在于：该方法的具体实施过程如下：/n(1)型钢材料准备：准备型钢作为两侧型钢柱和底部型钢的材料，并进行腹板开孔；/n(2)连接接头的准备：连接接头处焊接钢板，并按位置和尺寸开螺栓孔；按要求准备加劲肋版，并焊接在接头部分的指定位置；/n(3)拐角节点的准备：两型钢在连接处放置，并进行焊接；之后将规定尺寸的帮焊钢板在位置贴合进行焊接；最后将加劲肋板与立柱型钢内侧翼缘对齐，并焊接；/n(4)现场组装和施工：钢架在地面工厂加工验收合格后，在开挖作业面按照图纸要求进行操作；/n(5)拆卸时，首先将侧墙型钢钢架与顶部管幕之间的调节件进行切割，解除二者之间的有效连接；其次将上下节侧墙型钢钢架分节之间的螺栓拧开，解除连接筋以及锁脚锚管的约束后，拆除上节侧墙型钢钢架，待重复利用；最后将底部格栅与下节型钢钢架之间的螺栓拧开，拆除下节侧墙型钢钢架，待重复利用。/n

【技术特征摘要】
1.一种与棚盖法施工结合的可拆卸U型初期支护的方法，其特征在于：该方法的具体实施过程如下：
(1)型钢材料准备：准备型钢作为两侧型钢柱和底部型钢的材料，并进行腹板开孔；
(2)连接接头的准备：连接接头处焊接钢板，并按位置和尺寸开螺栓孔；按要求准备加劲肋版，并焊接在接头部分的指定位置；
(3)拐角节点的准备：两型钢在连接处放置，并进行焊接；之后将规定尺寸的帮焊钢板在位置贴合进行焊接；最后将加劲肋板与立柱型钢内侧翼缘对齐，并焊接；
(4)现场组装和施工：钢架在地面工厂加工验收合格后，在开挖作业面按照图纸要求进行操作；
(5)拆卸时，首先将侧墙型钢钢架与顶部管幕之间的调节件进行切割，解除二者之间的有效连接；其次将上下节侧墙型钢钢架分节之间的螺栓拧开，解除连接筋以及锁脚锚管的约束后，拆除上节侧墙型钢钢架，待重复利用；最后将底部格栅与下节型钢钢架之间的螺栓拧开，拆除下节侧墙型钢钢架，待重复利用。


2.根据权利要求1所述的一种与棚盖法施工结合的可拆卸U型初期支护的方法，其特征在于：开挖作业面按照图纸要求的具体操作步骤如下，
步骤一：按照管幕间距，预留核心土开挖上台阶土体，清理管幕底表面残留土体，设置型钢挡板限制U型格栅顶部水平位移，型钢两侧挡板与棚盖采取焊接连接，在型钢接头与管幕之间采用钢板楔紧，形成“刚对刚”节点，实现U型初支与棚盖密贴；
步骤二：开始分节架立侧墙型钢钢架，型钢钢架分节之间采用螺栓连接；
步骤三：型钢钢架纵向采用单...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨陕南，陶连金，董立朋，宋卓华，何占江，张宇，鄢和平，于兆源，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司，北京工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44