一种适用于地铁深基坑的空心钢管混凝土支撑结构的制作方法

本发明的实施例属于轨道交通工程技术领域，更具体地，涉及一种适用于地铁深基坑的空心钢管混凝土支撑结构。

背景技术：

在地铁深基坑施工中，主要是窄长型基坑。目前，对于地铁基坑采用的主要支撑体系一般为钢筋混凝土或钢管支撑，尤其是钢管支撑应用较为广泛，其优势是钢支撑可以重复利用，但是钢结构的失稳问题是承载力的重要制约因素。

为了解决钢管支撑存在的承载力不够、容易失稳等问题，有专利提出了采用钢管混凝土支撑，可以有效解决钢支撑的失稳问题，但填充混凝土重量大，引起支撑弯矩加大，实际对支撑的受压承载力存在很大影响。

常规钢支撑重量轻、便于运输及安装，但存在在轴压力较大时失稳的问题；钢管混凝土支撑，有效解决了失稳问题，但因填充混凝土重量大，引起支撑弯矩加大，也制约支撑受压压设计承载力。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种适用于地铁深基坑的空心钢管混凝土支撑结构，可以避免常规钢支撑及钢管混凝土支撑存在的问题，即可充分发挥支撑的抗压承载力，又可避免钢管混凝土支撑重量大、运输及安装不便等问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种适用于地铁深基坑的空心钢管混凝土支撑结构，包括第一钢管、第二钢管和混凝土层；

其中，所述第一钢管设于最外层，直径为600～1200mm，用于直接承载外界载荷作用；

所述第二钢管设于所述第一钢管内部，其直径根据所述第一钢管和混凝土层的厚度确定，用于压紧所述混凝土层；

所述混凝土层，其设于所述第一钢管和第二钢管之间，厚度为50～200mm，用于连接所述第一钢管和第二钢管，从而形成整体钢管混凝土支撑结构。

进一步地，所述混凝土层为微膨胀混凝土，用于在凝固后体积膨胀实现对所述第一钢管和第二钢管的约束作用。

进一步地，所述混凝土层为轻质混凝土，用于减轻所述钢管混凝土支撑结构的重量。

进一步地，所述第一钢管的壁厚为8～16mm，用于保证足够的强度和刚度。

进一步地，所述第二钢管的壁厚为8～16mm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的空心管混凝土支撑结构，采用新的空心钢管混凝土支撑设计，可以在减小支撑尺寸的条件下，达到及超过原钢支撑的承载力，同时也能减少支撑的自重，方便支撑的运输及安装。

(2)本发明的空心管混凝土支撑结构，可以有效减小支撑直径，提高支撑的受压承载力，避免钢支撑存在的稳定性问题，也避免钢管混凝土支撑存在的自重过大，受压承载力限制的问题。

(3)本发明的空心管混凝土支撑结构，方便运输简化支撑安装，可加快施工速度，改善施工条件，经济合理，技术成熟，应用前景广阔，具备良好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为现有技术中常规钢管支撑断面示意图；

图2为现有技术中常规钢管混凝土支撑断面示意图；

图3为本发明实施例的一种空心钢管混凝土支撑断面示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-第一钢管、2-混凝土层、3-第二钢管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在地铁深基坑施工中，主要是窄长型基坑。图1为现有技术中常规钢管支撑断面示意图。如图1所示，这种支撑结构可以重复使用，而且吊装方便，施工效率高，可以大大节约施工成本。但是这种支撑结构，由于钢管是中空结构，内部无任何支撑物体，在基坑侧壁土体及水压力较大的载荷作用下，该支撑钢管容易产生弹性变形，甚至是塑性变形，从而导致支撑结构失稳，承载力急剧下降，极易造成轨道交通基坑重大安全事故。

为了解决上述问题，出现了钢管混凝土支撑结构。图2为现有技术中常规钢管混凝土支撑断面示意图。如图2所示，在外层第一钢管内部，填充混凝土结构，从而大大增强了这种支撑结构的承载能力，此外，由于钢管内填充了混凝土形成了钢管混凝土结构，这种结构即使在较大载荷的工况下，也不会发生变形，不会导致支撑结构失稳，具备很高的可靠性，有效解决了失稳问题，但因填充混凝土重量大，引起支撑弯矩加大，也制约支撑受压压设计承载力，此外，这种结构填充的混凝土体量巨大，工程成本非常高。

因此，为了解决上述问题，本发明提出一种空心钢管混凝土支撑结构。图3为本发明实施例的一种空心钢管混凝土支撑断面示意图。如图3所示，该支撑结构外层采用第一钢管、内层采用第二钢管，在第一钢管和第二钢管之间填充混凝土，第二钢管内部采用中空结构，从而形成空心钢管混凝土支撑结构。这种空心钢管混凝土支撑结构，利用内外钢管之间的混凝土，参与支撑受压。内部钢管主要作用是参与约束混凝土，可以大幅度提高混凝土的受压承载力，同时减小了支撑的自重。内外钢管同时存在对混凝土的约束，可以提高混凝土延性，提高混凝土的受压承载力。因为内外钢管之间混凝土的存在，内外钢管也受到约束，可以有效避免钢管的失稳。综合利用钢管及混凝土材料的性能的方法，可以减小支撑尺寸及重量，方便施工及运输、安装。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，外侧第一钢管的直径根据实际需求确定，优选为600～1200mm。该第一钢管的壁厚根据实际需求确定，一般为8～16mm，保证足够的强度和刚度。

在本发明的一个实施例中，中间混凝土的厚度为50～200mm。在满足支撑结构承载力的情况下，混凝土层的厚度越薄越有助于减轻整个钢管混凝土支撑结构的重量，节省混凝土用量。具体混凝土层的厚度根据外界载荷确定，保证足够的承载力。

在本发明的一个实施例中，中间混凝土层可以采用轻质混凝土或微膨胀混凝土，进一步减轻钢管混凝土结构的重量。此外，微膨胀混凝土在凝固后，体积膨胀，填充混凝土对第一钢管和第二钢管形成很强的约束作用，牢固的将其连接成一个整体，克服钢支撑失稳的风险，可以有效减少支撑的总重量及截面尺寸，方便运输及安装，提高使用效率。

在本发明的一个实施例中，内层第二钢管的直径根据第一钢管及混凝土层的厚度确定。第二钢管的厚度根据实际需求确定，一般为8～16mm，保证足够的强度和刚度。

在本发明的一个实施例中，第一钢管和第二钢管的厚度不同，内侧第二钢管的存在，为内部填充的混凝土提供有效的约束，提高混凝土的受压承载力；同时可以避免混凝土的大量填充，减少支撑构件的总重量。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种适用于地铁深基坑的空心钢管混凝土支撑结构，包括第一钢管(1)、第二钢管(3)和混凝土层(2)；其中，所述第一钢管(1)设于最外层，直径为600～1200mm，用于直接承载外界载荷作用；所述第二钢管(3)设于所述第一钢管(1)内部，其直径根据所述第一钢管(1)和混凝土层(2)的厚度确定，用于压紧所述混凝土层(2)；所述混凝土层(2)，其设于所述第一钢管(1)和第二钢管(3)之间，厚度为50～200mm，用于连接所述第一钢管(1)和第二钢管(3)，从而形成整体钢管混凝土支撑结构。本发明的钢管混凝土支撑结构，在减小尺寸的条件下，达到及超过钢管支撑的承载力，同时也能减少结构的自重，方便支撑的运输及安装。

技术研发人员：林蓼;雷崇;费金新;杨宗元
受保护的技术使用者：中铁第四勘察设计院集团有限公司
技术研发日：2017.07.13
技术公布日：2017.09.29