顶管工作井洞口加固装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种顶管工作井洞口加固装置，属于顶管工作井加固措施领域，该装置包括：基坑支护结构体和洞口支护结构体；其中，基坑支护结构体为设有开口的环形结构体；洞口支护结构体设置在基坑支护结构体的环形结构体的开口处，与基坑支护结构体连接成整体的环形结构；洞口支护结构体上设有由弧板拼装成的圆环形洞口。该加固装置通过设置环形洞口支护结构体，其上设有由弧板拼装成的圆环形洞口，使该洞口结构紧固，方便施工中顶管机的进出，该加固装置，结构简单，便于拆装，特别是洞口支护结构体可方便的回收再利用。
【专利说明】顶管工作井洞口加固装置【技术领域】
[0001]本发明涉及顶管工作井加固措施领域，特别是涉及一种顶管工作井洞口加固装置。
【背景技术】 [0002]顶管施工方法在地下管线铺设过程中因其有着综合成本少、施工周期短、环境污染低、不影响交通、安全性高等众多优点而被广泛采用。在顶管施工中必须要建造工作井，且施工费用占总工程一半以上，而顶管机进出洞口封门和洞口止水在顶管工程中尤为重要。工作坑壁上设置的洞口供顶管机出入洞，洞口设置的止水圈是为防止从洞口向坑内流水、流砂及注浆返浆。
[0003]目前，顶管工作井洞口的加固措施根据顶管工作井支护结构的不同而采用不同的方式。对于沉井工作井，是在沉井结构上预留洞口，并在结构上设置止水装置，当洞口采用普通砖块砌筑临时封门，顶管出洞时，需要用风镐将砖块砌筑体凿除，该洞口封门方式属于一次性投入、不可回收利用，且洞口砌筑体凿除有一定难度。当采用钢板桩封门时，需要先拆除砌筑体，再用起重机逐根拔起井壁外侧钢板桩，该方式中钢板桩的打入拔出难度大，并且也需要拆除砌筑体。对于钢板桩工作井，可拔起或切割钢板桩露出洞口，并采取措施防止洞口上方的钢板桩下落，其洞口止水是在后背墙正对的坑壁前方(顶进方向)浇筑一道止水墙，在该方式中钢板桩的拔除和切割有难度，且需要另外浇筑止水墙。综上，现有的用于顶管工作井洞口的支护结构存在不可回收利用、施工难度大、施工周期长、工程造价高等问题。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种顶管工作井洞口加固装置，能支护加固顶管工作井洞口，方便顶管工作井洞口进出，且各部件便于拆装回收再利用，从而解决现有的支护结构的各部件不可拆装回收利用的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种顶管工作井洞口加固装置，包括:
[0006]基坑支护结构体和洞口支护结构体；其中，
[0007]所述基坑支护结构体为设有开口的环形结构体；
[0008]所述洞口支护结构体设置在所述基坑支护结构体的环形结构体的开口处，与所述基坑支护结构体连接成整体的环形结构；
[0009]所述洞口支护结构体上设有由弧板拼装成的圆环形洞口。
[0010]本发明的有益效果为:通过设置环形洞口支护结构体，其上设有由弧板拼装成的圆环形洞口，该洞口结构紧固，方便施工中顶管机的进出，该加固装置，结构简单，便于拆装，特别是洞口支护结构体可方便的回收再利用。
【专利附图】
【附图说明】[0011]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0012]图1为本发明实施例提供的顶管工作井洞口加固装置的示意图；
[0013]图2为本发明实施例提供的加固装置的环形洞口支护结构体的示意图；
[0014]图3为本发明实施例提供的加固装置的环形洞口支护结构体的俯视示意图；
[0015]图4为本发明实施例提供的环形洞口支护结构体的作为中间支护单元的特殊钢结构单元一的洞口外段示意图；
[0016]图5为本发明实施例提供的环形洞口支护结构体的作为洞口内支护单元的特殊钢结构单元一的洞口内段示意图；
[0017]图6为本发明实施例提供的环形洞口支护结构体的特殊钢结构单元一的洞口内段与洞口外段连接示意图；
[0018]图7为本发明实施例提供的环形洞口支护结构体的作为中间支护单元的特殊钢结构单元二的洞口外段示意图；
[0019]图8为本发明实施例提供的环形洞口支护结构体的作为洞口内支护单元的特殊钢结构单元二的洞口内段示意图；
[0020]图9为本发明实施例提供的环形洞口支护结构体的特殊钢结构单元二的洞口内段与洞口外段连接示意图；
[0021]图10为本发明实施例提供的环形洞口支护结构体的作为底部支护单元的特殊钢结构单元三的洞口外段示意图；
[0022]图11为本发明实施例提供的环形洞口支护结构体的作为洞口内支护单元的特殊钢结构单元三的洞口内段示意图；
[0023]图12为本发明实施例提供的环形洞口支护结构体的特殊钢结构单元三的洞口内段与洞口外段连接示意图；
[0024]图13为本发明实施例提供的顶管工作井洞口加固装置设置止水装置的加固钢套筒的示意图；
[0025]图14为本发明实施例提供的顶管工作井洞口加固装置的止水装置的侧剖面示意图；
[0026]图15为本发明实施例提供的加固装置的止水装置的加固钢套筒示意图；
[0027]图16为本发明实施例提供的加固装置的基坑支护结构体的支护单元体示意图；
[0028]图17为本发明实施例提供的加固装置中使用的环向连接构件的示意图；
[0029]图18为图17的A-A向示意图；
[0030]图19为图17的B处放大示意图；
[0031]图20为本发明实施例提供的加固装置中的单层非进出洞段支护结构层的示意图；
[0032]图21为本发明实施例提供的加固装置中的单层进出洞段支护结构层的示意图。【具体实施方式】[0033]下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0034]图1所示为本发明实施例提供一种顶管工作井洞口加固装置，该装置包括:基坑支护结构体I和洞口支护结构体2 ；
[0035]其中，基坑支护结构体I为设有开口的环形结构体；
[0036]洞口支护结构体2设置在基坑支护结构体I的环形结构体的开口处，与基坑支护结构体I连接成整体的环形结构；
[0037]洞口支护结构体2上设有由弧板拼装成的圆环形洞口。
[0038]如图2、3所示，上述加固装置中，环形洞口支护结构体2包括:
[0039]顶部支护单元21、底部支护单元22、若干中间支护单元23、螺栓和若干竖向连接杆24 ;其中，
[0040]顶部支护单元21和底部支护单元22的中间部位设有弧板211、221 ；
[0041]若干中间支护单元的一端设有弧板234 ；
[0042]若干中间支护单元分层设置在顶部支护单元与底部支护单元之间，经若干竖向连接杆24连接成整体的弧形板状结构；
[0043]若干中间支护单元设置弧板的一端相对设置，相对的弧板之间间隔一定距离；
[0044]顶部支护单元21、底部支护单元22和若干中间支护单元23上设置的弧板经螺栓连接后拼装成圆环形洞口。
[0045]上述加固装置中，若干竖向连接杆24设置在弧板经螺栓连接后拼装成的圆环形洞口两侧。
[0046]如图4至12所示，上述加固装置中，环形洞口支护结构体还包括:
[0047]多个洞口内支护单元20，各洞口内支护单元两端均设有弧形连接片，各洞口内支护单元通过端部的弧形连接片经螺栓连接在圆环形洞口内壁上，连接后的多个洞口内支护单元填满圆环形洞口的开口。
[0048]如图13所示，上述加固装置还包括:止水装置3，套装在环形洞口支护结构体2的圆环形洞口内。
[0049]如图14所示，上述加固装置中，止水装置3由加固钢套筒33、止水胶板32、压板31和紧固螺栓34构成；其中，
[0050]止水胶板32夹设在夹板31与加固钢套筒33之间，通过紧固螺栓34连接；
[0051]加固钢套筒33套装在环形洞口支护结构体2的圆环形洞口的内壁上。
[0052]如图15所示，上述加固装置中，加固钢套筒33由一体结构的内套筒331和设置在内套筒端部的外沿332构成。
[0053]如图1所示，上述加固装置中，环形基坑支护结构体包括:
[0054]多个支护单元结构体11和多个竖向连接构件12 ;其中，
[0055]多个支护单元结构体分层设置，通过多个竖向连接构件固定连接成整体的开口环形结构体。
[0056]上述加固装置中，支护单元结构体11包括:多个支护单元体111、多个环向连接件112和伸缩式连接器113 ;其中，多个支护单元体通过伸缩式连接器和多个环向连接件连接成能经伸缩式连接器调整直径尺寸的具有开口的圆环形结构体。
[0057]如图16所示，上述加固装置中，各支护单元体111由长方形弧形板1114和固定设置在长方形弧形板1114 一侧中间部位的弧形管1113构成；弧形管1113的管体与长方形弧形板1114之间设有若干垫块1112，使弧形管1113的管体与长方形弧形板1114之间分离具有空隙，以便于安装竖向连接构件12 ;弧形管1113的两端均设有螺栓孔1111、1115。
[0058]如图17、18、19所示，环向连接件112由两端设有连接孔1123的连接管件1121、1122和能设置在连接孔内的连接螺栓构成。
[0059]伸缩式连接器113包括:两个连接头和连接管；其中，两个连接头的一端分别通过螺纹活动连接在连接管两端的内螺纹上；各连接头的自由端设有连接支护单元体的通孔，连接管中间部位设有卡紧部。伸缩式连接器113的结构与环向连接器112基本一致，可以参见图17至19。
[0060]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明
[0061]该顶管工作井洞口加固装置可满足顶管机进出洞及洞口止水要求，该加固装置由钢结构支护层和止水装置等组成。其中钢结构支护层由基坑支护结构体(由标准钢结构单元构成)和洞口支护结构体(由特殊钢结构单元构成)拼装而成，两个钢结构单元间设置预紧构件，用于对土层施加反力，顶管机进出洞时，拆除洞口支护结构体的洞口内段，并安装止水装置；止水装置由加固钢套筒、止水胶板、压板等组成，加固钢套筒一方面对洞口支护结构进行加固，另一方面作为止水装置的套筒使用，使止水效果更佳，通过螺栓将止水胶板、压板和加固钢套筒连接，止水装置的安装更换方便。
[0062]下面分别对基坑支护结构体和洞口支护结构体进行说明:
[0063](I)钢结构支护层:
[0064]钢结构支护层由基坑支护结构体(由标准钢结构单元构成)和洞口支护结构体(由特殊钢结构单元构成)共同拼装而成，结构材料可重复利用。非进出洞段(指洞口以上或以下的支护结构)每层采用6块标准钢结构单元拼装而成，进出洞段(指与洞口在同一高度的支护结构)每层采用由5块标准钢结构单元和I块特殊钢结构单元拼装而成，每两个钢结构单元之间通过一个环向连接构件连接。下面以工作井直径5米，洞口直径1.2米为例进行说明。
[0065](11)由标准钢结构单元构成的基坑支护结构体，整体结构参见图1，其中，标准钢结构单元采用钢片1114、垫块1112和钢管1113焊接而成。见图16。钢片采用Q235碳素结构钢板，其弧长为2600mm，厚度为4mm，高为200mm，其曲率半径为2496mm，所对应的圆心角为59.64。，钢板弯曲度为12.71% ;钢管采用Q235钢管，弧长为2300mm，其外径为60mm,壁厚为8mm，其曲率半径为2406mm，所对应的圆心角为54.77°，钢管弯曲度为11.72%，每块钢结构的重量为40kg。钢垫块为60X60X60mm的立方块，在每个标准件上有6块钢垫块。钢管和钢垫块均匀布置在钢片的中间位置。钢管两端设有螺栓孔1111、1115尺寸为22X18mm。
[0066](12)由特殊钢结构单元构成的洞口支护结构体，整体结构如图2、3所示，其中，特殊钢结构单元采用钢片、垫块、钢管和弧形钢板焊接，并通过螺栓连接而成。特殊钢结构单元所采用的材料与标准钢结构单元相同，弧形钢板采用Q235碳素结构钢。以洞口直径1.2米为例，其洞口需要由6层特殊钢结构单元纵向排列拼装而成，并且纵向使用多根长钢管将6层特殊钢结构单元连接成一个整体，钢管的长度应满足可以与洞口上、下的标准钢结构单元相连，其连接方式采用脚手架扣件连接(图中未示出)。
[0067]该洞口支护结构体中，上三层和下三层特殊钢结构单元的形状对称。以下只对下三层特殊钢结构单元一、二、三(其中，特殊钢结构单元一、二为中间支护单元，特殊钢结构单元三为底部支护单元)进行说明。钢片厚度、高度、曲率半径，钢管的外径、内径、曲率半径，钢垫块的尺寸布置均与标准件相同。在特殊钢结构单元的钢管两端设置有与标准钢结构单元相同的螺栓孔，用于钢管与连接构件相连。不同处在于特殊钢结构单元由洞口内段(即洞口内支护单元)、洞口外段(中间支护单元与顶部支护单元、底部支护单元)通过螺栓连接拼装而成。
[0068]如图4、7、10所示，洞口外段由钢片231、钢管232、钢垫块233、洞口外段弧形钢板234焊接而成，洞口外弧形钢板厚为5mm，曲率半径为595mm，洞口外段弧形钢板上在四角各预留一个螺栓孔235，用于连接洞口内段和洞口外段，洞口外段弧形钢板沿径向向外延伸50mm，并在延伸段上预留2个螺栓孔236，用于竖向特殊钢结构单元间的连接。
[0069]如5、8、11所示，洞口内段(即洞口内支护单元)由钢片201、钢管202、钢垫块203、洞口内段弧形钢板204焊接而成，洞口内弧形钢板厚5mm，曲率半径为585mm，洞口内段弧形钢板上在四角各预留一个螺栓孔205，用于连接洞口内段和洞口外段。
[0070]洞口外段与洞口内段的连接示意如图6、9、12所示。其中，图6为特殊钢结构单元一的洞口外段与洞口内段的连接示意图，该特殊钢结构单元一的洞口内弧形钢板弧长161mm，洞口外弧形钢板弧长202mm;图9为特殊钢结构单元二的洞口外段与洞口内段的连接示意图，该特殊钢结构单元二的洞口内弧形钢板弧长170mm，洞口外弧形钢板弧长233mm;图12为特殊钢结构单元三的洞口外段与洞口内段的连接示意图，该特殊钢结构单元三的洞口内弧形钢板弧长217mm，洞口外弧形钢板弧长990mm。
[0071](13)连接构件:
[0072]连接构件是指将上述标准结构单元之间、标准结构单元与特殊结构单元之间和单层钢结构支护层之间连接的构件，使支护结构成为一个整体。主要包括环向连接构件，用于标准结构单元之间、标准结构单元与特殊结构单元之间的连接；竖向连接构件用于单层钢结构支护层之间的连接。
[0073](131)环向连接构件
[0074]环向连接采用螺杆套筒构件连接，螺杆套筒构件由螺杆、套筒构成。每层钢结构支护层通过6个螺杆套筒构件连接，使每层钢结构支护层成为一个单独的整体。如图17所示。
[0075]安装使用方法:螺杆与套筒之间通过螺纹连接；在螺杆上预留一个Φ18πιπι的圆孔，在钢管上预留一个22Χ 18mm的螺栓孔，用螺栓穿过螺杆上的圆孔和钢管上的螺栓孔将螺杆套筒连接构件与钢结构单元相连。螺杆套筒构件由旋紧状态到旋松状态可以用作预紧构件，对支护结构施加预紧力。
[0076](132)竖向连接构件:
[0077]采用竖向连接钢管将每层钢结构支护层连接起来，使结构成为一个整体。竖向连接构件采用外径60_的钢管，每相邻三层结构由竖向连接钢管通过脚手架扣件相连接。
[0078]安装使用方法:根据实际安装情况，每层结构均匀安装12根竖向连接钢管，各结构层之间要互相错开安装。当基坑开挖完并支护结构拼装完毕后，采用多跟长钢管，将进出洞段的钢结构支护层连接起来，以提高该段的稳定性，如图1所示的竖向连接杆。竖向连接构件与钢结构单元的钢管间的连接采用脚手架扣件连接。
[0079](2)止水装置:
[0080]如图13、14，止水装置由加固钢套筒、止水胶板、压板等组成。止水胶板、夹板与加固钢套筒通过紧固螺栓相连。止水装置用于防止从洞口向坑内流水、流砂及注浆返浆等问题。保证施工安全、快速。
[0081](21)加固钢套筒
[0082]如图15所示，加固钢套筒为钢制材料制作而成，外沿外径750mm，内径580mm，壁厚15mm ;内套筒外径590mm，内径580mm，内套筒长300mm，外沿与内套筒为一整体结构。
[0083]作用:加固钢套筒一方面对洞口支护结构进行加固，使支护结构整体性更强；另一方面作为止水装置的套筒使用，使止水效果更佳。
[0084]( 22 )止水胶板与压板:
[0085]如图14所示，止水胶板一般由质量较好的橡胶材料制成。要求其拉伸量大于300%，肖氏硬度在50±5度范围内，还要具有一定的耐磨性和较大的扯断拉力。
[0086]压板采用铁制压板，压板的位置可以根据顶管的施工情况加以调整进行固定，压板的内圈应距所顶管的外径4?5cm。
[0087]该加固装置的整体拼装顺序如下:
[0088]第一步非进出洞段拼装:
[0089]a.开挖 0.4m 土体；
[0090]b.拼装一层高0.2m的钢结构支护层，该层由6个标准钢结构单元和6个环向连接构件拼装而成，如图20。旋转环向连接构件，对拼装钢结构支护层施加预紧力；
[0091]c.继续开挖土体到0.6m，拼装第二层钢结构支护层，每两层钢结构支护层间相互错开；
[0092]d.重复上述步骤，并安装竖向连接构件，直至拼装到进出洞段；
[0093]第二步进出洞段拼装:
[0094]a.开挖 0.4m 土体；
[0095]b.拼装一层高0.2m的钢结构支护层，该层由5个标准钢结构单元、I个特殊钢结构单元和6个环向连接构件拼装而成，如图21。旋转预紧构件，对拼装钢结构支护层施加预紧力；
[0096]c.继续开挖土体到0.6m，拼装第二层钢结构支护层，通过螺栓将上下两层的特殊钢结构单元连接，
[0097]d.重复以上步骤，并安装竖向连接构件，直至拼装完成，如图1所示；
[0098]第三步安装洞口止水装置:
[0099]a.对洞口背后土体进行注浆加固，待固结后进行下部工序；
[0100]b.拆卸洞口内段支护结构；
[0101]c.将加固钢套筒吊装到洞口处，如图13所示，用U形螺栓穿过加固钢套筒上的螺栓孔，将钢结构支护层与加固钢套筒连接起来，；
[0102]d.用螺栓穿过压板、止水胶板和加固钢套筒上的螺栓孔，将止水胶板安装在加固钢套筒上；[0103]e.拼装完成。
[0104]本发明实施例提供的有益效果为:(1)洞口支护结构体结构可拆卸，可再次利用，可以方便顶管机进出洞的施工。该支护结构具有安全高效，安装快捷，施工方便，经济环保，可大幅度的减少工期，通过支护结构的预紧可以减小坑壁的位移等优点。(2)加固装置的止水装置利于安装更换，可以有效解决从洞口向坑内流水、流砂及注浆返浆等问题。止水装置的加固钢套筒可以对支护结构进行加固，还用作为止水装置的钢套筒，改善止水效果。该顶管工作井进出洞口加固装置，能够满足顶管进出洞及止水要求，洞口封门和止水装置都可通过拼装组接完成，支护结构安装拆卸方便，可重复利用。
[0105]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种顶管工作井洞口加固装置，其特征在于，包括: 基坑支护结构体和洞口支护结构体；其中， 所述基坑支护结构体为设有开口的环形结构体； 所述洞口支护结构体设置在所述基坑支护结构体的环形结构体的开口处，与所述基坑支护结构体连接成整体的环形结构； 所述洞口支护结构体上设有由弧板拼装成的圆环形洞口。
2.根据权利要求1所述的顶管工作井洞口加固装置，其特征在于，所述环形洞口支护结构体包括: 顶部支护单元、底部支护单元、若干中间支护单元、螺栓和若干竖向连接杆；其中， 所述顶部支护单元和底部支护单元的中间部位设有弧板； 所述若干中间支护单元的一端设有弧板； 所述若干中间支护单元分层设置在所述顶部支护单元与所述底部支护单元之间，经所述若干竖向连接杆连接成整体的弧形板状结构； 所述若干中间支护单元设置弧板的一端相对设置，相对的弧板之间间隔一定距离；所述顶部支护单元、底部支护单元和若干中间支护单元上设置的所述弧板经所述螺栓连接后拼装成圆环形洞口。
3.根据权利要求2所述的顶管工作井洞口加固装置，其特征在于，所述若干竖向连接杆设置在所述弧板经所述螺栓连接后拼装成的圆环形洞口两侧。
4.根据权利要求2所述的顶管工作井洞口加固装置，其特征在于，所述环形洞口支护结构体还包括: 多个洞口内支护单元，各洞口内支护单元两端均设有弧形连接片，所述各洞口内支护单元通过端部的所述弧形连接片经螺栓连接在所述圆环形洞口内壁上，连接后的所述多个洞口内支护单元填满所述圆环形洞口的开口。
5.根据权利要求1至4任一项所述的顶管工作井洞口加固装置，其特征在于，还包括:止水装置，套装在所述环形洞口支护结构体的圆环形洞口内。
6.根据权利要求5所述的顶管工作井洞口加固装置，其特征在于，所述止水装置由加固钢套筒、止水胶板、压板和紧固螺栓构成；其中， 所述止水胶板夹设在所述夹板与所述加固钢套筒之间，通过紧固螺栓连接； 所述加固钢套筒套装在所述环形洞口支护结构体的圆环形洞口的内壁上。
7.根据权利要求6所述的顶管工作井洞口加固装置，其特征在于，所述加固钢套筒由一体结构的内套筒和设置在所述内套筒端部的外沿构成。
8.根据权利要求1至4任一项所述的顶管工作井洞口加固装置，其特征在于，所述环形基坑支护结构体包括: 多个支护单元结构体和多个竖向连接构件；其中， 所述多个支护单元结构体分层设置，通过所述多个竖向连接构件固定连接成整体的开口环形结构体。
9.根据权利要求8所述的顶管工作井洞口加固装置，其特征在于，所述支护单元结构体包括: 多个支护单元体、多个环向连接件和伸缩式连接器；其中，所述多个支护单元体通过伸缩式连接器和多个环向连接件连接成能经所述伸缩式连接器调整直径尺寸的开口圆环形结构体。
10.根据权利要求9所述的支护结构，其特征在于，所述各支护单元体由长方形弧形板和固定设置在所述长方形弧形板一侧中间部位的弧形管构成；所述弧形管的管体与所述长方形弧形板之间设有若干垫块，使所述弧形管的管体与所述长方形弧形板之间分离具有空隙； 所述伸缩式连接器包括:两个连接头和连接管；其中，所述两个连接头的一端分别通过螺纹活动连接在所述连接管两端的内螺纹上；所述各连接头的自由端设有连接支护单元体的通孔，所述连接管中间部位设有卡紧部； 所述环向连接件由两端设 有连接孔的连接管件和能设置在所述连接孔内的连接螺栓构成。
【文档编号】E02D17/04GK103726497SQ201410012391
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】杨宇友, 赵国庆 申请人:中国地质大学（北京）