盾构区间下穿既有物的地面工作井超前管棚预加固体系的制作方法

本发明属于隧道建设技术领域，具体涉及一种盾构区间下穿既有物的地面工作井超前管棚预加固体系。

背景技术：

21世纪是地下工程迅速发展的时期，尤其是近几年我国地铁工程的建设更是如火如荼。隧道掘进机在地铁工程中的广泛应用，使得下穿一些建构筑物变得更加安全，但对于一些特别重要的建构筑物，如果加固处理措施不当往往会造成不可修复的影响；盾构机一般不具备地层预加固功能，而常用的对既有建筑物地基加固的方法为大范围的地面钻孔注浆加固，但是由于打设角度及注浆压力控制等问题而影响注浆范围及加固效果；同时地面注浆需要大范围的地面占地，影响周围环境，工程协调难度很大。因此对于区间盾构隧道安全穿越重要建构筑物，对建构筑物地基有效的超前预加固提出了更高的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种盾构区间下穿既有物的地面工作井超前管棚预加固体系，在复杂环境下通过地面工作井超前管棚预加固作用，可在盾构穿越建构筑物期间，有效限制建构筑物的基础沉降。

本发明所采用的技术方案为：

盾构区间下穿既有物的地面工作井超前管棚预加固体系，其特征在于：

包括工作竖井1，工作竖井1底部为竖井底板5，井身为喷锚支护系统4；

工作竖井1底部的竖井底板5上方设置有管棚支撑钢架6，管棚支撑钢架6顶部设置有管棚导向管7并向周围地层内打设管棚2。

工作竖井1顶部外壁设置有锁口圈梁3。

管棚2为无缝钢管，内部设置有小型钢筋笼，小型钢筋笼包括中央的环箍13，环箍13外围设置有内插钢筋11和定位支架环12。

管棚支撑钢架6由横梁9和竖撑10构成；

底横梁以竖井底板5作为基础，顶横梁为管棚导向钢管7提供载体，顶横梁与底横梁之间设置竖撑10。

管棚导向钢管7一端置于管棚支撑钢架6之上，与管棚支撑钢架6顶横梁9双面焊接，另一端打入工作竖井1侧壁中。

喷锚支护系统4包括超前锚管、钢格栅、钢筋网片及喷射混凝土。

盾构区间下穿既有物的地面工作井超前管棚预加固体系的施工方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤一：开挖工作竖井圈梁基坑，施做锁口圈梁3；采用逆作法施工工作竖井1，竖井基坑每开挖0.5m-1m后施做喷锚支护系统4；竖井基坑开挖到底后，施做竖井底板5；

步骤二：待竖井底板5达到设计强度后，再打设管棚一侧紧贴竖井侧壁施做管棚支撑钢架6；管棚支撑钢架6底横梁9与竖井底板5要做必要的连接，以保证支撑钢架6稳定；管棚支撑钢架6安装就位后，沿顶横梁9上缘等间距向竖井侧壁内打设管棚导向钢管7，并将导向钢管7与顶横梁9焊接牢固；

步骤三：沿管棚导向钢管7钻孔后打设管棚2钢管，根据上方建构筑物情况，向钢管内放入小型钢筋笼以提高管棚2整体刚度；向管棚2内压注水泥浆填充钢管，并加固周边地层；

步骤四：管棚2施做完成后及时回填工作竖井1，确保盾构穿越时周边环境的安全。

本发明具有以下优点：

本发明在地表开挖工作竖井，在井内安装管棚支撑钢架、设置管棚导向管、打设管棚并在钢管内插入钢筋笼和压注水泥浆，形成管棚预加固体系，涉及的喷射混凝土、钢材、水泥浆以及钢管打设所用的机械设备等均为常规材料（设备），其相应尺寸为常规类型，便于加工制造；且管棚钢管长度、平面布置可根据隧道与建构筑物空间相对位置关系进行调整，管棚刚度可根据内部充填的水泥浆等级、钢筋笼与钢管自身刚度情况综合确定，通过超前管棚的预加固体系，可确保盾构隧道穿越建构筑物期间周边环境的安全。工作井位置可结合待加固建构筑物位置、地面及地下情况灵活选择，尽量避免地面占道及管线迁改的不利影响，有效解决了盾构区间下穿重要建构筑物地基预加固施工难、效果差、范围小的弊端，具有较高的经济效益和社会效益，在城市轨道交通、铁路、公路等工程中有广泛的应用前景。

附图说明

图1为竖井支护结构及管棚（平面）示意图。

图2为竖井支护结构剖面（立面）示意图。

图3为管棚横断面示意图。

图中，1-工作竖井，2-管棚，3-锁口圈梁，4-喷锚支护系统，5-竖井底板，6-管棚支撑钢架，7-管棚导向管，8-无缝钢管，9-横梁，10-竖撑，11-内插钢筋，12-定位支架环，13-环箍。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明所涉及的地面工作井超前管棚预加固体系，于工作竖井喷锚支护侧壁钻孔设置管棚导向管，并将管棚导向管与管棚支撑定位钢架焊接，沿管棚导向管打设管棚注浆钢管，管棚钢管内设置钢筋笼并压注水泥浆，形成管棚预加固体系，确保盾构隧道穿越建构筑物期间周边环境的安全。

具体结构包括工作竖井1，工作竖井1底部为竖井底板5，井身为喷锚支护系统4；工作竖井1底部的竖井底板5上方设置有管棚支撑钢架6，管棚支撑钢架6顶部设置有管棚导向管7并向周围地层内打设管棚2。工作竖井1为管棚2提供水平打设条件。工作竖井1应布设在地面条件较好、对交通影响较小且不影响待保护建构筑物安全的位置，并宜避开盾构区间正上方。喷锚支护系统4包括超前锚管、钢格栅、钢筋网片及喷射混凝土。竖井底板5一般采用现浇钢筋混凝土结构，以加强底板承载力。

工作竖井1一般采用喷锚构筑法施工，工作竖井1顶部外壁设置有锁口圈梁3。在打设管棚一侧，紧贴竖井侧壁施做管棚支撑钢架6，对管棚2起支撑作用。在管棚定位钢架6上焊接管棚导向钢管7，对管棚2起定位作用。

管棚2为无缝钢管，需要从管棚导向钢管7中向地层内打设，以提高打设精度，并对管内进行注浆；内部可设置小型钢筋笼，提高管棚2刚度，小型钢筋笼包括中央的环箍13，环箍13外围设置有内插钢筋11和定位支架环12。

管棚支撑钢架6由横梁9和竖撑10构成，一般采用型钢；底横梁以竖井底板5作为基础，顶横梁为管棚导向钢管7提供载体，顶横梁与底横梁之间设置竖撑10。除横梁9两端需设置竖撑10外，根据横梁9长度，中间也可加设竖撑10，以缩短横梁跨度，减小管棚的整体变形。管棚导向钢管7一端置于管棚支撑钢架6之上，与管棚支撑钢架6顶横梁9双面焊接，另一端打入工作竖井1侧壁中，并避开侧壁喷锚支护系统4中的钢格栅。

上述盾构区间下穿既有物的地面工作井超前管棚预加固体系具有以下结构特征：

工作竖井1通过在喷锚支护侧壁施做管棚导向管7，并将管棚导向管7与管棚支撑定位钢架6焊接实现精确定位，同时对钻孔空隙进行有效封填，以有效固定管棚导向管7，确保管棚2的打设精度。沿管棚导向管7打设管棚2，在管棚2注浆钢管上钻注浆孔并压注水泥浆以加固周围地层。管棚导向管7直径180mm，壁厚6mm，长500mm，管棚导向管7应严格定位，管棚2钻进过程中应采用水平测斜仪经常量测管棚2的偏斜度，发现偏斜值超出设计要求时，应及时纠偏；钢管环向中心间距400mm，外插角约1°～2°，钢管采用直径159mm，壁厚6mm的无缝钢管，分节安装。注浆钢管上的注浆孔孔径为10mm，孔间距200mm，呈梅花型布置，钢管尾部（孔口段）2m处不钻孔口作为止浆段。注浆浆液采用水泥浆，初拟参数：水泥浆水灰比0.8:1～1:1，注浆压力：采用0.2～0.4mpa，施工中应根据实际地质情况，并通过试验确定有关施工参数。

上述盾构区间下穿既有物的地面工作井超前管棚预加固体系的施工方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤一：开挖工作竖井圈梁基坑，施做锁口圈梁3；采用逆作法施工工作竖井1，竖井基坑每开挖0.5m-1m后施做喷锚支护系统4；竖井基坑开挖到底后，施做竖井底板5；

步骤二：待竖井底板5达到设计强度后，再打设管棚一侧紧贴竖井侧壁施做管棚支撑钢架6；管棚支撑钢架6底横梁9与竖井底板5要做必要的连接，以保证支撑钢架6稳定；管棚支撑钢架6安装就位后，沿顶横梁9上缘等间距向竖井侧壁内打设管棚导向钢管7，并将导向钢管7与顶横梁9焊接牢固；

步骤三：沿管棚导向钢管7钻孔后打设管棚2钢管，根据上方建构筑物情况，向钢管内放入小型钢筋笼以提高管棚2整体刚度；向管棚2内压注水泥浆填充钢管，并加固周边地层；

步骤四：管棚2施做完成后及时回填工作竖井1，确保盾构穿越时周边环境的安全。

地面工作井超前管棚的预加固体系具有灵活多变，适应性强，安全可靠等特点，有效地解决了盾构区间下穿重要建构筑物时，对建构筑物地基加固难、效果差、范围小的缺点。通过管棚预加固体系可确保隧道穿越建构筑物时周边环境的安全，降低了工程风险。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。