本发明涉及大直径钢管幕支护下修建地下工程结构的施工方法，隶属于隧道与地下工程建设的范畴，具体涉及一种浅埋大跨度管幕支护体系及其施工方法。
背景技术：
管幕工法是属于浅埋暗挖施工的一种，施工时不会对地面环境造成破坏，不会影响交通以及城市环境，管幕工法可以显著减少地面沉降。作为穿越道路、铁路、结构物、机场等的非开挖技术，在日本、美国和中国台湾都取得了较好的效果。管幕工法经过国内学者多年的研究和在工程中的成功实施，其已发展成熟。管幕钢管依靠锁口相连，并在锁门处注入止水剂或者砂浆，形成密封的止水管幕。但由于传统的管幕结构相邻钢管间仅用锁口连接，致使整体管幕的横向刚度和承载力较弱，故开挖管幕内部土体时，需要架设大量临时支撑以确保整体结构的稳定性，造成施工进度较慢，加之横向断面多为拱形结构，空间利用率低。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种浅埋条件下，大、小断面都可以适用的大跨度管幕支护体系及其施工方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种浅埋大跨度管幕支护体系，顶部和两侧采用大直径钢管形成倒“u”型支护框架结构，钢管内间隔设置半圆型加强肋，以加强钢管的稳定性，半圆型加强肋和钢管焊接固定；钢管侧壁沿钢管纵向上间隔设置有开槽，在开槽位置焊接连接钢板，连接钢板将相邻钢管固定连接在一起。
所述的钢管内间隔设置半圆型加强肋，间隔的距离为1～2m。
所述的半圆型加强肋，其曲率和钢管的曲率保持一致，半圆型加强肋的高度为钢管直径的1/4～1/5。
所述的开槽位置为钢管横截面上从钢管中心顶部开始至钢管直径1/3～1/4处对应的钢管侧壁上。
所述的开槽的长度沿钢管纵向侧壁上0.2～0.3m，沿钢管纵向的钢管侧壁上每间隔2m进行开槽。
所述钢管之间连接钢板的长度为相邻钢管开槽处的间距，为0.4～0.8m；连接钢板的宽度为开槽的长度。
所述的钢管沿纵向的侧壁上间隔设置注浆孔，所述的注浆孔设置于钢管侧壁上对应圆心与水平方向倾斜45°的斜向上的位置，采用左右对称设置；所述的注浆孔的孔径为30～40mm，从注浆孔向钢管周边注浆，减少钢管顶进过程中与周边土体的摩阻力，加固管内土体。
所述的钢管的直径为1.3～2.0m，厚度为14～22mm。
上述浅埋大跨度管幕支护体系的施工方法，步骤如下：
(1)施工准备
根据设计管幕支护体系结构，确定管幕支护体系钢管的尺寸及数量，在设计施工位置处施做围护桩，开挖始发井，接着分别施做冠梁和斜撑，确保始发井的稳定性，待始发井开挖达到设计深度时，整理场地，设置反力墙，架设顶管设备；
(2)倒“u”型支护框架钢管顶入
首先进行上部钢管的顶入，从中间向两侧进行顶进；再进行侧面钢管的顶入，侧向钢管则从上向下顶进，钢管顶进过程中，为减少钢管与周边土体的摩阻力，需在钢管周边进行注浆减阻，通过钢管侧壁上左右对称的注浆孔进行对称孔压力注浆，注浆压力为0.5mpa左右，钢管内出土采用机械式、水平螺旋钻或顶管机施工自动出土；
(3)钢管内设置半圆型加强肋
钢管内掏土完毕后，在钢管内间隔1～2m的设计位置处焊接半圆型加强肋，以加强钢管的稳定性，半圆型加强肋的曲率和钢管保持一致，半圆型加强肋的高度为钢管直径1/4～1/5；
(4)焊接连接钢板
在相邻钢管侧壁上，沿钢管纵向侧壁上间隔2m设置有开槽，开槽位置为钢管横截面上从钢管中心顶部开始至钢管直径1/3～1/4处对应的钢管侧壁上，开槽的长度沿钢管纵向侧壁上0.2～0.3m，在开槽位置焊接连接钢板，钢管之间连接钢板的长度为相邻钢管开槽处的间距，为0.4～0.8m，连接钢板的宽度为开槽的长度，连接钢板将相邻钢管固定连接在一起，组成类梁式管幕结构；
(5)架设门式钢架
待钢管连接完毕后，开挖管幕下方的土体，待开挖到管幕位置时，切割连接钢板以下的钢管，并把切割掉的钢管回收；然后架设临时型钢支撑，并与连接钢板进行焊接，形成门式钢架，顶部连接钢板焊接于门式钢架之上，左边连接钢板焊接于门式钢架左侧，右边连接钢板焊接于门式钢架右侧；最后切割其余下部的钢管，使所有钢管在同一个平面内；
(6)管幕下施工
按照步骤(5)，反复进行作业，完成隧道内部的开挖；
(7)隧道底板安装，安装、绑扎钢筋及混凝土浇筑；
(8)隧道侧墙安装，安装、绑扎钢筋及混凝土浇筑；
(9)隧道上部安装，安装、绑扎钢筋及混凝土浇筑；
(10)拆除临时支撑及清理施工场地，进行建筑砌筑和装修，完成地下结构施工，并对各监测项目进行分析。
第二种浅埋大跨度管幕支护体系的施工方法，步骤如下：
(1)施工准备
根据设计管幕支护体系结构，确定管幕支护体系钢管的尺寸及数量，在设计施工位置处施做围护桩，开挖始发井，接着分别施做冠梁和斜撑，确保始发井的稳定性，待始发井开挖达到设计深度时，整理场地，设置反力墙，架设顶管设备；
(2)倒“u”型支护框架钢管顶入
首先进行上部钢管的顶入，从中间向两侧进行顶进；再进行侧面钢管的顶入，侧向钢管则从上向下顶进，钢管顶进过程中，为减少钢管与周边土体的摩阻力，需在钢管周边进行注浆减阻，通过钢管侧壁上左右对称的注浆孔进行对称孔压力注浆，注浆压力为0.5mpa左右，钢管内出土采用机械式、水平螺旋钻或顶管机施工自动出土；
(3)钢管内设置半圆型加强肋
钢管内掏土完毕后，在钢管内间隔1～2m的设计位置处焊接半圆型加强肋，以加强钢管的稳定性，半圆型加强肋的曲率和钢管保持一致，半圆型加强肋的高度为钢管直径1/4～1/5；
(4)焊接连接钢板
在相邻钢管侧壁上，沿钢管纵向侧壁上间隔2m设置有开槽，开槽位置为钢管横截面上从钢管中心顶部开始至钢管直径1/3～1/4处对应的钢管侧壁上，开槽的长度沿钢管纵向侧壁上0.2～0.3m，在开槽位置焊接连接钢板，钢管之间连接钢板的长度为两相邻钢管开槽处的间距，为0.4～0.8m，连接钢板的宽度为开槽的长度，连接钢板将相邻钢管固定连接在一起，组成类梁式管幕结构；
(5)架设门式钢架
待钢管连接完毕后，开挖管幕下方的土体，待开挖到管幕位置时，架设临时型钢支撑，并与钢管进行焊接，形成门式钢架，使所有钢管在同一个平面内；
(6)管幕下施工
按照步骤(5)，反复进行作业，完成隧道内部的开挖；
(7)隧道底板安装，安装、绑扎钢筋及混凝土浇筑；
(8)隧道侧墙安装，安装、绑扎钢筋及混凝土浇筑；
(9)隧道上部安装，安装、绑扎钢筋及混凝土浇筑；
(10)拆除临时支撑及清理施工场地，进行建筑砌筑和装修，完成地下结构施工，并对各监测项目进行分析。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、本发明管幕支护体系顶部和两侧采用大直径圆形钢管形成倒“u”型结构支护框架，钢管内间隔焊接加强肋以增加钢管刚度，然后通过钢管侧壁上的开槽处焊接连接钢板将相邻钢管过程连接在一起，大大提高了其横向刚度和承载力，并且钢管连接方式相对简单；
2、随着施工进展，连接钢板以下的钢管被切割，在焊接钢板处架设门式钢架，形成最初的支护结构，在此基础上修建主体结构，即能够修建矩形断面，提高了空间利用率；
3、部分型钢支撑代替钢筋，节省材料，而且施工方便，简化施工工序，缩短施工工期；
4、由于钢管下部需要切割，对钢管顶进的精度要求不高，能够降低施工难度。
基于上述理由，本发明相比较传统的管幕工法，在浅埋单层大跨度穿越工程中施工有很大优势。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的管幕支护体系倒“u”型支护框架的上部顶管顶入示意图；
图2为本发明的管幕支护体系倒“u”型支护框架的侧面顶管顶入示意图；
图3为本发明的管幕支护体系倒“u”型支护框架钢管周边注浆示意图；
图4为图3中钢管侧壁上设置注浆孔结构示意图，图4(a)为钢管横截面图，图4(b)为钢管侧视图；
图5为本发明的管幕支护体系钢管焊接加强肋后结构示意图；
图6为本发明的焊接连接钢板后的管幕支护体系结构示意图；
图7为图6的局部放大图(不带注浆部分)；
图8为本发明门式钢架结构示意图；
图9为本发明底板安装后的隧道示意图；
图10为本发明侧墙安装后的隧道示意图；
图11为本发明上部安装后的隧道示意图；
图12为本发明完成地下结构施工的隧道示意图；
图中：1、钢管，2、半圆型加强肋，3、连接钢板，4、门式钢架，5、注浆孔。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的技术方案作进一步具体说明。
实施例1
如图6所示，一种浅埋大跨度管幕支护体系，顶部和两侧采用大直径钢管1形成倒“u”型支护框架结构，一般选择直径为1.3～2.0m、厚度为14～22mm的钢管。
如图7所示，钢管1内间隔1～2m焊接半圆型加强肋2，以加强钢管1的稳定性，半圆型加强肋2的曲率和钢管1的曲率保持一致，半圆型加强肋2的高度为钢管1直径的1/4～1/5；
钢管1侧壁沿钢管1纵向上间隔2m设置有开槽，开槽位置为钢管1横截面上从钢管中心顶部开始至钢管直径1/3～1/4处对应的钢管1侧壁上，开槽的长度沿钢管1纵向侧壁上0.2～0.3m；
在开槽位置焊接连接钢板3，连接钢板3将相邻钢管1固定连接在一起，钢管1之间连接钢板3的长度为两相邻钢管1开槽处的间距，为0.4～0.8m；连接钢板3的宽度为开槽的长度。
如图4所示，钢管1沿纵向的侧壁上间隔设置注浆孔5，注浆孔5设置于钢管1侧壁上对应圆心与水平方向倾斜45°的斜向上的位置，在钢管1侧壁上的位置采用左右对称设置，注浆孔的孔径为30～40mm，从注浆孔5向钢管1周边注浆，减少钢管1顶进过程中与周边土体的摩阻力。
上述浅埋大跨度管幕支护体系的施工方法，步骤如下：
(1)施工准备
根据设计管幕支护体系结构，确定管幕支护体系钢管1的尺寸及数量，在设计施工位置处施做围护桩，开挖始发井，接着分别施做冠梁和斜撑，确保始发井的稳定性，待始发井开挖达到设计深度时，整理场地，设置反力墙，架设顶管设备；
(2)倒“u”型支护框架钢管顶入
如图1所示，首先进行上部钢管1的顶入，从中间向两侧进行顶进见；再进行侧面钢管1的顶入，如图2所示，侧向钢管1则从上向下顶进；钢管1顶进过程中，为减少钢管1与周边土体的摩阻力，需在钢管1周边进行注浆减阻，如图3和图4所示，通过钢管1侧壁上左右对称的注浆孔5进行对称孔压力注浆，注浆压力为0.5mpa左右；钢管内出土采用机械式、水平螺旋钻或顶管机施工自动出土；
(3)钢管内设置半圆型加强肋
如图5所示，钢管内掏土完毕后，在钢管1内间隔1～2m的设计位置处焊接半圆型加强肋2，以加强钢管1的稳定性，半圆型加强肋2的曲率和钢管1保持一致，半圆型加强肋2的高度为钢管1直径1/4～1/5；
(4)焊接连接钢板
如图6和图7所示，在相邻钢管1侧壁上，沿钢管1纵向侧壁上间隔2m设置有开槽，开槽位置为钢管1横截面上从钢管中心顶部开始至钢管直径1/3～1/4处对应的钢管1侧壁上，开槽的长度沿钢管1纵向侧壁上0.2～0.3m，在开槽位置焊接连接钢板3，钢管1之间连接钢板3的长度为两相邻钢管1开槽处的间距，为0.4～0.8m，连接钢板3的宽度为开槽的长度；连接钢板3将相邻钢管1固定连接在一起，组成类梁式管幕结构；
(5)架设门式钢架
如图8所示，待钢管1连接完毕后，开挖钢管1幕下方的土体，待开挖到管幕钢管1位置时，切割连接钢板3以下的钢管1，并把切割掉的钢管1回收；然后架设临时型钢支撑，型钢可以为h型钢或其他型钢，连接钢板3与临时型钢支撑进行焊接，形成门式钢架4，顶部连接钢板3焊接于门式钢架4之上，左边连接钢板3焊接于门式钢架4左侧，右边连接钢板3焊接于门式钢架4右侧，最后切割其余下部的钢管，使所有钢管1在同一个平面内；
(6)管幕下施工
按照步骤(5)，反复进行作业，完成地下结构施工，完成隧道内部的开挖；
(7)隧道底板安装，安装、绑扎钢筋及混凝土浇筑，如图9所示；
(8)隧道侧墙安装，安装、绑扎钢筋及混凝土浇筑，如图10所示；
(9)隧道上部安装，安装、绑扎钢筋及混凝土浇筑，如图11所示；
(10)拆除临时支撑及清理施工场地，进行建筑砌筑和装修，完成地下结构施工，如图12所示，并对各监测项目进行分析。
实施例2
浅埋大跨度管幕支护体系结构同实施例1，其施工方法，步骤如下：
(1)施工准备
根据设计管幕支护体系结构，确定管幕支护体系钢管1的尺寸及数量，在设计施工位置处施做围护桩，开挖始发井，接着分别施做冠梁和斜撑，确保始发井的稳定性，待始发井开挖达到设计深度时，整理场地，设置反力墙，架设顶管设备；
(2)倒“u”型支护框架钢管顶入
如图1所示，首先进行上部钢管1的顶入，从中间向两侧进行顶进见；再进行侧面钢管1的顶入，如图2所示，侧向钢管1则从上向下顶进；钢管1顶进过程中，为减少钢管1与周边土体的摩阻力，需在钢管1周边进行注浆减阻，如图3和图4所示，通过钢管1侧壁上左右对称的注浆孔5进行对称孔压力注浆，注浆压力为0.5mpa左右；钢管内出土采用机械式、水平螺旋钻或顶管机施工自动出土；
(3)钢管内设置半圆型加强肋
如图5所示，钢管内掏土完毕后，在钢管1内间隔1～2m的设计位置处焊接半圆型加强肋2，以加强钢管1的稳定性，半圆型加强肋2的曲率和钢管1保持一致，半圆型加强肋2的高度为钢管1直径1/4～1/5；
(4)焊接连接钢板
如图6和图7所示，在相邻钢管1侧壁上，沿钢管1纵向侧壁上间隔2m设置有开槽，开槽位置为钢管1横截面上从钢管中心顶部开始至钢管直径1/3～1/4处对应的钢管1侧壁上，开槽的长度沿钢管1横截面纵向上0.2～0.3m，在开槽位置焊接连接钢板3，钢管1之间连接钢板3的长度为两相邻钢管1之间开槽处的间距，为0.4～0.8m，连接钢板3的宽度为开槽的长度；连接钢板3将相邻钢管1固定连接在一起，组成类梁式管幕结构；
(5)架设门式钢架
待钢管1连接完毕后，开挖管幕下方的土体，待开挖到管幕位置时，架设临时型钢支撑，并与钢管1进行焊接，形成门式钢架4，使所有钢管1在同一个平面内；
(6)管幕下施工
按照步骤(5)，反复进行作业，完成隧道内部的开挖；
(7)隧道底板安装，安装、绑扎钢筋及混凝土浇筑，如图9所示；
(8)隧道侧墙安装，安装、绑扎钢筋及混凝土浇筑，如图10所示；
(9)隧道上部安装，安装、绑扎钢筋及混凝土浇筑，如图11所示；
(10)拆除临时支撑及清理施工场地，进行建筑砌筑和装修，完成地下结构施工，如图12所示，并对各监测项目进行分析。
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揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。