一种小直径管幕结构的预应力连接装置及其施工方法与流程

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种小直径管幕结构的预应力连结装置及其施工方法。

背景技术：

隧道穿越既有公路、铁路、机场、文物古迹等敏感性建构筑物时，常采用管幕结构作为预支护，进而在管幕结构保护下展开暗挖施工。多根幕管(通常是预制钢管)按特定位置依次顶进，再通过幕管内及幕管间注浆等辅助措施，将其连接成特定形态的管幕预支护结构。

管幕结构是由多根幕管依次顶进并通过锁扣咬合而成，因此管幕结构的横向刚度(横向整体性)远小于纵向；加强管幕结构的横向刚度与整体性，对提高其承载能力及预加固效果有重要意义。对管幕结构施加横向预应力，是加强其横向连接、提高其横向刚度的重要措施：专利公开号为cn211547686u，其技术在于：在开挖后的管幕结构底部施加体外预应力，可有效提高管幕结构的横向刚度。

专利公开号为cn10955554a及cn109555540a，其技术在于：在大型钢幕管及混凝土幕管内预留孔道，待所有幕管顶进结束后，从幕管内部横穿预应力钢索，从而有效提高管幕结构的横向刚度与整体性。此涉及到大型钢幕管，钢索穿设简单方便。

工程实践中，由小直径幕管通过锁扣咬合组成的管幕结构更为常见；但小直径幕管的内部空间有限、施加横向预应力困难，目前国内外还未有小直径幕管间预应力横向连接技术的相关报道。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了针对小直径幕管内部空间有限、施加预应力困难的问题，本发明提供小直径管幕结构的预应力连接装置及其施工方法，其操作简单，有效提高管幕结构的横向刚度与整体性，有效控制后续隧道开挖引起的地表沉降。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种小直径管幕结构的预应力连接装置，其包括：承台板，所述承台板的底部两侧分别连接有在钢管内导槽内移动的承台滚轮；所述承台板的横向方向上设有齿轮轨道；所述齿轮轨道上设有走行电机，所述走行电机的驱动轴上连接有齿轮，所述齿轮与齿轮轨道上的齿槽相啮合，所述齿轮轨道上设有开合电机，所述开合电机的驱动端上连接有用于抓紧或松开钢索的扣件，开合电机控制扣件抓紧或松开状态；所述开合电机与走行电机相连接；齿轮在走行电机的驱动下，带动扣件和开合电机沿着齿轮轨道左右横向移动，进而带动扣件抓紧的钢索左右移动，以进入预留通孔内。

进一步地，小直径管幕结构包括若干钢管，每个钢管的左右内侧壁上分别连接有钢管内导槽，每个钢管的左侧壁上连接有钢管外侧母扣，每个钢管的右侧壁上连接有钢管外侧子扣，且每个钢管上设有两个预留通孔，多个钢管依次相连接时，相邻的钢管外侧母扣和钢管外侧子扣相配合连接。

一种的小直径管幕结构的预应力连接装置的施工方法，具体步骤如下：

步骤s1、在始发工作井内架设管幕机，在始发工作井侧壁上标记每根小直径管幕的预定位置；管幕机逐节顶进10节钢管并焊接，完成第一根长度40m的幕管施工；

步骤s2、按照步骤s1，将13根小直径幕管按预定位置依次顶进，相邻小直径幕管间通过钢管外侧母扣与钢管外侧子扣进行咬合定位，在地层中形成拱形横断面的管幕预支护结构；清理相邻小直径幕管间土体，以便后续幕管间穿索；

步骤s3、第一台预应力连接装置携带直径20mm的钢索从始发工作井进入第一根小直径幕管内，到达第一根的预留通孔位置，此时，第一根小直径幕管内的预应力连接装置的走行电机带动钢索沿齿轮轨道横向平移，将钢索穿过预留通孔送入相邻第二根小直径幕管内；

步骤s4、第二台预应力连接装置进入第二根小直径幕管内，到达第一道的预留通孔位置，开合电机驱动扣件抓紧钢索；同时第一台预应力连接装置松开扣件并退出第一根小直径幕管；第二台预应力连接装置的走行电机带动钢索沿齿轮轨道横向平移，将其穿过预留通孔送入相邻第三根小直径幕管内；

步骤s5、按照步骤s3和步骤s4，两台预应力连接装置交替工作，依次将钢索穿入其余小直径幕管内，钢索穿过其余小直径幕管后，在其他预应力连接装置的协同下，最后一台预应力连接装置携带钢索退出最后一根小直径幕管，完成所有幕管间的钢索的横向连接；

步骤s6、张拉钢索以施加预应力，在始发工作井内对钢索的首部与尾部分别进行可靠锚固，完成管幕结构的第一道预应力横向连接；

步骤s7、按照步骤s1^～步骤s6，由中间向两端继续完成其余各道预应力钢索横向连接；

步骤s8、注浆填充幕管内和幕管间的空隙，注浆口设在始发工作井侧，出浆口设在接收工作井侧，待出浆口流出浆液后，关闭接收井阀门，待浆液充满并凝固后，形成具有较大横向刚度的整体式管幕预支护结构。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：采用与小直径管幕相配套的预应力连接装置，将钢索依次穿过多根幕管并施加预应力，克服了幕管内部空间有限、无法施加横向预应力的难点；通过设置多道预应力钢索横向连接，再辅以幕管注浆等措施，可有效提高管幕结构的横向刚度与整体性，有效控制后续隧道开挖引起的地表沉降。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的预应力连接装置结构示意图；

图3为本发明一个实施例的预应力连接装置使用状态图一；

图4为本发明一个实施例的预应力连接装置使用状态图二。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明一个实施例的一种小直径管幕结构的预应力连接装置，如图2所示，其包括：承台板26，承台板26采用厚5mm的钢板，平面尺寸为400mm*400mm，所述承台板26的底部两侧分别连接有在钢管内导槽12内移动的承台滚轮27；所述承台板26的横向方向上设有齿轮轨道25；所述齿轮轨道25上设有走行电机24，所述走行电机24的驱动轴上连接有齿轮23，所述齿轮23与齿轮轨道25上的齿槽相啮合，所述齿轮轨道25上设有开合电机22，所述开合电机22的驱动端上连接有用于抓紧或松开钢索3的扣件21，所述扣件21为钳形，便于抓紧或松开钢索3；开合电机22控制扣件21抓紧或松开状态；所述开合电机22与走行电机24相连接；齿轮23在走行电机24的驱动下，带动扣件21和开合电机22沿着齿轮轨道25左右横向移动，进而带动扣件21抓紧的钢索3左右移动，以进入预留通孔15内。

其中，钢索3的直径为8mm-30mm。

其中，小直径管幕结构1包括若干钢管11，钢管11直径600mm、壁厚8mm、长度4m；每个钢管11的左右内侧壁上分别连接有钢管内导槽12，每个钢管11的左侧壁上连接有钢管外侧母扣13，每个钢管11的右侧壁上连接有钢管外侧子扣14，且每个钢管11上设有两个直径为40mm的预留通孔15，钢管外侧子扣14与钢管外侧母扣13采用200mm*100mm*5mm角钢；多个钢管11依次相连接时，相邻的钢管外侧母扣13和钢管外侧子扣14相配合连接。

一种小直径管幕结构的预应力连接装置的施工方法，如图1、图3、图4所示，具体步骤如下：步骤s1、在始发工作井内架设管幕机，在始发工作井侧壁上标记每根小直径管幕的预定位置；管幕机逐节顶进10节钢管并焊接，完成第一根长度40m的幕管施工；

步骤s2、按照步骤s1，将13根小直径幕管按预定位置依次顶进，相邻小直径幕管间通过钢管外侧母扣13与钢管外侧子扣14进行咬合定位，在地层中形成拱形横断面的管幕预支护结构；清理相邻小直径幕管间土体，以便后续幕管间穿索；

步骤s3、第一台预应力连接装置2携带直径20mm的钢索3从始发工作井进入第一根小直径幕管内，到达第一根的预留通孔15位置，此时，第一根小直径幕管内的预应力连接装置的走行电机24带动钢索3沿齿轮轨道25横向平移，将钢索3穿过预留通孔15送入相邻第二根小直径幕管内；

步骤s4、第二台预应力连接装置2进入第二根小直径幕管内，到达第一道的预留通孔15位置，开合电机22驱动扣件21抓紧钢索3；同时第一台预应力连接装置松开扣件21并退出第一根小直径幕管；第二台预应力连接装置的走行电机24带动钢索3沿齿轮轨道25横向平移，将其穿过预留通孔15送入相邻第三根小直径幕管内；

步骤s5、按照步骤s3和步骤s4，两台预应力连接装置2交替工作，依次将钢索3穿入其余小直径幕管内，钢索3穿过其余小直径幕管后，可采用多台预应力连接装置协同工作方式，共同克服钢索3与预留通孔15之间的摩擦阻力，在其他预应力连接装置的协同下，最后一台预应力连接装置携带钢索3退出最后一根小直径幕管，完成所有幕管间的钢索3的横向连接；

步骤s6、张拉钢索3以施加预应力，在始发工作井内对钢索3的首部与尾部分别进行可靠锚固，完成管幕结构的第一道预应力横向连接；

步骤s7、按照步骤s1^～步骤s6，由中间向两端继续完成其余各道预应力钢索横向连接；

步骤s8、注浆填充幕管内和幕管间的空隙，注浆口设在始发工作井侧，出浆口设在接收工作井侧，待出浆口流出浆液后，关闭接收井阀门，待浆液充满并凝固后，形成具有较大横向刚度的整体式管幕预支护结构。

本发明采用与小直径管幕相配套的预应力连接装置，将钢索依次穿过多根幕管并施加预应力，克服了幕管内部空间有限、无法施加横向预应力的难点；通过设置多道预应力钢索横向连接，再辅以幕管注浆等措施，可有效提高管幕结构的横向刚度与整体性，有效控制后续隧道开挖引起的地表沉降。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。