用于隧道开挖施工的跨越式管棚支护结构的制作方法

1.本实用新型涉及地下工程施工领域，具体涉及一种用于隧道开挖施工的跨越式管棚支护结构。


背景技术：

2.目前，对于隧道开挖，超前大管棚是一种常见且成熟的超前支护手段，常规做法是在隧道洞口设置套拱，然后沿隧道方向打设超前大管棚，或者在隧道洞内设置管棚工作室打设超前大管棚。当隧道埋深较浅（超浅埋隧道）和/或地质条件较差（如隧道位于填土中）时，无法沿隧道纵向设置套拱或管棚工作室，没有打设大管棚的条件，但为确保隧道开挖安全，就会采用其他措施（如地表注浆）来替代超前大管棚，这往往伴随了工程投资的增加或施工风险的增加。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供的用于隧道开挖施工的跨越式管棚支护结构，解决了当隧道埋深较浅、地质条件较差时，无法沿隧道纵向打设超前大管棚的技术问题。
4.为了实现上述目的，本实用新型通过如下技术方案来实现：
5.一种用于隧道开挖施工的跨越式管棚支护结构，包括基座和超前支护钢管；所述基座设置于隧道横截面一侧预先开挖的基坑内，所述超前支护钢管一端与基座连接，所述超前支护钢管另一端延伸至隧道横截面远离所述基坑一侧的土体内，且所述超前支护钢管位于隧道横截面的上方，形成侧向跨越式超前大管棚，并与隧道开挖时设置的初支钢架结构的顶端抵接，形成复合式受力结构体系；所述超前支护钢管有多个，多个所述超前支护钢管依次螺纹连接。
6.可选地，所述基座为钢架、围护桩或桩板挡墙的一种。
7.可选地，所述基座与基坑围护结构一体设置。
8.可选地，所述超前支护钢管一端设有内螺纹套，所述超前支护钢管另一端设有外螺纹套，相邻两所述超前支护钢管之间通过内螺纹套和外螺纹套螺纹连接，以便于在狭小基坑空间内快速方便地连接，快速形成有效的超前支护体系。
9.可选地，所述外螺纹套由第一筒体和第二筒体组成，所述第一筒体与超前支护钢管端部焊接，所述第二筒体位于第一筒体远离超前支护钢管一端，且所述第二筒体外周设有外螺纹；所述内螺纹套一端与超前支护钢管端部焊接，所述内螺纹套远离超前支护钢管一端内壁设有内螺纹。
10.可选地，所述超前支护钢管两端沿其轴向均开设有限位槽；所述内螺纹套外周沿其轴向设有第一限位条，以用于嵌入相应所述限位槽；所述外螺纹套的第一筒体外周沿其轴向设有第二限位条，以用于嵌入相应所述限位槽。
11.可选地，所述内螺纹套靠近超前支护钢管一端内壁设有锁止圆盘，所述锁止圆盘
中部开设滑槽，所述滑槽宽度方向的一面设有导向杆，所述导向杆朝向滑槽宽度方向的另一面延伸；所述导向杆外周套设有弹簧和锁止块，所述弹簧夹设于滑槽与锁止块之间；所述锁止块朝向所述内螺纹一侧延伸，且所述锁止块的端部沿内螺纹套径向延伸设有插块；所述外螺纹套的第二筒体外壁开设有插槽，以用于与所述插块插接。
12.可选地，所述锁止圆盘外壁开设螺纹孔，所述螺纹孔位于所述锁止块远离弹簧一侧；所述内螺纹套外壁开设通孔，所述通孔与所述螺纹孔相对应，所述螺纹孔内螺纹连接有调节螺杆，所述调节螺杆的螺杆部端部与锁止块抵接。
13.可选地，所述锁止块朝向导向杆一侧设有导向槽，所述导向杆与导向槽滑动连接。
14.由上述技术方案可知，本实用新型的有益效果：
15.本实用新型提供的用于隧道开挖施工的跨越式管棚支护结构，包括基座和超前支护钢管；所述基座设置于隧道横截面一侧预先开挖的基坑内，所述超前支护钢管一端与基座连接，所述超前支护钢管另一端延伸至隧道横截面远离所述基坑一侧的土体内，且所述超前支护钢管位于隧道横截面的上方，并与隧道开挖时设置的钢架支护结构的顶端抵接；所述超前支护钢管有多节，多节所述超前支护钢管依次螺纹连接。本管棚支护结构采用在隧道一侧打设管棚用基坑，并在基坑内施作基座，以基座为支撑沿隧道横向打设管棚以形成梁式支护体系，并与隧道开挖时设置的初支钢架形成复合受力结构体系，一同承担上部荷载，通过侧向打设跨越式超前大管棚，有效解决沿隧道纵向无法打设管棚的情况，可以避免地表注浆等措施，减小对地面的影响及工程投资。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
17.图1为用于隧道开挖施工的跨越式管棚支护结构的隧道截面示意图；
18.图2为超前支护钢管的剖视图；
19.图3为图2中a处的放大图；
20.图4为超前支护钢管的爆炸示意图；
21.图5为锁止圆盘及其上锁止块的结构示意图；
22.附图标记：
[0023]1‑
隧道、2
‑
基坑、3
‑
基座、4
‑
超前支护钢管、5
‑
内螺纹套、6
‑
外螺纹套、7
‑
锁止圆盘；
[0024]
41
‑
限位槽、51
‑
第一限位条、52
‑
通孔、61
‑
第一筒体、62
‑
第二筒体、71
‑
导向杆、72
‑
弹簧、73
‑
锁止块、74
‑
调节螺杆、75
‑
螺纹孔；
[0025]
611
‑
第二限位条、621
‑
插槽、731
‑
导向槽、732
‑
插块。
具体实施方式
[0026]
下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
[0027]
实施例一：
[0028]
请参阅图1，本实用新型提供的用于隧道开挖施工的跨越式管棚支护结构，包括基座3和超前支护钢管4；所述基座3设置于隧道1横截面一侧预先开挖的基坑2内，所述超前支护钢管4一端与基座3连接，所述超前支护钢管4另一端延伸至隧道1横截面远离所述基坑2一侧的土体内，且所述超前支护钢管4位于隧道1横截面的上方，并与隧道1开挖时设置的初支钢架结构的顶端抵接，形成复合式受力结构体系；所述超前支护钢管4有多节，多节所述超前支护钢管4依次螺纹连接。本管棚支护结构采用在隧道一侧打设管棚用基坑，并在基坑内施作基座，以基座为支撑沿隧道横向打设管棚以形成梁式支护体系，并与隧道开挖时设置的初支钢架结构形成复合式受力结构体系，一同承担上部荷载，通过侧向打设跨越式超前大管棚，有效解决沿隧道纵向无法打设管棚的情况，可以避免地表注浆等措施，减小对地面的影响及工程投资。
[0029]
采用本实用新型提供的管棚支护结构，在施工时，可采用如下工法：
[0030]
s1、于隧道1横截面的一侧施作管棚用基坑2；
[0031]
s2、于所述基坑2内施作用于支撑管棚的基座3；
[0032]
具体地，根据基坑2围护结构形式选用钢架、围护桩或桩板挡墙的一种作为所述基座3，也可利用基坑围护结构作为基座3，管棚的末端可以直接与基座3钢筋浇筑连接；
[0033]
s3、于基坑2内沿隧道1横向打设超前支护钢管4，并沿隧道1延伸方向并排打设多组超前支护钢管4以形成超前大管棚结构；
[0034]
s4、待超前大管棚施作完成后，即开挖隧道1；
[0035]
具体地，隧道1边挖边架设钢架支护，并使钢架顶端与前期施作的管棚抵接，以与所述基座3共同支撑管棚。
[0036]
当隧道埋深较浅（超浅埋隧道）、地质条件较差（如隧道位于填土中）时，可在隧道侧向开挖一基坑，作为施作超前管棚的空间，然后沿隧道横断面方向打设超前大管棚，大管棚跨越隧道结构，其覆盖范围超过隧道开挖边线1/3倍隧道开挖宽度。隧道一侧打设管棚的基坑边可设置钢架、围护桩等结构，作为管棚的支点，而管棚的末端直接打入隧道另一侧的土体，作为另一支点。隧道在管棚的保护下进行开挖，横向跨越式超前大管棚形成梁式体系，与隧道钢架结构形成复合式受力体系，一同承担上部荷载。
[0037]
实施例二：
[0038]
本实施例是在实施例一的基础上作进一步改进，请参阅图2
‑
4，所述超前支护钢管4一端设有内螺纹套5，所述超前支护钢管4另一端设有外螺纹套6，相邻两所述超前支护钢管4之间通过内螺纹套5和外螺纹套6螺纹连接。由于在隧道1横向一侧开设基坑2施作超前超长大管棚，因此限制了单段超前支护钢管4的长度，需多段超前支护钢管4拼接。本实施例即将现有6米标准钢管切割为2米或3米短管，并在切割后的钢管两端分别焊接内螺纹套5和外螺纹套6。优选地，请参阅图2，所述外螺纹套6由第一筒体61和第二筒体62组成，所述第一筒体61与超前支护钢管4端部焊接，所述第二筒体62位于第一筒体61远离超前支护钢管4一端，且所述第二筒体62外周设有外螺纹；所述内螺纹套5一端与超前支护钢管4端部焊接，所述内螺纹套5远离超前支护钢管4一端内壁设有内螺纹。
[0039]
进一步地，请参阅图4，所述超前支护钢管4两端沿其轴向均开设有限位槽41；所述内螺纹套5外周沿其轴向设有第一限位条51，以用于嵌入相应所述限位槽41；所述外螺纹套
6的第一筒体61外周沿其轴向设有第二限位条611，以用于嵌入相应所述限位槽41。通过限位条与限位槽41插接后满焊，以增强焊接后的结构强度。
[0040]
实施例三：
[0041]
本实施例是对实施例二的进一步改进，请参阅图3
‑
5，所述内螺纹套5靠近超前支护钢管4一端内壁设有锁止圆盘7，所述锁止圆盘7中部开设滑槽，所述滑槽宽度方向的一面设有导向杆71，所述导向杆71朝向滑槽宽度方向的另一面延伸；所述导向杆71外周套设有弹簧72和锁止块73，所述弹簧72夹设于滑槽与锁止块73之间，所述锁止块73两侧与滑槽内壁抵接以传递扭力，所述锁止块73朝向导向杆71一侧设有导向槽731，所述导向杆71与导向槽731滑动连接；所述锁止块73朝向所述内螺纹一侧延伸，且所述锁止块73的端部沿内螺纹套5径向延伸设有插块732；所述外螺纹套6的第二筒体62外壁开设有插槽621，以用于与所述插块732插接。具体地，所述插块732远离锁止圆盘7一侧设有导向坡，当外螺纹套6旋拧至内螺纹套5一定深度时，外螺纹套6的第二筒体62前端即与所述导向坡抵触，继续旋拧外螺纹套6即可压迫锁止块73下移，弹簧72压缩，插块732即伸入第二筒体62内侧，当旋拧至插槽621与插块732位置相对应时，锁止块73在弹簧72弹性复位力作用下上移并使插块732嵌入插槽621，进而锁死外螺纹套6的旋转自由度，使得相邻两超前支护钢管4连接稳固，使得超前支护钢管4可正、反转螺旋进给；同时，可在最远端的超前支护钢管4的前端螺纹连接简易钻头以减轻进给阻力并防止土石、地下水等侵入超前支护钢管4内部腐蚀管壁，简易钻头的螺纹部采用内螺纹套5结构。
[0042]
优选地，所述锁止圆盘7外壁开设螺纹孔75，所述螺纹孔75位于所述锁止块73远离弹簧72一侧；所述内螺纹套5外壁开设通孔52，所述通孔52与所述螺纹孔75相对应，所述螺纹孔75内螺纹连接有调节螺杆74，所述调节螺杆74的螺杆部端部与锁止块73抵接，以通过调节螺杆74调节锁止块73的位置。具体地，可通过调节螺杆74下压锁止块73，以解除锁止效果，便于管棚拆卸。
[0043]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。