一种管幕钢管、支护结构以及管幕法支护施工方法与流程

1.本发明涉及建筑施工领域，更具体地，涉及一种管幕钢管、支护结构以及管幕法支护施工方法。


背景技术：

2.管幕法是大断面暗挖隧道时常用的超前支护方法，管幕法的优势在于能够运用小型化设备建造复杂断面的大型隧道。
3.其主要方法是将钢管依次横向打入断面上，钢管的两侧分别沿其轴向焊接有锁扣，钢管之间通过锁扣进行连接，当钢管拼接呈环状结构的管幕后，向钢管内灌入混凝土，并对管幕中间进行开挖，开挖的隧道中及时喷射混凝土支护，直至完成隧道的施工。
4.但是该种管幕法的施工较为繁琐，由于钢管在顶推时需要在钢管中穿有钻杆，边钻进边顶推以保证钢管的顶紧角度准确性，因此顶紧过程中钻头容易碰触至相邻钢管的锁扣上造成钻头损坏或卡死；而且环状的管幕往往在最后一根钢管的布置极为困难，会因两侧钢管的安装误差造成最后一根钢管位置偏小或偏大，导致对施工精度要求极为严格，影响施工进度。
5.因此，需要一种新型的管幕法支护的结构或施工方法，能够解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明的一个目的是提供一种管幕法支护施工的新技术方案。
7.据本发明的第一方面，提供了一种管幕钢管，包括支撑钢管，所述支撑钢管的一侧开设有固定槽，所述支撑钢管的另一侧相应位置固定有与固定槽相匹配的固定条，所述固定条与所述固定槽均沿支撑钢管的轴向布置；所述支撑钢管之间通过所述固定条插入所述固定槽进行固定。
8.通过本方案，管幕钢管仅在一侧设置有凸起的固定条，在将固定条插入固定槽的过程中，管幕钢管前端的钻头不会与相邻管幕钢管的固定条碰触，使管幕钢管的打设更加可靠顺畅，效率更高，安全性也更高。
9.优选地，还包括基准钢管，所述基准钢管的两侧均开设有基准槽，所述固定条能够插入所述基准槽中使所述支撑钢管与所述基准钢管固定连接。
10.通过本方案，基准钢管作为中间基准，从中间向两侧打设支撑钢管，能够减小管幕搭设过程中的误差积累，从而方便管幕钢管的打设，有助于提高施工效率。
11.优选地，所述固定槽以及所述基准槽仅在所述管幕钢管的后端开口；所述固定条的横截面为“t”形结构。
12.通过本方案，固定条能够通过固定槽或基准槽后端的开口插入，固定槽和基准槽的前端不开口能够保持管幕钢管前端的强度，避免顶管过程中弯曲损坏。
13.优选地，所述固定条的后端设置有箍紧槽，所述管幕钢管的后端均固定有抱箍，所述箍紧槽的尺寸与所述抱箍相匹配。
14.通过本方案，抱箍能够对管幕钢管的后端进行稳定加强，避免连接并注浆后，因相互之间的拉力或内部压力过大而损坏；箍紧槽能够允许抱箍穿过，避免直接抱紧固定条造成局部压强过大而损坏抱箍。
15.优选地，所述固定条的前端设置有推进部，所述推进部朝向所述支撑钢管的外壁倾斜布置。
16.通过本方案，在管幕钢管打入之前，为避免泥土进入管中，会在固定槽中插入临时支撑条，推进部能够在固定条插入固定槽中时，将临时支撑条推入管幕钢管中，方便取下临时支撑条进行注浆处理。
17.根据本发明的第二方面，提供了一种采用上述管幕钢管的支护结构，包括围绕在隧道周围的管幕以及混凝土层，所述管幕由若干根管幕钢管排列而成，所述管幕为半包围结构并设置于隧道的上方，所述混凝土层支护于所述隧道的内壁以及所述管幕底面；所述管幕包括中间位置的基准钢管以及连接至所述基准钢管两侧的若干支撑钢管，所述管幕钢管中灌注有混凝土填充，所述管幕钢管的外端均固定有抱箍。
18.通过本方案，半包围结构的管幕仅支撑至隧道上方，由于管幕无需呈环状布置，精度要求低，在保证了支护性能的前提下，大大降低了施工难度和施工时间，而且从中间至两侧的施工无需考虑最后一根的位置精度和预留量，效率更高，安全性也更高。
19.根据本发明的第三方面，提供了一种采用上述管幕法支护结构的管幕法支护施工方法，包括如下步骤：
20.步骤一：在基准钢管中插入钻杆，使钻头露出基准钢管的前端进行钻进，利用顶推机将基准钢管打入待成型管幕的中间位置；
21.步骤二：在支撑钢管中插入钻杆，使钻头露出支撑钢管的前端进行钻进，利用顶推机以所述基准钢管为中心，依次向两侧打设支撑钢管，使固定条插入相邻管幕钢管的固定槽或基准槽中，待管幕钢管打设完毕后，向管幕钢管中注浆后形成半包围结构的管幕；
22.步骤三：将待开挖的隧道位置划分为若干个分区，并依次开挖所述分区，在每个分区开挖完成后进行初期支护；
23.步骤四：当分区全部开挖并进行初期支护后，拆除多余初期支护，敷设防水层，施做二衬。
24.优选地，在步骤一和步骤二中，在固定槽和基准槽中均插入临时支撑条，使临时支撑条与所述固定槽或基准槽过盈配合；在固定条插入过程中，使推进部将临时支撑条挤入管幕钢管中，取出临时支撑条后再进行注浆。
25.优选地，在步骤二中，在固定条完全插入前一管幕钢管的固定槽或基准槽中后，在前一管幕钢管的后端利用抱箍箍紧后再进行下一根管幕钢管的打设。
26.优选地，在步骤三中，分区开挖完成后进行初期支护的方法为：在隧道内壁架设格栅钢架并打设锁脚锚管后喷射初支混凝土，在分区远离隧道内壁的一侧架设中隔壁；在步骤四中拆除多余初期支护具体为拆除中隔壁。
27.根据本公开的一个实施例，使用本管幕法支护结构或支护施工方法，在保证了支护强度的前提下，能够大大提高施工效率，降低施工的难度，而且能够大大降低施工成本。
28.通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
29.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
30.图1是本发明实施例一的管幕钢管的连接结构示意图。
31.图2是图1中管幕钢管的截面结构示意图。
32.图3是图2中支撑沿轴向的截面结构示意图。
33.图4是图2中管幕钢管中抱箍的位置示意图。
34.图5是图1中利用该管幕钢管的支护结构的结构示意图。
35.图6是本发明实施例二的管幕法支护施工方法中分区的位置结构示意图。
具体实施方式
36.现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
37.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
38.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
39.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
40.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
41.实施例一
42.如图1至图4所示，本实施例中的管幕钢管110，包括支撑钢管112，所述支撑钢管112的一侧开设有固定槽131，所述支撑钢管112的另一侧相应位置固定有与固定槽131相匹配的固定条120，所述固定条120与所述固定槽131均沿支撑钢管112的轴向布置；所述支撑钢管112之间通过所述固定条120插入所述固定槽131进行固定。
43.通过本实施例该方案，管幕钢管110仅在一侧设置有凸起的固定条120，在将固定条120插入固定槽131的过程中，管幕钢管110前端的钻头不会与相邻管幕钢管110的固定条120碰触，使管幕钢管110的打设更加可靠顺畅，效率更高，安全性也更高。
44.在本实施例或其他实施例中，还包括基准钢管111，所述基准钢管111的两侧均开设有基准槽132，所述固定条120能够插入所述基准槽132中使所述支撑钢管112与所述基准钢管111固定连接。基准钢管111作为管幕的中间基准，从中间向两侧打设支撑钢管112，能够减小管幕搭设过程中的误差积累，从而方便管幕钢管110的打设，有助于提高施工效率。
45.在本实施例或其他实施例中，所述固定槽131以及基准槽132仅在所述管幕钢管110的后端开口；所述固定条120的横截面为“t”形结构。固定条120能够通过固定槽131以及基准槽132后端的开口插入，固定槽131和基准槽132的前端封闭能够保持管幕钢管110前端的完整性，从而保持管幕钢管前端的强度，避免顶管过程中弯曲损坏。
[0046]“t”形的固定条能够在插入固定槽131后保持锁紧状态，提高管幕钢管110之间连
接的强度和稳定性，而且能够起到封堵固定槽131和基准槽132的作用，方便注浆作业的进行。
[0047]
在本实施例或其他实施例中，所述固定条120的后端设置有箍紧槽122，所述管幕钢管110的后端均固定有抱箍140，所述箍紧槽122的尺寸与所述抱箍140相匹配。抱箍140能够对管幕钢管110的后端进行稳定加强，避免连接并注浆后，因相互之间的拉力或内部压力过大而变形损坏；箍紧槽122能够允许抱箍140穿过，使抱箍直接与管幕钢管110的管身接触，避免凸起的固定条120造成抱箍140局部压强过大而损坏。
[0048]
在本实施例或其他实施例中，所述固定条120的前端设置有推进部121，所述推进部121朝向所述支撑钢管112的外壁倾斜布置，在管幕钢管110打入之前，为避免泥土进入管中，以及提高顶管作业时管幕钢管110的强度，会在固定槽131中插入临时支撑条133，推进部121能够在固定条120插入固定槽131中时，将临时支撑条133推入管幕钢管110中，掉落的临时支撑条133方便回收处理，进而进行注浆处理。
[0049]
该实施例中的临时支撑条133例如是钢铁材质，也可以是木质，与固定槽131过盈配合，挤压固定，能够在推进部121的推力作用下脱离与固定槽131的连接而掉入管幕钢管中。
[0050]
如图5所示，本实施例中的支护结构，包括围绕在隧道周围的管幕100以及主支护层200，所述管幕100由若干根管幕钢管110排列而成，所述管幕100为半包围结构并设置于隧道300的上方，所述主支护层200支护于所述隧道300的内壁以及所述管幕100底面；所述管幕钢管110包括中间位置的基准钢管111与所述基准钢管111两侧的支撑钢管112，所述基准钢管111的两侧均开设有基准槽132，所述支撑钢管112的一侧开设有固定槽131，所述支撑钢管112的另一侧相应位置固定有与固定槽131相匹配的固定条120，基准槽132与固定槽131大小一致，所述固定条120与所述固定槽131均沿所述管幕钢管110的轴向布置；所述管幕钢管110之间通过所述固定条120插入所述固定槽131或基准槽132进行固定。
[0051]
通过本实施例该方案，半包围结构的管幕100仅支撑至隧道300上方，由于管幕100无需呈环状布置，精度要求低，无需因最后一根钢管的插入而预留精确的空间；而且中间的基准钢管111打设之后再向两侧延伸打设支撑钢管112，进一步方便了施工，无需考虑每一根的位置精度，在保证了支护性能的前提下，大大降低了施工难度和施工时间；
[0052]
管幕钢管110仅在一侧设置有凸起的固定条120，在将固定条120插入固定槽131的过程中，管幕钢管110前端的钻头不会与相邻管幕钢管110的固定条120碰触，使管幕钢管110的打设更加可靠顺畅，不会出现卡钻、断钻、固定条120损坏的情况，施工效率更高，安全性也更高。
[0053]
该实施例中的主支护层200保护初期支护210与防水层220，其中初期支护210主要为格栅钢架并打设锁脚锚管后喷射初支混凝土形成。
[0054]
根据本实施例，使用本管幕法支护结构或支护施工方法，在保证了支护强度的前提下，能够大大提高施工效率，降低施工的难度，而且能够大大降低施工成本。
[0055]
实施例二
[0056]
本实施例中采用上述管幕法支护结构的管幕法支护施工方法，包括如下步骤：
[0057]
步骤一：选取若干钢管，在其一侧焊接固定“t”形的固定条，在另一侧的相应位置开设固定槽，使固定槽的宽度能够允许固定条插入并锁紧，完成支撑钢管的制备；
[0058]
选取一根相同规格的钢管，在两侧的相应位置分别开设基准槽，完成基准钢管的制备，在基准槽和固定槽中分别填入临时支撑条，临时支撑条与基准槽和固定槽过盈配合，通过摩擦力进行临时固定，使临时支撑条的侧面与所述管幕钢管的外壁齐平，以减小顶管作业过程中与泥土之间的阻力。
[0059]
在基准钢管中插入钻杆，使钻头露出基准钢管的前端进行钻进，利用顶推机将基准钢管打入待成型管幕的中间位置；
[0060]
临时支撑条不仅能够防止泥土进入管幕钢管中，还能够起到支撑固定槽，从而加强管幕钢管强度的作用，减小顶管作业时管幕钢管弯折的风险。
[0061]
其中基准钢管两侧固定槽的位置选取，以及支撑钢管中固定条与固定槽的位置选取，均是根据管幕的弧度以及管幕钢管在管幕中的位置所制定，使管幕钢管在相互拼接之后能够形成所需要的半包围形状；在本实施例中，半包围形状的横截面为以椭圆长轴为截面的椭圆形的一半。在其他实施例中，可以为半圆形、弧形等形状。
[0062]
步骤二：在支撑钢管中插入钻杆，使钻头露出支撑钢管的前端进行钻进，利用顶推机以所述基准钢管为中心，依次向两侧打设支撑钢管，使固定条插入相邻管幕钢管的固定槽或基准槽中，待管幕钢管打设完毕后，向管幕钢管中注浆后形成半包围结构的管幕；
[0063]
在打入过程中，固定条前端的推进部能够将临时支撑条挤出固定槽并使临时支撑条掉落至管中；使用完成的临时支撑条可以回收再利用。
[0064]
每次顶推完成一根管幕钢管，便对前一根管幕钢管的后端箍设抱箍，以提高强度，当所有管幕钢管打设完成后，对最边缘处的管幕钢管进行抱箍加强后，取出管幕钢管中的临时支撑条，向管幕钢管中注浆后形成半包围结构的管幕。
[0065]
步骤三：在管幕下方待开挖的隧道位置划分为若干个分区，如图6所示分为abcd四个分区，并遵循从上至下、从左至右的顺序依次开挖所述分区，在每个分区开挖完成后进行初期支护；
[0066]
即首先开挖a区，a区开挖完成后，在隧道内壁架设格栅钢架并打设锁脚锚管后喷射初支混凝土，在a区远离隧道内壁的一侧(即隧道中部)架设中隔壁230上段；再开挖b区，依然进行初期支护，架设中隔壁230下段，完成中隔壁230的支撑；然后依次开挖c区和d区，并在每个分区的开挖完成后进行初期支护作业。
[0067]
步骤四：当分区全部开挖并进行初期支护后，拆除多余初期支护，即拆除中隔壁，敷设防水层，施做二衬，完成主支护层的铺设。
[0068]
在上述步骤中，每个分区的开挖均是分段进行，即开挖一定深度后进行支护，当所有分区均达到该深度并支护后再进行下一段深度的开挖作业；中隔壁的拆除也同样采用分段拆除的步骤，在每段中隔壁拆除后，铺设防水层、施做二衬之后，再进行下一分段的拆除。
[0069]
使用本方法进行管幕法支护施工，由于采用半包围的管幕结构而非全包围结构，使用了更少的钢管，降低了施工成本和材料成本；而且由于无需为全包围结构中最后一根钢管的打入预留精确空间，使管幕钢管的打入精度控制要求更低，不仅施工难度大大降低，而且施工周期缩短；
[0070]
在管幕打设过程中，从中间向两侧的顶管方式有助于大大降低施工精度要求，无需为每一根钢管精度进行反复测量，保证每一根管幕钢管能够顺利插入，有助于提高施工效率，降低施工难度；
[0071]
管幕钢管仅在一侧有凸出的固定条，而且打设过程均为固定条插入前一管幕钢管的固定槽中的顺序，在钻头穿过管幕钢管向前钻进过程中，插入过程中不会碰触相邻管幕钢管的固定条，从而直接避免了卡钻、断钻、固定条损坏情况的发生，进一步提高施工效率，提高施工安全性。
[0072]
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。