一种地下管线保护装置及应用该装置的支护方法
【专利摘要】本发明公开了一种地下管线保护装置及应用该装置的支护方法，该装置由多个槽钢相互扣接组成，且相邻的槽钢开口方向相反，槽钢内焊接注浆钢管，注浆钢管的管壁上开有注浆孔。本发明的有益效果为：本发明在管线下方水平布置正反紧扣密排的槽钢，槽钢的槽内焊接注浆钢管，通过注浆钢管进行注浆来固结土体、挤密槽钢间的缝隙，做到了管线与隧道拱顶的有效隔离，防止拱顶土体坍塌、沉陷而导致管线破坏、隧道涌水等现象的发生，安全系数高；另外本发明提供的支护方法，无需特定的机器进行施工，工人只需进行打设槽钢并注浆即可，施工方法简单，加固效果明显，节省了工作人员的时间。
【专利说明】一种地下管线保护装置及应用该装置的支护方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及地下工程施工【技术领域】，具体而言，涉及一种地下管线保护装置及应用该装置的支护方法。
【背景技术】
[0002]在城市地下工程施工中，浅埋暗挖隧道并下穿建筑物历来是工程安全技术风险的重难点之一，多存在埋深超浅(3-6m)、地质条件差(砂土地层)、下穿市政雨、污水干管等有水、渗水管线等不利条件，工程施工风险非常大，而且一旦出现隧道坍塌事故，则会引起管线坍塌、隧道灌水、人员伤亡、道路坍塌、交通中断等，经济损失和社会影响极大，故被定为特级、一级等工程风险。近年来，各大城市地铁施工中曾发生多起因浅埋暗挖隧道内预埋雨水、、污水等管线，当雨水、污水等管线渗水时，处理不当将引起严重的隧道、管线坍塌事故，甚至会导致人员伤亡，造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响，给隧道施工带来沉痛的教训。因此必须引起高度重视，根据实际条件制定可靠的隧道下穿措施和管线保护措施。
[0003]目前现有的地下管线的保护措施主要有:管线改移和管水导流、超前小导管和大管棚注浆加固、冻结法、水平旋喷桩或搅拌桩加固、插板法等，这些措施均没有统一的标准，在实际的施工过程中均存在各自的优缺点，例如管线改移和管水导流:管线如果预埋较深，当管线改移时，非常不方便，并且管线改移、导流均工期较长，影响人们的正常使用；超前小导管和大管棚注浆加固属于常规超前加固措施，但是当地层为粉土或粉质粘土时，注浆法难以达到隔水效果，土体固结也不能保证均匀，注浆压力低不能起到封闭效果，压力大则可能流入管道，加剧管线破坏，无法保证施工安全。而密排大管棚除注浆问题外，还受空间限制，管道和隧道间距离小而难以施工，另外考虑到隧道施工的时间，不具备打设密排管棚条件，因此难以实施；对于水平旋喷桩和搅拌桩加固，水平加固措施主要针对土体固结，适用管线和隧道间距较大的情况，由于隧道地铁建设中，工程间距极小，无法达到加固、隔离作用，同时由于施工压力大，可能提前破坏管线；对于冻结法:冻结法主要适用含水量较大的地层固结，且管线和隧道间距较大的情况，即使可实施也可能对管线造成不利影响，另外冻结法还存在工期较长、造价极高等问题；插板法:插板法可有效做到管线和隧道掌子面之间的隔离，但是，插板法不便之处在于插板需要定制，并使用专用的插板机，在插接过程中，插板容易倾斜，导致隔离面不平整，有可能导致管线破裂，实用性差。因此由上述可知，现有方法均不能满足实际施工的需求，也无法保证在施工过程中对地下管线的保护，操作麻烦，不具有实用性。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种地下管线保护装置及应用该装置的支护方法。
[0005]为达到上述目的，本发明实施例中提供了一种地下管线保护装置，由多个槽钢相互扣接组成，且相邻的槽钢开口方向相反，槽钢内焊接注浆钢管，注浆钢管的管壁上开有注浆孔。
[0006]本技术方案中，本发明在管线下方水平布置正反紧扣密排的槽钢，形成水平板状密闭隔离结构，槽钢的槽内焊接注浆钢管，结合注浆钢管注浆来固结土体，可以对管线起到预先微顶作用，使本装置的承受力和稳定性更强，结构简单，操作方便，有效做到了管线与隧道拱顶的有效隔离，防止拱顶土体坍塌、沉陷而导致管线破坏、隧道涌水等现象的发生，安全系数高，对工作人员的安全有一定的保障，承受力强。正面布置的槽钢内的注浆钢管主要作用是固结管线下方及周边含水土体，挤密槽钢之间的间隙、在槽钢外侧和管线渗漏点周边形成一层固结隔水薄层；反面布置的槽钢内的注浆钢管主要作用是除了固结槽钢底部的土体、挤密槽钢之间的间隙外，还起到微顶作用。因管线可能存在下沉、开裂，下排导管在上排注浆封闭后，通过注浆压力对管线微微顶升，缓解管线已经开裂的程度，另外也缓解其后隧道开挖沉降对管线的影响。操作简单，使用方便，该装置施工方法简单，缩短了工作人员的工作时间，且安全系数高，对管线做到了有效的保护，实用性强。
[0007]进一步的，槽钢内注浆钢管两侧焊接竖直钢板，竖直钢板与槽钢的侧板之间为扣接空间。本技术方案中，竖直钢板的设计，主要形成扣接空间并起到导向作用，相邻的槽钢的侧板扣接在扣接空间内，保证在夯进过程中槽钢与槽钢相互扣接紧密，该装置的设计保证了槽钢打设方向一直处于水平不弯曲，且保证了槽钢与相邻的槽钢之间咬合精度，操作更加方便，施工更加简单，安全系数更高。
[0008]进一步的，槽钢和注浆钢管的一端打磨成锥形结构。本技术方案中，为便于槽钢和注浆钢管与其一起打设至土体内，需将槽钢和注浆钢管的端部设置为锥形结构，这样在打设时，向前的穿插力增大，在实际操作时实用性强。
[0009]进一步的，槽钢的侧板端部打磨为尖角。本技术方案中，尖角的设计主要用于槽钢在打设过程中，减少顶进时与土体之间摩擦，减少阻力，同时槽钢在扣接穿插过程中，减少了一定的阻力，操作更加方便，具体操作时更加省力，节省了工作人员的时间，提高了工作效率，工期缩短。
[0010]本发明实施例中还提供了一种应用地下管线保护装置的支护方法，该支护方法包括以下步骤:
501:在隧道挖掘之前，做施工准备，在槽钢打设之前先打设探管进行超前探测，确定管线具体位置。本技术方案中，在槽钢打设之前先打设探管进行超前探测主要的目的为:一是确定管线具体位置，防止槽钢顶进过程中碰到管道造成破坏；二是探明土质和渗水情况，根据不同的土质选择支护的高度和深度，为下一步的支护处理做准备。
[0011]502:架设工作平台，将一根定位型钢固定在工作平台上，同时将夯管锤就位在工作平台上，夯管锤风管与空压机风管连接；
503:根据确定的位置将槽钢固定在定位型钢上，然后使用夯管锤将槽钢向土体内打设；本技术方案中，夯管锤为常用辅助设备，所以在槽钢打设过程中，无需特定的机械设备，操作简单，使用方便，实用性强，省时省力，提高了工作效率。
[0012]504:槽钢打设至土体后，利用注浆钢管进行注浆，形成水平的板状隔离层，将管线与隧道拱顶分隔开，从而完成一个工作单元的槽钢密排支护过程。通过注浆钢管进行注浆，使管线与隧道拱顶之间形成有效的板状支护隔离层，有效的做到了管线与隧道拱顶之间的隔离，避免挖掘过程中，土层下落而导致的坍塌现象的发生，稳固性强，打设简单，操作简单。
[0013]进一步的，工作平台为脚手架，定位型钢作为打设槽钢的导轨。本技术方案中，固定在脚手架上的定位型钢为打设过程中的导轨，在打设过程中，操作简单，无需使用其他设备，而且脚手架属于常见的支撑设备，操作简单。
[0014]进一步的，步骤503中，在槽钢打设过程中，在定位型钢上涂抹润滑油。本技术方案中，在定位型钢上涂抹润滑油，主要为了减少夯管锤、槽钢与导轨之间的摩擦力，更方便向土体内打设槽钢，操作简单，省时省力，节省了工作人员的时间，进而缩短了工期。
[0015]进一步的，步骤504中，注浆浆液为水泥-水玻璃浆液。本技术方案中，水泥-水玻璃浆液的凝胶时间短，稳定性强，且耐久性强，具有抗渗性和抗冻性，牢固性强。
[0016]上述技术方案中，本发明提供的支护方法操作加工简单，施工材料可以就地取材，辅助机轻便，无需特定的机器进行施工，施工时工人只需按照上述支护方法进行打设槽钢并注浆即可，体现了安全可行、简便快捷、工期短、造价低等特点，节省了工作人员的时间，加固效果明显，实用性强。
[0017]本发明的有益效果为:本发明在管线下方水平布置正反紧扣密排的槽钢，形成水平板状密闭隔离结构，槽钢的槽内焊接注浆钢管，结合注浆钢管注浆固结土体，并对管线起到预先微顶作用，使本装置的承受力和稳定性更强，结构简单，操作方便，有效做到了管线与隧道拱顶的有效隔离，防止拱顶土体坍塌、暴露管线致管线破坏、隧道涌水等现象的发生，安全系数高，对工作人员的安全有一定的保障，承受力强；另外本发明提供的支护方法操作加工简单，施工材料可以就地取材，辅助机轻便，无需特定的机器进行施工，施工时工人只需按照上述支护方法进行打设槽钢并注浆即可，体现了安全可行、简便快捷、工期短、造价低等特点，节省了工作人员的时间，加固效果明显，实用性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例所述的一种地下管线保护装置的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的一种地下管线保护装置的使用状态参考图。
[0019]图中，
1、槽钢；2、注浆钢管；3、竖直钢板；5、扣接空间；6、管线；7、隧道。
【具体实施方式】
[0020]下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0021]实施例1，如图1-2所示，本发明实施例所述的一种地下管线保护装置，由多个槽钢I相互扣接组成，且相邻的槽钢开口方向相反，槽钢内焊接注浆钢管2，注浆钢管的管壁上开有注浆孔。
[0022]进一步的，槽钢内注浆钢管两侧焊接竖直钢板3，竖直钢板与槽钢的侧板之间为扣接空间5。
[0023]进一步的，槽钢和注浆钢管的一端打磨成锥形结构。
[0024]进一步的，槽钢的侧板端部打磨为尖角4。
[0025]上述实施例中，本发明在管线下方贴近管线水平布置正反紧扣密排的槽钢，形成水平板状密闭隔离结构，槽钢的槽内焊接注浆钢管，结合注浆钢管注浆固结土体，并对管线起到预先微顶作用，使本装置的承受力和稳定性更强，结构简单，操作方便，有效做到了管线与隧道拱顶的有效隔离，防止拱顶土体坍塌、暴露管线致管线破坏、隧道涌水等现象的发生，安全系数高，对工作人员的安全有一定的保障，承受力强。
[0026]实施例2，如图2所示，本发明实施例中还提供了一种应用地下管线保护装置的支护方法，该支护方法包括以下步骤:
501:在隧道7挖掘之前，做施工准备，在槽钢打设之前先打设探管进行超前探测，确定管线6具体位置；在槽钢打设之前先打设探管进行超前探测主要的目的为:一是确定管线具体位置，防止槽钢顶进过程中碰到管道造成破坏；二是探明土质和渗水情况。例如:经超前探测，管线最低距隧道拱顶开挖线不足200mm，土质为淤泥状粉质粘土，探管有少许渗水明流且有异臭，然后根据不同的土质和测定的距离，选择合适的距离，进行支护。
[0027]502:架设工作平台，将一根定位型钢固定在工作平台上，同时将夯管锤就位在工作平台上，夯管锤风管与空压机风管连接；本技术方案中，定位型钢是一种比本装置中提供的槽钢型号稍大的槽钢，打设时，将槽钢放置在定位型钢内，保证了槽钢在打设中水平打进土体，而不会倾斜，操作简单，使用方便。
[0028]503:根据确定的位置将槽钢固定在定位型钢上，然后使用夯管锤将槽钢向土体内打设；本技术方案中，在打设过程中，因槽钢正反咬合设置，打设时注意相邻与完成的槽钢的咬合质量的控制，确保水平角和垂直角的一致性，避免偏离过大。
[0029]504:槽钢打设至土体后，利用注浆钢管进行注浆，形成水平的板状隔离层，将管线与隧道拱顶分隔开，从而完成一个工作单元的槽钢密排支护过程。
[0030]步骤501中，施工准备进一步包括以下步骤:
(1)下穿段之前设置抬高段，提供槽钢打设的作业空间，夯管锤作业空间一般高出作业平面30cm以上即可；
(2)隧道开挖至槽钢打设里程，喷射混凝土封闭掌子面；
(3)掌子面封闭后，做好拱顶标高和槽钢打设位置的测量定位。
[0031]进一步的，工作平台为脚手架，定位型钢作为打设槽钢的导轨。
[0032]进一步的，步骤503中，在槽钢打设过程中，在定位型钢上涂抹润滑油。技术方案中，为了减少夯管锤、槽钢与导轨之间的摩擦力，在定位型钢上、固定组件上涂抹黄油。注浆管与槽钢焊接牢固并与槽钢共同打入土体。
[0033]进一步的，步骤504中，注浆浆液为水泥-水玻璃浆液。
[0034]如果探测出管线下方掌子面土体大部分已经浸泡形成淤泥，为保证施工过程中掌子面及拱顶土体稳定，确保管线及施工安全，除进行拱顶注浆封闭隔离外，还应对隧道上部进行全断面注浆加固土体。由于出入口暗挖通道位于粉土、粉质粘土层中，该土层渗透系数为0.05m/d，普通注浆很难达到加固效果，故采用劈裂注浆，注浆浆液同样采用水泥水玻璃双液衆，水泥-水玻璃浆液的凝胶时间短，稳定性强，且耐久性强，具有抗渗性和抗冻性，牢固性强，具体操作时，注浆压力控制在1.0MPa0
[0035]上述实施例中，本发明提供的支护方法操作加工简单，施工材料可以就地取材，辅助机轻便，无需特定的机器进行施工，施工时工人只需按照上述支护方法进行打设槽钢并注浆即可，体现了安全可行、简便快捷、工期短、造价低等特点，节省了工作人员的时间，力口固效果明显，实用性强。[0036]开挖支护中应全过程监控掌子面土质、渗水的变化情况，发现问题及时封闭处理。隧道上部洞室通过下穿段不小于2m后，及时封闭掌子面，打设后回填注浆管进行支护后填充注浆，浆液采用水泥水玻璃双液浆。在隧道拱顶正上方的注浆管设在管线前后3m位置，拱脚的注浆管设在管线里程上。注浆起两个作用，一是及时回填初期支护背后因开挖引起的空隙，二是注双液浆堵水，避免渗水加重后顺支护渗进隧道和顺支护背后流入前方掌子面。背后注浆同样注意低压、快凝、少量、多次，避免破坏管线。
[0037]施工注意事项:(I)浅埋暗挖隧道下穿有水管线，尽量选择避开雨季；(2)施工前必须进行槽钢打设、注浆的工艺试验。确认槽钢工艺细节，保证打设精度和实施效果，确保浆液压力、配比达到预期效果；(3)做好过程监控，确保可控或提前发现问题，及时处理。包括槽钢精度监控、掌子面土质及渗水情况、注浆压力、注浆量、注浆效果、支护渗漏情况等，还包括管线变形、隧道支护变形、地表沉降等监测项目；(4)做好后期处理工作。隧道通过后直到二次衬砌施工之前仍然要对下穿段支护进行监测，关注支护沉降和渗水发展情况，根据情况进行多次补充回填、堵水注浆，避免支护渗漏加剧，必要时设置引水管引水，已达到减压、减渗的目的；(5)制定应急预案，明确应急措施、应急物资，成立应急小组，24小时值班，保证一旦发现险情能够快速响应、处理；(6)下穿影响范围路面铺设钢板并连接成整体，钢板与路面贴紧并采取可靠的固定措施。
[0038]具体实施例:将本发明提供的装置用于地铁隧道的支护中，经过实践，地铁车站4个出入口先后安全、顺利地下穿了污水管线，保证了施工安全的同时也确保了管线的安全。下穿管线后因沉降引起的沉降导致渗水加剧，现场及时进行了堵水处理，同时在抬高段拱顶堵头设置了引水管，水管内水流量较大，后在衬砌封闭前进行了封堵，未对工程造成不利影响。
[0039]经监测拱顶最大沉降值为10.98mm,地表最大沉降值为12.46mm,管线最大沉降值为7_，均未达到预警值，在可控范围内。
[0040]由此可知，与其他方法相比，本装置及其本装置的支护方法结合导管注浆的施工技术体现了安全可行、简便快捷、工期短、造价低等优势。单个出入口造价为约4.5万元，施工方便，且节省了施工资本，实用性强。
[0041]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种地下管线保护装置，其特征在于:由多个槽钢(I)相互扣接组成，且相邻的槽钢开口方向相反，槽钢内焊接注浆钢管(2)，注浆钢管的管壁上开有注浆孔。
2.根据权利要求1所述的地下管线保护装置，其特征在于:槽钢内注浆钢管两侧焊接竖直钢板(3)，竖直钢板与槽钢的侧板之间为扣接空间(5)。
3.根据权利要求1所述的地下管线保护装置，其特征在于:槽钢和注浆钢管的一端打磨成锥形结构。
4.根据权利要求1所述的地下管线保护装置，其特征在于:槽钢的侧板端部打磨为尖角⑷。
5.一种应用权利要求1所述地下管线保护装置的支护方法，其特征在于，该支护方法包括以下步骤: 501:在隧道(7)挖掘之前，做施工准备，在槽钢打设之前先打设探管进行超前探测，确定管线(6)具体位置； 502:架设工作平台，将一根定位型钢固定在工作平台上，同时将夯管锤就位在工作平台上，夯管锤风管与空压机风管连接； 503:根据确定的位置将槽钢固定在定位型钢上，然后使用夯管锤将槽钢向土体内打设； 504:槽钢打设至土体后，利用注浆钢管进行注浆，形成水平的板状隔离层，将管线与隧道拱顶分隔开，从而完成一个工作单元的槽钢密排支护过程。
6.根据权利要求5所述的支护方法，其特征在于:工作平台为脚手架，定位型钢作为打设槽钢的导轨。
7.根据权利要求5所述的支护方法，其特征在于:步骤503中，在槽钢打设过程中，在定位型钢上涂抹润滑油。
8.根据权利要求5所述的支护方法，其特征在于:步骤504中，注浆浆液为水泥-水玻璃浆液。
【文档编号】E21D9/00GK103670448SQ201410000835
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日
【发明者】冯靖宇, 刘江 申请人:中铁三局集团有限公司, 中铁三局集团第四工程有限公司