一种新型钢管幕结构支护体系及其施工方法与流程

本发明涉及地下暗挖支护技术领域，更具体的涉及一种新型钢管幕结构支护体系及其施工方法。

背景技术：

目前，地面可开发的空间越来越少，发展地下空间是国际化大都市的必然趋势，大型地下空间如地铁车站等的建设一般采用暗挖方式。管幕施工法是一种新型的地下工程暗挖技术，是一种在大口径钢管密排支护的基础上构筑大跨度断面地下暗挖工程的施工方法，特别适用于城市建筑密集、地面交通繁忙路段、下穿既有重要构筑物建筑物、超浅埋及超大断面隧道工程中，有着明显的优势。

然而，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：

本发明提供一种新型钢管幕结构支护体系及其施工方法，用以解决现有技术中管幕结构相邻钢管的连接处受力薄弱，需要架设大量临时支撑以确保整体结构的稳定性的问题。

具体的，新型钢管幕结构支护体系，管幕结构包括第一钢管、第二钢管和第三钢管，第一钢管、第二钢管和第三钢管均为多个，多个第一钢管依次排列形成n型结构，任意相邻两个第一钢管之间通过第三钢管进行连接，第一钢管形成n型结构的两个支脚处分别设有两个位于同一水平面的第二钢管，第一钢管、第二钢管和第三钢管中均灌入有混凝土。

优选的，第三钢管的管轴与相邻两个连接的第一钢管的管轴相垂直，第三钢管和相邻两个第一钢管之间采用焊接方式连接，第一钢管上设有注浆孔。

优选的，第二钢管与相邻的第一钢管之间也通过第三钢管焊接固定。

优选的，还包括第一土体加固层和第二土体加固层，第一土体加固层设置于第二钢管的底部，第二土体加固层设置于任意相邻两个第一钢管外侧。

优选的，第一钢管的外径为1.2-1.4m，第二钢管的外径为1.8-2.2m，第三钢管的外径为0.3-0.5m。

优选的，第三钢管的端部沿外周设有4个高强螺栓，高强螺栓为8.8级高强度螺栓，且外径为M22，高强螺栓均匀分布在第三钢管的管壁上，第三钢管上还设有第一排气孔。

优选的，第一钢管和第二钢管的两端分别设有封堵钢板，设置于第一钢管和第二钢管一端的封堵钢板上设有混凝土灌注孔和二次注浆孔，另一端的封堵钢板上设有第二排气孔。

优选的，任意相邻两个第一钢管之间还设有下翼缘板，下翼缘板与第一钢管焊接固定。

新型钢管幕结构支护体系的施工方法，包括以下步骤：

S1、施工准备：根据设计管幕结构的形状，确定各种钢管的尺寸及需求数量，开挖竖井，搭建施工平台；

S2、在设计位置依次顶入n型结构的第一钢管，并且一边顶进一边挖出第一钢管内部的土方；

S3、在n型结构的两个支脚处分别水平顶进两个第二钢管，并对第一钢管外侧的土体和第二钢管下部土体进行注浆加固，对应形成第二土体加固层和第一土体加固层；

S4、在第一钢管和第二钢管预先设计位置处开槽，清除第一钢管和第二钢管开槽处的土体，将相邻的第一钢管使用第三钢管连接，并将第二钢管和与第二钢管相邻的第一钢管使用第三钢管连接，在第三钢管上预留第一排气孔；

S5、在第三钢管的两端管壁上均匀安装多个高强螺栓；

S6、将第一钢管和第二钢管两端分别焊接封堵钢板，并在第一钢管和第二钢管一端的封堵钢板上预留混凝土灌注孔和二次注浆孔，另一端的封堵钢板上预留第二排气孔；

S7、向第一钢管、第二钢管和第三钢管中灌注混凝土；

S8、待混凝土达到设计强度后，进行管幕结构下方土体的挖掘，一边开挖土体，一边在任意相邻的第一钢管内侧管壁上焊接下翼缘板。

优选的，具体新型钢管幕结构支护体系及其施工方法，步骤S7中，提前在第一钢管上方预埋注浆管，通过混凝土灌注孔向第一钢管、第二钢管和第三钢管中灌注混凝土，当第一钢管、第二钢管和第三钢管中未注满混凝土时，通过注浆管连接二次注浆孔再次向第一钢管、第二钢管和第三钢管中灌注混凝土。

本发明具有以下有益效果：

本发明中相邻第一钢管间用第三钢管和下翼缘板连接，弥补了传统管幕结构各钢管间仅用锁扣连接，致使管幕结构相邻钢管的连接处受力十分薄弱的缺点；本发明提出的新型管幕支护体系大大提高了其横向刚度和承载力，开挖钢管幕下方土体时，无需架设大量的临时支撑，进而减少施工造价，缩短工期，简化施工工序；本发明提出的管幕结构上部为水平面，整体断面为矩形结构，相对于拱形断面，大大提高了地下空间的利用率；本发明两侧管幕的下部顶进了两根直径较大的第二钢管，并对第二钢管下部进行注浆加固，增加了两侧钢管幕底部的刚度，有效的减小了整体钢管幕向下的沉降，进而降低了地表沉降，提高了施工质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明实施例1提供的新型钢管幕结构支护体系结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的新型钢管幕结构支护体系中相邻第一钢管连接结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的新型钢管幕结构支护体系中第三钢管上螺栓分布图；

图4为本发明实施例1提供的新型钢管幕结构支护体系中封堵钢板结构示意图；

图5为本发明实施例1提供的新型钢管幕结构支护体系中第一钢管上注浆孔位置示意图。

附图标记说明：

1-第一钢管，11-注浆孔，2-第二钢管，3-第三钢管，31-高强螺栓，4-第一土体加固层，5-下翼缘板，6-第二土体加固层，7-地面，8-封堵钢板，81-混凝土灌注孔，82-二次注浆孔，83-排气孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-5所示，本发明实施例1提供一种新型钢管幕结构支护体系，管幕结构包括第一钢管1、第二钢管2和第三钢管3，第一钢管1、第二钢管2和第三钢管3均为多个，多个第一钢管1依次排列形成n型结构，任意相邻两个第一钢管1之间通过第三钢管3进行连接，第一钢管1形成n型结构的两个支脚处分别设有两个位于同一水平面的第二钢管2，第一钢管1、第二钢管2和第三钢管3中均灌入有混凝土。

其中，第一钢管1的外径为1.2m，第二钢管2的外径为1.8m，第三钢管3的外径为0.3m，第三钢管3的管轴与相邻两个连接的第一钢管1的管轴相垂直，第三钢管3和相邻两个第一钢管1之间采用焊接方式连接，第一钢管1上设有注浆孔11，便于对第一钢管1外侧的土体进行注浆加固；第二钢管2与相邻的第一钢管1之间也通过第三钢管焊接固定，支护体系还包括第一土体加固层4和第二土体加固层6，第一土体加固层4设置于第二钢管2的底部，第二钢管2和第一土体加固层4有效的增加了钢管幕结构两侧的底部刚度，减小了整体钢管幕向下的沉降，降低了地表沉降，提高了施工质量；第二土体加固层6设置于任意相邻两个第一钢管1的外侧，通过第一钢管1上的注浆孔11向土体内注浆加固，形成第二土体加固层6，增加管幕结构水平面的强度；第三钢管3的端部沿外周设有4个高强螺栓31，高强螺栓31选用8.8级高强度螺栓，且外径为M22，4个高强螺栓31均匀分布在第三钢管3的管壁上，第三钢管3上还设有第一排气孔，高强螺栓31可增强第三钢管3在混凝土中的拉拔力和粘结力，第一排气孔能够在灌注混凝土时，将混凝土在第三钢管3内部灌注密实；第一钢管1和第二钢管2的两端分别设有封堵钢板8，设置于第一钢管1和第二钢管2一端的封堵钢板8上设有混凝土灌注孔81和二次注浆孔82，另一端的封堵钢板8上设有第二排气孔83，混凝土灌注孔81用于向第一钢管1和第二钢管2中灌注混凝土，第二排气孔83用于在灌注混凝土时向外部排气，使混凝土灌注密实，二次注浆孔82的设置是为了预防钢管内混凝土灌注不密实，可在后期进行二次注浆；任意相邻两个第一钢管1之间还设有下翼缘板5，下翼缘板5与第一钢管1焊接固定，第三钢管3和下翼缘板5同时连接相邻的第一钢板1，加强了相邻第一钢管1连接处的受力，提高了管幕结构横向刚度和承载力。

具体的，新型钢管幕结构支护体系及其施工方法，包括以下步骤：

S1、施工准备：根据设计管幕结构的形状，确定各种钢管的尺寸及需求数量，开挖竖井，搭建施工平台；

S2、在地面7下方设计位置依次顶入n型结构的第一钢管1，并且一边顶进一边挖出第一钢管1内部的土方；

S3、在n型结构的两个支脚处分别水平顶进两个第二钢管2，并对第一钢管1外侧的土体和第二钢管2下部土体进行注浆加固，对应形成第二土体加固层6和第一土体加固层4；

S4、在第一钢管1和第二钢管2预先设计位置处开槽，清除第一钢管1和第二钢管2开槽处的土体，将相邻的第一钢管1使用第三钢管3连接，并将第二钢管2和与第二钢管2相邻的第一钢管1使用第三钢管3连接，在第三钢管3上预留第一排气孔；

S5、在第三钢管3的两端管壁上均匀安装4个高强螺栓31；

S6、将第一钢管1和第二钢管2两端分别焊接封堵钢板8，并在第一钢管1和第二钢管2一端的封堵钢板8上预留混凝土灌注孔81和二次注浆孔82，另一端的封堵钢板8上预留第二排气孔83；

S7、提前在第一钢管1上方预埋注浆管，通过封堵钢板8上预留的混凝土灌注孔81向第一钢管1、第二钢管2和第三钢管3中灌注混凝土，当第一钢管1、第二钢管2和第三钢管3中未注满混凝土时，通过二次注浆孔82再次向第一钢管1、第二钢管2和第三钢管3中灌注混凝土；

S8、待混凝土达到设计强度后，进行管幕结构下方土体的挖掘，一边开挖土体，一边在任意相邻的第一钢管1内侧管壁上焊接下翼缘板5。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。