一种大直径钢管管幕承插式管间止水装置及其施工方法与流程

本发明涉及一种管幕间止水帷幕的装置，特别涉及提供一种大直径钢管管幕承插式管间止水装置及其施工方法。

背景技术：

管幕法是目前世界上广泛使用的一种隧道开挖预支护技术，其主要工艺特征是：在开挖土体四周安装一圈钢管，并通过锁扣、人工冷冻等方式进行管间止水，然后在管幕的支护下开挖洞内土体。大直径管幕管间止水的传统方法有机械锁扣和土体人工冷冻法。由于冷冻法价格昂贵，施工工期长，且土体的冻胀融沉不易控制。因此，施工时一般选用机械锁扣作为管间止水装置。

传统的管间机械锁扣通常安装在管幕外侧，在管幕顶进过程中，锁扣与土体直接接触。管幕越长，锁扣与土体之间的摩擦力越大，间接地增大了管幕顶进时的阻力，同时当遇到较为坚硬的土体或障碍物时，顶进困难且锁扣容易遭到破坏，从而影响工期和止水效果。为此，亟需发明一种新型管间止水装置，既能提高大直径管幕的顶进效率，又能保证管幕的止水效果，缩短工期，减少成本。

技术实现要素：

本发明针对现有技术提供的固定锁扣为置于管幕外侧，不利于顶进，以及锁扣间连接封闭性差，止水效果不佳等问题，提供一种成本低廉、施工方便、止水效果好的新型管间止水装置及其施工方法。

实现本发明目的的技术方案是提供一种大直径钢管管幕承插式管间止水装置，其结构为：沿钢管轴向开口，管壁内侧开口处焊接u型卡槽，u型卡槽底部开有注浆孔和安装孔；u型卡扣置于u型卡槽内，u型卡扣内设有管状注浆通道，u型卡扣的底部开有与u型卡槽的注浆孔配合的注浆口，注浆口与注浆通道联通；注浆通道上开有出浆孔；u型卡槽底部的安装孔用于安装垫片，螺母和波纹螺栓，波纹螺栓紧贴u型卡扣底部钢板，为u型卡扣提供水平推力。

在本发明中，优选的方案是：注浆孔孔径为1～2cm，沿钢管轴向布置，间距为30～50cm。u型卡扣为长条形u型钢板，板厚2～3cm，开口深度25～30cm，开口间距20～25cm，前部开口端为楔型切削刀头状。注浆通道沿钢管轴向布置，注浆通道的孔径为1～2cm。出浆孔的孔径为1～2cm。

本发明技术方案还包括一种大直径钢管管幕承插式管间止水装置的施工方法，包括如下步骤：

（1）管幕钢管预制阶段，在管壁内侧安装管间止水装置：沿钢管轴向焊接u型卡槽后，切除与u型卡槽相连部分管幕钢板；在u型卡槽底部开设注浆孔和安装孔，安装孔用于安装垫片，螺母和波纹螺栓，波纹螺栓紧贴u型卡扣底部钢板；将u型卡扣置于u型卡槽内侧，u型卡扣内设有管状注浆通道，u型卡扣的底部开有与u型卡槽的注浆孔配合的注浆口，注浆口与注浆通道联通；注浆通道上开有出浆孔；

（2）管幕钢管顶进施工阶段，控制管幕钢管顶进精度，待钢管顶进至所需位置，转动螺母，将波纹螺栓逐渐转出，带动u型卡扣向前移动，使卡扣刀头于相邻钢管接头的卡扣刀头相互搭接；

（3）u型卡扣移动到指定位置后，向u型卡槽底部的注浆孔灌注环氧树脂，环氧树脂经由u型卡扣内的注浆通道和出浆孔注入卡扣间地层形成注浆层。

现有技术中，管间锁扣通常固定在管幕外侧，在管幕顶进过程中，锁扣与土体直接接触。管幕越长，锁扣与土体间摩擦力越大，间接地增大管幕顶进阻力。锁扣不仅对土体造成了扰动，同时当遇到较为坚硬的土体或障碍物时，锁扣容易遭到破坏。固定的锁扣模式往往造成相邻管幕间锁扣相对距离过大或过小等情况，从而使得管幕间止水效果不佳。本发明中，卡扣刀头采用楔型切削刀头，便于推移时切削土体。采用u型卡扣推进装置，可调节卡扣的伸缩距离。卡扣钢板侧壁预留注浆孔灌注环氧树脂，通过灌注环氧树脂形成注浆层，进行管幕间止水。

与现有技术相比，本发明的优点是：管幕钢管预制阶段，将卡扣等管间止水装置安装在管幕内部，使管幕在顶进过程中减小阻力与对土体的扰动，便于管幕顶进；钢管顶进到位后，转动螺母，推出卡扣，卡扣采用u型设计，开口较宽，方便相邻管幕间卡扣误差调节，卡扣刀头采用楔型设计，便于土体切削；卡扣内预留注浆孔，通过灌注环氧树脂，形成注浆层，加强管幕的止水效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种大直径钢管管幕承插式管间止水装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种大直径钢管管幕承插式管间止水装置的使用状态参考图；

图中，1、钢管；2、u型卡槽；3、u型卡扣；4、注浆孔；5、浆液通道；6、出浆孔；7、垫片；8、螺母；9、波纹螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的详细阐述。

实施例1

参见附图1，它是本实施例提供的一种大直径钢管管幕承插式管间止水装置的结构示意图，包括u型卡槽2、u型卡扣3、波纹螺栓9、螺母8及垫片7。其主要特征是：在管壁内侧沿钢管1径向焊接长条形u型卡槽2，卡槽底部钢板预留注浆孔4，卡扣钢板内部预留注浆通道5和出浆孔6，安装波纹螺栓9，螺栓通过螺母8固定，螺母与卡槽底部钢板间安装垫片7，卡槽2的内侧紧贴槽壁安放u型卡扣3，以避免卡扣与土体直接接触，减小顶进阻力及土体扰动，便于管幕顶进；卡扣刀头采用楔型切削刀头，便于土体切削；卡扣钢板预埋注浆孔，通过灌注环氧树脂，增强管幕间止水效果。

参见附图2，它为本实施例提供的一种大直径钢管管幕承插式管间止水装置的使用状态参考图；在实际施工中，本发明提供的大直径钢管管幕承插式管间止水装置的安装和使用包括如下步骤：

（1）管幕钢管预制阶段，在管壁内侧安装管间止水装置。止水装置包括u型卡槽、u型卡扣、波纹螺栓、螺母及垫片，u型卡槽底部预留注浆孔，u型卡扣钢板内部预留注浆通道和出浆孔，安装时，沿钢管径向焊接u型卡槽，卡槽焊接完成后，切除与u型卡槽相连部分管幕钢板，安装螺母和波纹螺栓，预制u型卡扣置于u型卡槽内侧，卡扣刀头采用楔型切削刀头，波纹螺栓焊接于u型卡扣竖向侧边上。

（2）预制钢管改造完成后，进行管幕钢管顶进施工，控制管幕钢管1顶进精度，待钢管顶进至所需位置，转动螺母8，将波纹螺栓9逐渐转出，带动u型卡扣3向前移动，使卡扣刀头于相邻钢管接头的卡扣刀头相互搭接；

（3）u型卡扣3移动到指定位置后，通过u型卡槽2竖向钢板上的注浆孔4灌注环氧树脂，经由卡扣钢板内部预留注浆通道5和出浆孔6，注入卡扣间地层形成注浆层，保证止水效果。

在本实施例中，u型卡槽为长条形u型钢板，板厚1cm，波纹螺栓为六角圆柱头螺栓，配以垫片提供水平推力，调整u型卡扣推移量，u型卡扣为长条形u型钢板，板厚2cm，开口深度25cm，开口间距20cm。

本实施例在u型卡扣钢板底部预留注浆孔灌注环氧树脂，注浆孔孔径为1cm，沿钢管径向布置间距为30cm，通过灌注环氧树脂形成注浆层，进行管幕间止水。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种大直径钢管管幕承插式管间止水装置及其施工方法。沿钢管轴向开口，管壁内侧开口处焊接U型卡槽，卡扣置于U型卡槽内，U型卡扣内设有管状注浆通道，注浆通道上开有出浆孔；卡扣推进装置通过安装孔紧贴U型卡扣底部。本发明在结构上将卡槽焊接于管壁内侧，卡扣内置于卡槽，从而减少卡扣顶进阻力及对土体的扰动，便于管幕顶进；通过卡扣推进装置，可调节管幕间卡扣位移误差；通过卡槽内设有的注浆通道，将环氧树脂灌注到卡扣周围地层，有效增强了管间止水效果。

技术研发人员：潘建立;史培新;赵涛;刘应亮;李刚;汪国贤;穆军明
受保护的技术使用者：中铁十八局集团有限公司;中铁十八局集团第一工程有限公司;苏州大学
技术研发日：2017.09.12
技术公布日：2018.01.19