盾构隧道轻型保圆支撑体系及其施工方法与流程

本发明涉及隧道及地下工程技术领域，具体涉及一种盾构隧道轻型保圆支撑体系及其施工方法。

背景技术：

随着修建技术、建设水平及建设要求的不断提高，越来越多的新工艺、新工法应用到隧道及地下工程的建设中，而盾构机作为隧道机械开挖的典型代表，已逐步广泛的应用于交通工程领域、水工领域及城市轨道交通领域的隧道建设。特别是在穿江越河隧道、城市隧道的建设中，盾构机以其快速、安全、优质、环保、文明施工等诸多优势，逐渐成为各类施工方法的首选。

考虑到临近周边工程建设或盾构隧道附属施工亦或地下环境变化等因素影响，势必打破盾构隧道既有的受力平衡系统，致使存在一定的变形或者安全隐患；同时，传统的保圆支撑体系笨重、重复利用率低下、安装时间长。为此，急需寻求一种轻型保圆支撑体系，以解决对既有盾构隧道产生扰动或变形等影响，确保盾构隧道的正常通行能力、结构安全以及周边工程的顺利建设。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种盾构隧道轻型保圆支撑体系及其施工方法，能确保既有盾构隧道受力平衡系统被打破后的正常通行能力、结构安全以及周边工程的顺利建设，并降低施工风险。

本发明所采用的技术方案为：

盾构隧道轻型保圆支撑体系，其特征在于：

包括盾构隧道内沿隧道纵向平行布置的的多排支撑排架，所述支撑排架位于竖直平面内，是由六根等长的支撑杆件组成的六角星形架，各支撑杆件端部固定到盾构管片结构上。

支撑排架内形成正六边形区域，正六边形区域内各支撑排架的底部水平支撑杆件上方设置有纵向的通行平台。

支撑杆件端部通过支撑基座固定到盾构管片结构上；

支撑基座外侧为弧面并紧贴盾构管片结构，内侧为平面作为支撑杆件端部的固定面。

支撑杆件端部焊接固定有支撑杆件连接垫板，支撑杆件连接垫板通过连接螺栓固定到支撑基座上。

支撑基座外侧与盾构管片结构之间设置有支撑基座连接垫板，并通过化学锚栓固定到盾构管片结构上。

支撑排架中的支撑杆件每三根一组组成两个正三角形架，二者顶角间相差60°。

支撑排架中的两个正三角形架纵向前后密贴，支撑杆件的相交处通过纵向通长的纵向连接构件相固定连接；

纵向连接构件通过焊接或绑扎的方式与支撑杆件连接。

通行平台的底面位于支撑排架内水平支撑杆件的纵向连接构件上。

盾构管片结构为预制钢筋混凝土结构；

支撑杆件、支撑基座和纵向连接结构件均为无缝钢管、焊管、型钢或组合型钢；

支撑杆件连接垫板和支撑基座连接垫板为钢板、角钢或槽钢；

通行平台为木板、钢板、预制钢筋混凝土板、水泥基面板或复合面板。

盾构隧道轻型保圆支撑体系的施工方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤一：制作支撑排架及配件：

在工厂内下料，加工支撑排架及配件，并将支撑杆件连接垫板焊接于支撑杆件两端，支撑基座连接垫板与支撑基座外圆弧面焊接牢固；加工通行平台；

步骤二：放样定位，安装支撑基座：

将支撑排架及配件运抵现场，并在盾构管片结构上精准放样，确定支撑基座的安装定位；在盾构管片结构上钻孔，通过化学锚栓将支撑基座予以固定；

步骤三：架立支撑杆件：

自下而上的安装支撑杆件，并通过连接螺栓将其与支撑基座连为一体；

步骤四：搭设纵向连接结构件：

左右对称、自下而上的搭设纵向连接结构件，并通过焊接或绑扎将其与支撑杆件连接牢固，确保其整体性；

步骤五：铺设通行平台：

在支撑杆件交叉形成六边形空间内搭设纵向的通行平台，通行平台两端与纵向连接结构件固定，具备安全通行的能力。

本发明具有以下优点：

本发明用于对既有盾构隧道产生扰动或变形等影响区域的保圆支撑处理。该结构型式简明，受力合理，充分利用了钢支架安装快速、承载能力高、可重复利用等特点，综合考虑既有结构的结构型式、空间尺寸等具体情况，巧妙利用三角形的稳定性和钢结构的力学优势，快速形成有效的支撑体系，有效地抑制变形，确保盾构隧道的结构安全与椭圆度要求，并具备正常的通行能力；同时，该结构具有很强的可操作性，可实现工厂化作业，为后续施工赢得时间，具有较高的经济效益和社会效益，在铁路、公路、水利、城市轨道交通、市政管网等工程中有广泛的应用价值。

附图说明

图1为本发明结构立面图。

图2为a大样图。

图中，1-盾构管片结构，2-支撑杆件，3-支撑基座，4-化学锚栓，5-支撑杆件连接垫板，6-连接螺栓，7-支撑基座连接垫板，8-纵向连接构件，9-通行平台。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种盾构隧道轻型保圆支撑体系，是一种具备通行能力的轻型保圆支撑结构，包括盾构隧道内沿隧道纵向平行布置的的多排支撑排架，所述支撑排架位于竖直平面内，是由六根等长的支撑杆件2组成的六角星形架，各支撑杆件2端部固定到盾构管片结构1上。支撑排架内形成正六边形区域，正六边形区域内各支撑排架的水平支撑杆件2上方设置有纵向的通行平台9，具备安全通行的能力。

支撑杆件2端部通过支撑基座3固定到盾构管片结构1上；支撑基座3外侧为弧面并紧贴盾构管片结构1，内侧为平面作为支撑杆件2端部的固定面。支撑杆件2端部焊接固定有支撑杆件连接垫板5，支撑杆件连接垫板5与支撑基座3上预留对位的螺丝孔，支撑杆件连接垫板5通过连接螺栓6固定到支撑基座3上。支撑基座3外侧与盾构管片结构1之间设置有支撑基座连接垫板7，外弧面与盾构管片结构1呈同心圆，并焊接于与盾构管片结构1相吻合的支撑基座连接垫板7，支撑基座连接垫板7预留螺丝孔，通过化学锚栓4固定到盾构管片结构1上。

支撑排架中的支撑杆件2每三根一组组成两个正三角形架，二者顶角间相差60°。支撑排架中的两个正三角形架纵向前后密贴，支撑杆件2的相交处通过纵向连接构件8相固定连接；纵向连接构件8通过焊接或绑扎的方式与支撑杆件2连接，确保整体性。通行平台9的底面位于支撑排架内水平支撑杆件2的纵向连接构件8上。

盾构管片结构1为预制钢筋混凝土结构；支撑杆件2、支撑基座3和纵向连接结构件8均为无缝钢管、焊管、型钢或组合型钢；支撑杆件连接垫板5和支撑基座连接垫板7为钢板、角钢或槽钢；通行平台9为木板（含方木）、钢板（含型钢）、预制钢筋混凝土板、复合板材等。

排架纵向间距为0.8～2.0m，整体高度5.0～12.0m，适用于外径5.5～12.8m的盾构隧道；支撑杆件2之间成60°夹角，其长度约为排架整体高度的87%；支撑基座3厚度300～500mm，环向间距60°；支撑杆件连接垫板5和支撑基座连接垫板7厚度8～20mm；连接螺栓6和化学锚栓4规格为m12～m24；支撑基座连接垫板7与支撑基座3等长，其两侧宽度较支撑基座3宽80～150mm；支撑构件2较支撑构件连接垫板5长、宽均小50～100mm；通行平台9长1.5～3.0m，单块宽0.5～1.0m，厚度30～100mm。

本发明的尺寸总体上应以既有结构的结构型式、空间尺寸为基准，其构件刚度应足以抵抗临近周边工程建设或盾构隧道附属施工或地下环境变化产生的应力变化；通行平台应具备一定的人员走行及检修、监测以及作业的安全通道。

本发明采用型钢或组合型钢拼装组成，通过化学锚栓、螺栓或焊接将各部件连接，垫板样式应与既有结构、支撑构件相吻合；并通过支撑构件、支撑基座以及纵向连接构件如组合型钢、角钢、槽钢等将各部件纵向连接一体，确保保圆支撑体系的整体稳定性。

本发明可满足对既有盾构隧道产生扰动或变形等影响区域的保圆支撑处理。应用本发明后，随着具体工程中所采用的既有结构空间尺寸、结构类型、临近工程施工方法、地质条件、隧道埋深及周边环境等差异，其相关结构参数均可根据实际工程需要或大或小、或多或少、或长或短、或强或弱，如：支撑构件、支撑基座、纵向连接构件、支撑基座连接垫板、支撑构件连接垫板、化学锚栓、连接螺栓以及通行平台等的型号、材质和尺寸，支撑结构的数量、型号、纵向间距及其整体高度与宽度等。

上述盾构隧道轻型保圆支撑体系的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：制作支撑排架及配件：

在工厂内下料，加工支撑排架及配件，并将支撑杆件连接垫板5焊接于支撑杆件2两端，支撑基座连接垫板7与支撑基座3外圆弧面焊接牢固；加工通行平台9；

步骤二：放样定位，安装支撑基座3：

将支撑排架及配件运抵现场，并在盾构管片结构1上精准放样，确定支撑基座3的安装定位；在盾构管片结构1上钻孔，通过化学锚栓4将支撑基座3予以固定；

步骤三：架立支撑杆件2：

自下而上的安装支撑杆件2，并通过连接螺栓6将其与支撑基座3连为一体；

步骤四：搭设纵向连接结构件8：

左右对称、自下而上的搭设纵向连接结构件8，并通过焊接或绑扎将其与支撑杆件2连接牢固，确保其整体性；

步骤五：铺设通行平台9：

在支撑杆件2交叉形成六边形空间内搭设纵向的通行平台9，通行平台9两端与纵向连接结构件8固定，具备安全通行的能力。

本发明用于对既有盾构隧道产生扰动或变形等影响区域的保圆支撑处理，巧妙利用三角形的稳定性和钢结构的力学优势，快速形成有效的支撑体系，有效地抑制变形，确保盾构隧道的结构安全与椭圆度要求，并具备正常的通行能力。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。