一种顶管隧道支护结构的制作方法

1.本实用新型属于顶管隧道技术领域，特别涉及一种顶管隧道支护结构及施工方法，适用于在建顶管隧道上跨规划隧道工况对在建顶管隧道进行预保护。


背景技术：

2.顶管隧道施工前，根据地下空间规划已知将来会有地铁隧道下穿该顶管隧道。可以预想规划隧道下穿施工时将不可避免地对周围地层产生扰动，引起周围地层变形并向上传递，造成上部顶管隧道结构承载力或支撑条件的降低或结构变形，而当地层变形量引起的附加应力超过结构的强度极限时，则会造成上部结构的损伤，同时对下部结构的施工产生影响，甚至出现严重的安全事故。尤其是软土地基这种影响将十分严重。以前由于规划滞后只能在下方地铁穿越上方隧道时对上方隧道进行被动的保护，现在可以根据地铁规划对顶管隧道主动采取预保护措施，来避免规划地铁隧道将来的施工影响。
3.对上方顶管隧道预保护可以采用水泥土满堂加固的方式，把顶管穿越区域的软土通过水泥土搅拌桩、旋喷桩或者注浆等加固为水泥土，可以一定程度上保护顶管隧道。但这种方式将极大地增加隧道顶进阻力，对施工条件要求更高，施工所用资金更多，且采用全区域水泥土加固将产生许多不必要的材料耗费。因此，采取一种安全高效且有利于顶管隧道施工的预支护方案显得极有必要。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的之一在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种顶管隧道支护结构，通过锁扣钢管和预制管桩通过注浆加固形成的门架结构，达到对在建顶管隧道的预支护效果。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种顶管隧道支护结构，包括顶管隧道、压入所述顶管隧道地面下方的若干预制管桩和锁扣钢管；所述预制管桩伸向地底并排设置且沿所述顶管隧道的轴线间隔排布，所述预制管桩上端的周围及上方设有桩顶加固体，所述锁扣钢管穿过所述桩顶加固体位于所述预制管桩的上方并内部注浆加固；所述锁扣钢管彼此插接呈一字型布置并水平地沿所述顶管隧道的轴线延伸从而与所述预制管桩形成门架结构。
7.进一步的，所述锁扣钢管之间还填充有由水泥-水玻璃浆液形成的钢管加固体。
8.进一步的，所述锁扣钢管贴近内壁处设有带钢管排气孔的排气管，所述排气管一端封闭，另一端伸出所述锁扣钢管外。
9.进一步的，所述锁扣钢管的外侧壁上设有外端凸起的钢管公锁扣，相对的另一侧设有带滑槽的钢管母锁扣，所述滑槽与所述凸起相配合且对应地位于所述锁扣钢管的截面直径上。
10.进一步的，所述锁扣钢管贴近内壁处还设有钢管注浆管，所述钢管注浆管上设有穿透所述锁扣钢管侧壁的钢管注浆孔；所述钢管注浆管以插接位置为基准上下分布。
11.进一步的，所述顶管隧道的顶管破洞内连续顶入顶管管片，所述顶管管片外壁均匀注触变泥浆。
12.进一步的，所述预制管桩的上端设有中空内部；所述中空内部的侧壁面上设有多个桩壁注浆孔并且底部设有横隔板，所述横隔板上设有钢筋笼，所述横隔板设有管桩出气孔。
13.上述技术方案的有益效果：
14.1、混凝土预制管桩结构体与锁扣钢管结构体共同组建成为门架结构，对上部顶管隧道起到支撑作用，阻挡规划隧道施工时引起的土体变形和应力传递，对顶管隧道起到良好的保护作用；
15.2、锁扣钢管穿过预制管桩顶部的桩顶加固体，钢管加固体和桩顶加固体互相融合，使得预制管桩结构和锁扣钢管结构衔接十分牢固而紧密，从而锁扣钢管结构所受力可较好传入预制管桩；
16.3、锁扣钢管内注入的水泥砂浆、锁扣钢管周围的水泥-水玻璃加固体以及锁扣钢管之间的锁扣共同组成的支撑层刚度大，对于控制顶管隧道的变形十分有利；
17.4、锁扣钢管周围土体所注浆液为水泥-水玻璃浆液，其凝结的速度快，能在短时间内迅速凝结且强度高，且锁扣钢管内有排气管，可在向锁扣钢管内注水泥砂浆时及时将空气排出，有利于水泥砂浆完全充满锁扣钢管内部。
18.5、锁扣钢管与预制管桩的组合结构，安全高效，节省材料。
附图说明
19.图1为本实用新型的平面布置图。
20.图2为本实用新型工作井的断面图。
21.图3为本实用新型锁扣钢管和桩顶加固体的连接关系示意图。
22.图4为本实用新型顶管隧道破洞和锁扣钢管破槽的结构示意图。
23.图5为本实用新型预制管桩的结构示意图。
24.图6为本实用新型管桩注浆孔的布置图。
25.图7为本实用新型的锁扣钢管结构示意图。
26.图8为本实用新型锁扣钢管排气孔的布置图。
27.图中：1-顶管隧道；2-锁扣钢管；3-远期规划隧道；4-预制管桩；5-钢管注浆管；6-钢管加固体；7-桩顶加固体；8-钢管注浆孔；9-管桩桩尖；10-钢筋笼；11-钢管母锁扣；12-钢管公锁扣；13-管桩出气孔；14-桩壁注浆孔；15-横隔板；16-排气管；17-钢管排气孔；18-人工填土；19-淤泥质粉质粘土；20-端头加固体；21-顶管破洞；22-钢管破槽；23-围护板桩墙；24-桩顶注浆管；25-压入管；26-管内砂浆体。
具体实施方式
28.下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
29.参照附图。本实施例的顶管隧道支护结构，包括顶管隧道1、压入顶管隧道1地面下方的若干预制管桩4和锁扣钢管2。其中，预制管桩4为混凝土材质，其上端具有中空内部，下端为直径向下收缩的尖锥形。中空内部的底部为一层带有出气孔管桩出气孔13的横隔板
15，横隔板15上浇筑有钢筋笼10，中空内部的侧壁面上设有多个桩壁注浆孔14。具体的，中空内部的侧壁面沿高度方向每隔30cm的截面处环向均匀设有6个桩壁注浆孔14。
30.锁扣钢管2一端封闭，一端开放。锁扣钢管2外壁的相对两壁面上沿径向分别设有外侧端面凸起的钢管公锁扣12，和外侧端面带滑槽的钢管母锁扣11，凸起端面和滑槽相配合从而实现锁扣钢管2之间的插接连接，并且保证锁扣钢管2彼此处于统一水平线。锁扣钢管2内壁还分别焊接有排气管16和钢管注浆管5。排气管16上沿轴向每间隔1.5m对称地分布4个钢管排气孔17，排气管16一端封闭，另一端伸出锁扣钢管2外。钢管注浆管5为两根，分别以钢管公锁扣12和钢管母锁扣11的连接径向直线为基准上下偏离45
°
分布。钢管注浆管5上设有穿透锁扣钢管2侧壁的钢管注浆孔8。
31.预制管桩4伸向地底并排设置且沿顶管隧道1的轴线间隔排布，长度方向的间距可以根据顶管隧道1下方的远期规划隧道3具体适应。特别的，并排相邻的预制管桩4之间的间距为三倍桩径。预制管桩4上端的周围及上方设有桩顶加固体7，桩顶加固体7由注浆的水泥-缓凝剂溢出桩壁注浆孔14形成。锁扣钢管2穿过桩顶加固体7位于预制管桩4的上方并内部通过水泥注浆加固。锁扣钢管2彼此插接呈一字型布置并水平地沿顶管隧道1的轴线延伸从而与预制管桩4形成门架结构，即水平布置的锁扣钢管2通过多对并排的预制管桩4支撑。具体的，该门架结构左右对称，从而保证良好的结构稳定性。锁扣钢管2之间还填充有钢管加固体6，该钢管加固体6由水泥-水玻璃浆液从钢管注浆管5的注浆孔溢出形成。
32.顶管隧道1的顶管破洞21内连续顶入顶管管片，所述顶管管片外壁均匀注触变泥浆。
33.本实施例的施工方法如下：
34.顶管隧道支护结构及施工方法，包括以下步骤：
35.1)采用水泥搅拌桩在出发井和接收井四周施工形成端头加固体20，水泥搅拌桩采用“两喷四搅”法施工。在本实施例中，出发井和接收井井深12m。
36.2)采用板桩墙进行支护，将预制板桩密贴水泥搅拌桩端头加固体内侧插入地基，形成围护板桩墙23，并开挖出发井和接收井基坑。
37.3)预制管桩4底部安装圆锥形混凝土管桩桩尖9，管桩内部通过钻孔植筋法浇筑一层管桩横隔板15，横隔板15上预留管桩出气孔13，管桩横隔板15上放置钢筋笼10，横隔板15上部桩壁上每隔30
㎝
的截面上均匀对称的打设6个注浆孔。
38.4)测量员利用轴线控制网控制点，准确放好桩位，管桩桩间距取三倍桩径，安装好注浆管，将制作好的管桩桩尖竖直向下，采用静压施工将预制管桩4压入地基，管桩内的空气从管桩横隔板15上的出气孔排出。接入压入桩，将桩顶注浆管24置入压入桩内，继续静压至设计标高。将压入桩拔出，注浆管留置在管桩内，在水泥浆液中加入缓凝剂，通过桩壁注浆孔向周围土体注浆，并向桩内部横隔板15上部注浆，最终形成桩顶加固体7。本实施例中，预支管桩长8m且压入距底面10m处，桩径550mm。
39.5)确定好锁扣钢管2和顶管的顶入位置，在出发井的井壁人工开凿顶管顶进所需顶管破洞21及锁扣钢管2顶进所需钢管破槽22。顶管破洞周围安装防水板。在本实施例中，顶管破洞21的横截面为正方形，尺寸为3.5m*3.5m，钢管破槽22的横截面为矩形，尺寸为5m*0.7m，以方便锁扣钢管2和顶管顶入。
40.6)根据工程情况选择直径适当的锁扣钢管2，在锁扣钢管2内安装钢管注浆管5和
排气管16，并开设钢管注浆孔8和钢管排气孔17。在本实施例中，选用直径为500mm的锁扣钢管2，沿顶管隧道1方向长度30m。
41.7)趁桩顶加固体7凝固前，采用顶管法将锁扣钢管2呈一字型布设顶进，钢管的顶进顺序采用以横断面中轴线上钢管为基准由中间向两端对称进行，钢管一端封闭，一端连接注浆泵，将钢管顶进至合适位置，接入压入管25，借助压入管25压进锁扣钢管2至设计位置，使得锁扣钢管2穿过桩顶加固体7，锁扣钢管2与预制桩通过注浆加固体连接形成门架结构。
42.8)利用注浆泵通过钢管内注浆管向钢管周围土体注入水泥-水玻璃浆液，水泥-水玻璃浆液从钢管注浆孔8注入到地基中形成钢管加固体6。
43.9)钢管排气管16一端封闭，一端从压入管25内腔中伸到出发井内，向锁扣钢管2内注入水泥砂浆，空气经排气管16排出，将锁扣钢管2内注满水泥砂浆之后，在压入管25内边注入水泥砂浆形成管内砂浆体26边拔管，将土体填充密实。
44.10)安装顶管后背墙、导轨及千斤顶等顶进设备，确定测量轴线和水准点后开始顶进顶管管片，顶进的同时在顶管管片外壁连续注触变泥浆，并及时进行监测和纠偏。顶管顶进的土层为淤泥质粉质粘土19，且上覆人工填土18。顶管管片选用尺寸为3m*3m。触变泥浆一方面可以把管壁与土体间的干摩擦转化为湿摩擦,减小顶进摩阻力,另一方面也可以在掏空的管道外壁空隙里形成完整的泥浆套,减小土体变形,使管道更加稳定。
45.应当指出，上述描述了本实用新型的实施例。然而，本领域技术的技术人员应该理解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型范围的前提下本实用新型还会有多种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。