一种用于软土隧道预加固的装配式管棚的制作方法

本技术涉及软土隧道预加固，具体涉及一种用于软土隧道预加固的装配式管棚。

背景技术：

1、管棚技术作为隧道工程中一项重要的隧道洞口加固措施，广泛使用于各类软弱、砂砾地层和软岩、盐堆、破碎带地段，可为在特殊条件下安全开挖，预先提供一种增强地层承载力的临时支护，以免隧道发生坍塌破坏，造成施工安全事故。

2、目前，大部分地区采用的是较为传统的管棚超前预支护体系，其主要由带注浆孔钢管和拱架组成，利用注浆材料渗透到岩体裂隙，从而在隧道周围形成强度比较大的承载环，在沙砾地层和软岩、岩堆等地层可以获得较好的固结效果；而在软土地层采用传统管棚注浆的方法固结软土，注浆在软土地层中大多数只能形成树根状固结带，达不到整体的固结效果。因此在软土隧道开挖过程中容易发生塌方，地层位移，地表沉降、堆土加载等自然危害，其中软土隧道正上方的堆土加载会引起隧道下沉，即使停止加载，隧道也会持续下沉，短时间内难以稳定，这不仅危及到了施工人员和工程结构本身的安全，也会危及到周围结构物的安全，无疑是增加工程成本，拖延施工进度。

3、在现有管棚搭设装置的基础上，虽有人提出过针对软土隧道施工预加固技术的改进构思，但该管棚构思是通过单层的u型钢板与钢管通过锁扣装置相连接，而用于连接用的锁扣装置采用焊接的方式分别焊接在u型钢板和钢管上，焊接前需要预先准确定位，在实际进行焊接操作时并不好控制。通过该构思所搭建出来的管棚的刚度和强度问题值得考究，调节结构的调节适用范围不大，且在荷载较大的情况下，调节结构焊接位置容易脱落。目前，还未见有比较可靠实用的装置来实现软土隧道的安全高效开挖。

技术实现思路

1、本实用新型基于上述现有技术中存在的不足，针对软土隧道在施工过程中进行预加固困难，通常采用的隧道管棚预加固技术运用在软土地层中会出现刚性支撑较弱，管棚结构整体的稳定性难以得到保证等问题，目的是提供一种组装操作简单，支护效果好，能够承载大荷载，变形控制能力强，适用范围广的软土隧道预加固装配式管棚。

2、为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

3、一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，包括若干钢拱架，所述钢拱架的外侧铺设有管板加固结构，所述管板加固结构包括依次相接的套管与连接板，所述套管内侧套接有钢管，所述套管两侧分别设置有连接口，所述连接板插入至所述连接口内部并与所述套管转动连接，所述连接口与连接板之间填充有弹性支撑材料。

4、本实用新型主要包括钢管、套管、钢拱架和连接板，钢拱架是管棚的基础支撑结构，通过在钢管的外面套接套管，再由套管的连接口与连接板相接，从而实现钢管的依次有序连接，套管与连接板相接处可转动调节角度，便于适应不同拱顶弧度的隧道。钢管、套管和连接板均为工厂预制标准件，每分段长度为5~8m，段与段之间采用对焊连接，由套管和连接板环环相扣依次相接铺设在若干钢拱架上形成管棚。钢管主要用来支撑软土因坍塌所导致的堆土加载，具体数量根据隧道拱顶弧度与所述钢管的直径进行设置；套管套设在钢管外侧，不仅充当了连接装置，也很好的提升了钢管的刚度与强度，使得整个管棚结构可以支撑由软土所施加的更大的荷载；连接板由两块u型钢板通过焊接形成整体，主要用于连接两侧的套管；钢拱架采用i20b的工字钢或者槽钢，位于所铺设钢管的下方，用于支撑钢管、套管、连接板及其上部软土所施加的荷载。

5、优选地，所述套管包括管道部分和向径向两侧对称延伸的连接端，所述连接口设置于所述连接端的侧端部。

6、优选地，所述连接口内设置有一圆柱状转轴。

7、套管的管道部分用于套接钢管，连接端的连接口呈向内凹陷的槽口，在槽口内侧中心凹陷处设置有一个圆柱状的转轴，该圆柱状的转轴与槽口连接成一体。

8、优选地，所述连接板包括中空腔体和向腔体两侧对称延伸的连接部。

9、优选地，所述连接部的端部为可与所述圆柱状转轴配套转动的弧状转动槽。

10、连接板是由两块u型钢板通过焊接形成的整体，中间为中空的腔体，两侧是用于与套管连接口相接的连接部，连接部的侧端弧状转动槽呈向内凹陷的圆弧状槽口，该连接部的弧状转动槽与套管两侧连接口中的圆柱状转轴相接后，弧状转动槽以圆柱状转轴为轴心转动，从而可进行角度的调节。

11、优选地，所述连接板在所述连接口处的转动角度小于等于60°。

12、在实际操作中，连接板在连接口处的转动角度根据实际需求进行调节设置，为保持管棚结构整体的稳定性，连接板在连接口处的转动角度不超过60°。

13、优选地，所述弹性支撑材料采用橡胶类柔性材料。

14、优选地，所述弹性支撑材料与所述连接口通过粘连固定。

15、通过在连接口与连接板之间填充弹性支撑材料，不仅可以防止连接板发生不必要的位移，也为连接板提供了一定的转动空间，弹性支撑材料一般采用橡胶等柔性材料，可以发生挤压变形，弹性支撑材料主要通过粘钢胶粘贴在连接口内侧的上下方，为保证粘贴牢固，不影响后续连接效果，粘贴面不得有气泡。

16、优选地，所述套管与钢管之间通过膨胀螺栓固定连接，所述膨胀螺栓均匀分布于所述套管的轴向方向。

17、套管套设在钢管的外侧，钢管与套管之间通过膨胀螺栓进行紧密连接，膨胀螺栓间隔分布在钢管与套管的轴向连接处，其中膨胀螺栓采用高分子材料，避免发生锈蚀等破坏。

18、优选地，所述钢管内填充有微膨胀水泥砂浆。

19、钢内管通过填充微膨胀水泥砂浆，可起到提升钢管刚度以及强度的作用；当钢管直径大于120mm时，钢管可以内置钢筋笼后再进行微膨胀水泥砂浆的填充，以增加钢管的刚度。微膨胀水泥砂浆采用m7.5等高强度等级的水泥砂浆或环氧砂浆。

20、本实用新型具有以下有益效果：

21、（1）刚性支撑结构环环相扣，可以更好的保障施工安全，能够克服围岩注浆结果不良而引起的坍塌、结构因荷载过大导致的变形破坏等问题；

22、（2）预制装配式管棚结构，工厂预制，组成部件为一体式结构，当受到大荷载时连接结构不易脱落，现场组装，操作简单，性能可靠；

23、（3）利用弹性支撑材料提供柔性支撑，使得管棚可以通过转动一定的角度去适应工程结构，不仅可以防止连接板发生不必要的位移，也为连接板提供一定的转动空间，从而达到支撑软土所施加荷载的效果，广泛适用于不同拱顶弧度的隧道；

24、（4）当钢管直径较大时可先内置钢筋笼于钢管内，然后向钢管内填充微膨胀水泥砂浆，从而提高管棚刚度，管棚刚度越大，管棚的骨架作用越强，软弱土层沉降越小，可以大大减少为了限制位移而增设其他加固措施的成本，经济效益明显。

技术特征：

1.一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，包括若干钢拱架（7），所述钢拱架（7）的外侧铺设有管板加固结构，所述管板加固结构包括依次相接的套管（2）与连接板（3），所述套管（2）内侧套接有钢管（1），所述套管（2）两侧分别设置有连接口（2-3），所述连接板（3）插入至所述连接口（2-3）内部并与所述套管（2）转动连接，所述连接口（2-3）与所述连接板（3）之间填充有弹性支撑材料（4）。

2.如权利要求1所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述套管（2）包括管道部分（2-1）和向径向两侧对称延伸的连接端（2-2），所述连接口（2-3）设置于所述连接端（2-2）的侧端部。

3.如权利要求1或2所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述连接口（2-3）内设置有一圆柱状转轴（2-4）。

4.如权利要求3所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述连接板（3）包括中空腔体（3-1）和向腔体两侧对称延伸的连接部（3-2）。

5.如权利要求4所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述连接部（3-2）的端部为可与所述圆柱状转轴（2-4）配套转动的弧状转动槽（3-3）。

6.如权利要求1所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述连接板（3）在所述连接口（2-3）处的转动角度小于等于60°。

7.如权利要求1所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述弹性支撑材料（4）采用橡胶类柔性材料。

8.如权利要求1所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述弹性支撑材料（4）与所述连接口（2-3）通过粘连固定。

9.如权利要求1所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述套管（2）与钢管（1）之间通过膨胀螺栓（5）固定连接，所述膨胀螺栓（5）均匀分布于所述套管（2）的轴向方向。

10.如权利要求1所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述钢管（1）内填充有微膨胀水泥砂浆（6）。

技术总结
本技术提供了一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，包括若干钢拱架，所述钢拱架的外侧铺设有管板加固结构，所述管板加固结构包括依次相接的套管与连接板，所述套管内侧套接有钢管，所述套管两侧分别设置有连接口，所述连接板插入至所述连接口内部并与所述套管转动连接，所述连接口与连接板之间填充有弹性支撑材料。本技术组装操作简单，支护效果好，能够承载大荷载，通过弹性支撑材料提供柔性支撑，使得管棚可以通过转动一定的角度去适应工程结构，还可以防止连接板发生不必要的位移，变形控制能力强，可广泛适用于不同的拱顶弧度的软土隧道。

技术研发人员：黄夏明,王益锋,潘泳,杨俊华,邱亚玲,章玲祥,王家振,罗立勇,刘超,赵宝龙,詹坤,刘旗,吴玉林,王洁妍
受保护的技术使用者：浙江交工国际工程有限公司
技术研发日：20221109
技术公布日：2024/1/11