CN108343450B - 一种新管幕法工作井加固结构及加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新管幕法工作井加固结构，其在隧道掘进洞口的顶管管幕周围设置有支撑圈梁，所述支撑圈梁包括环形孔口管管群和所述环形孔口管管群内侧和外侧的配筋层，所述支撑圈梁与所述工作井的主体结构由混凝土浇筑为一体，并通过连接件与顶管连接。本发明还公开所述新管幕法工作井加固方法，包括在顶管管幕的设计位置形成环形孔口管管群，沿着所述管群的内侧和外侧配置配筋层以共同形成支撑圈梁，并与主体结构浇筑为一体，在每根顶管顶进完成后，通过连接件将所述顶管与所述支撑圈梁连接在一起。本发明提高新管幕法的工作井中隧道掘进洞口结构的一体化程度，使洞口更稳固，而且所耗成本和时间较少。

Description

一种新管幕法工作井加固结构及加固方法

技术领域

本发明涉及新管幕法领域，具体而言涉及新管幕法中工作井的加固，更具体而言涉及新管幕法工作井中隧道掘进洞口的加固结构及加固方法。

背景技术

新管幕法是全新的暗挖工法，其是对管幕法的一种改进。管幕法顶进的钢管直径一般较小，拟建结构也只构筑在管幕的内侧。广义地说，其施工原理与管棚法相似，一般只作为施工的临时支撑使用。而新管幕法利用大直径的顶管施工，直径一般在1800mm以上，可以在施工后期直接将拟建结构（结构底板、顶板、墙体等）施做于所顶钢管形成的管排内，从而形成全部或部分永久钢筋混凝土结构，在此永久钢筋混凝土结构的支护下，进行暗挖结构土方大开挖，最终完成全部地下结构。目前新管幕法施工只有少数国家运用较多，我国新管幕法施工起步较晚，运用量很少，而新管幕法施工的优点很多，能够很好的适应高速发展的城市化建设需要，因此新管幕法的应用将会越来越多。

在新管幕法施工过程中需要顶进密排大直径钢管群，形成管幕，将工作井主体结构和围护结构切断，造成主体结构受力削弱，极易导致工作井的隧道掘进洞口侧墙坍塌。

现有的洞口加固技术是在管幕施工前，在结构墙上设计顶进管幕的位置的外圈及内圈分别设置洞口圈梁，通过在圈梁内设置锚固钢筋将圈梁与主体结构连为一体。然后在管幕内部结构完成后，在结构墙外侧设置内衬墙结构，通过在管幕钢管外侧焊接锚固钢筋将管幕钢管与上部、侧边、底部内衬墙连接在一起，从而将管幕与主体结构连为一体，加固工作井侧墙。

现有技术的加固方法存在若干缺点。首先，洞口圈梁是通过锚固钢筋额外附加至结构墙上，而非与主体结构一体成型；管幕钢管仅仅是位于内外圈梁之间，管幕与圈梁并无直接连接关系；管幕钢管通过内衬墙结构间接连接至主体结构。因此，管幕与主体结构的连接并不稳固。其次，内衬墙结构消耗材料多，设置和安装操作费时费力，显著增加工作井加固的成本、操作难度和操作时间。

发明内容

本发明针对上述缺陷提供一种新管幕法工作井加固结构和加固方法，提高工作井中隧道掘进洞口的稳固程度，并显著缩短加固时间。

本发明的一个方面涉及新管幕法工作井的加固结构，在隧道掘进洞口的顶管管幕周围设置有支撑圈梁，所述支撑圈梁包括：环形孔口管管群，其为由多根钢质孔口管组成的环形结构，每根孔口管套在相应顶管外，孔口管的内径大于顶管的外径；配筋层，其为沿着所述环形孔口管管群的内侧和外侧设置的环形钢筋格栅。所述支撑圈梁与所述工作井的主体结构由混凝土浇筑为一体，所述支撑圈梁通过连接件与顶管连接。每根顶管设置有至少两个所述连接件，分别设置在管幕的内外两侧，所述连接件最多可彼此相邻地布满每根顶管与支撑圈梁的界面。所述连接件包括螺栓和T型件，其中，所述螺栓预设在所述配筋层中，所述T型件一端焊接在顶管外侧，另一端通过所述螺栓与所述支撑圈梁连接。

所述T型件由横向钢板和纵向钢板通过焊接组成T型，所述横向钢板上具有螺孔，与支撑圈梁上预设的螺栓连接，所述纵向钢板焊接至所述顶管的外侧。所述T型件的尺寸需要根据结构受力分析验算来确定。

优选地，所述配筋层与所述孔口管之间通过多个L型钢筋连接，所述L型钢筋的一端焊接在所述孔口管外侧上，另一端深入到所述配筋层中。所述L型钢筋可以加强孔口管与配筋层的连接强度，进一步提高结构稳固性。

优选地，所述孔口管与所述顶管之间的间隙中注满水泥浆，以产生防水作用，防止主体结构后方的水分和泥浆渗出。

本发明的另一方面涉及新管幕法工作井加固方法，包括以下步骤：

1) 在工作井的设计位置施工四周围护结构，完成后开挖至基坑底，再进行主体结构施工；

2) 在每个顶管的设计位置，安装孔口管，形成环形孔口管管群，所述孔口管的内径大于顶管的外径；

3) 沿着所述环形孔口管管群的内侧和外侧分别配置环形钢筋格栅，形成内外两个配筋层，所述配筋层与所述环形孔口管管群共同形成支撑圈梁；

4) 在工作井主体结构施工的混凝土浇筑过程中，将所述支撑圈梁与所述主体结构浇筑为一体；

5) 顶进顶管，在每根顶管顶进完成后，通过连接件将所述顶管与所述支撑圈梁连接在一起。

其中，所述连接件中的螺栓是在所述支撑圈梁形成前预埋在所述配筋层中，或者在所述支撑圈梁形成后植入所述配筋层中。

优选地，上述步骤3)另外包括在所述环形孔口管管群的内外两侧焊接多个L型钢筋，所述L型钢筋的一端焊接在所述孔口管外侧上，另一端深入到所述配筋层中。

优选地，上述步骤5)另外包括在顶管顶进完成后，在所述孔口管与所述顶管之间的间隙中注满水泥浆。

本发明的有益效果为：与现有技术的加固结构相比，本发明的加固结构通过在顶管管幕周围形成与工作井主体结构一体化支撑圈梁，来强化隧道掘进洞口的结构强度。通过用连接件连接每根顶管与支撑圈梁，进一步稳固管幕。从而减少隧道施工过程中对工作井主体结构后方以及管幕上方土层的扰动，降低支护结构变形程度，减小地面沉降，提升工程质量。另外，与现有技术相比，专为顶管和支撑圈梁设计的连接件降低了工作井加固所需的成本和时间。

与现有技术的加固方法相比，本发明的加固方法通过设置一体化支撑圈梁将顶管与工作井主体结构连成一体，加固效果显著。而且连接件施工材料易得，工艺步骤简单，可在每根顶管顶进完成后立即用连接件加固，减少后续顶管顶进对先前顶管周围土层的扰动。

附图说明

图1所示为本发明新管幕法工作井加固结构的断面示意图。

图2所示为顶管与支撑圈梁的连接示意图。

图3所示为连接件的位置示意图。

图4所示为T型件的结构示意图。

图中，1.工作井，2.支撑圈梁，3.孔口管，4.顶管，5.围护结构，6.螺栓，7.T型件，7-1.横向钢板，7-2.纵向钢板，8.L型钢筋。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。

实施例1

参见图1至3，一种新管幕法工作井加固结构，在隧道掘进洞口的顶管4管幕周围设置有支撑圈梁2，所述支撑圈梁2包括：

环形孔口管管群，其为由多根钢质孔口管3组成的环形结构，每根孔口管3套在相应顶管4外，孔口管3的内径大于顶管4的外径；

配筋层，其为沿着所述环形孔口管管群的内侧和外侧设置的环形钢筋格栅；

所述支撑圈梁2与所述工作井1的主体结构由混凝土浇筑为一体，所述支撑圈梁2通过连接件与顶管4连接。

其中，顶管4的外径为2.00m，孔口管3的内径为2.05-2.15m，优选为2.10m。所述环形钢筋格栅中的钢筋的间距优选为20cm。支撑圈梁2的宽度优选为3.7m。支撑圈梁将顶管管幕与工作井主体结构一体化，从而加固管幕结构。

如图3所示，每根顶管4设置有至少两个所述连接件，分别设置在管幕的内外两侧。根据计算顶管4位置的土压力大小，也可以布置更多个，也可以加大连接件的尺寸，使承受力更大。所述连接件可彼此相邻地布满每根顶管4与支撑圈梁2的界面。所述连接件包括螺栓6和T型件7，其中，所述螺栓6预设在所述配筋层中，所述T型件7一端焊接在顶管4外侧，另一端通过所述螺栓6与所述支撑圈梁2连接。所述连接件连接每根顶管与支撑圈梁，进一步稳固管幕和隧道洞口结构。

如图4所示，所述T型件7由横向钢板7-1和纵向钢板7-2通过焊接组成T型，所述横向钢板7-1上具有螺孔，与支撑圈梁2上预设的螺栓6连接，所述纵向钢板7-2焊接至所述顶管4的外侧。所述横向钢板7-1为高30cm宽30cm厚2cm的正方形钢板，所述纵向钢板7-2为高30cm宽30cm厚2cm的直角多边形钢板。

所述T型件材料易得，便于制造，成本低廉。与现有技术相比，可以在每根顶管顶进完成后立即实施连接，不必等待全部管幕完成后才能应用。所述连接件可针对每根顶管的受力不同进行特定配置，从而提高工艺效率，而且没有混凝土养生期，从而显著节省成本和时间。

优选地，如图2所示，在所述环形孔口管管群的内外两侧焊接有多个L型钢筋8，所述L型钢筋8的一端焊接在所述孔口管3外侧上，另一端深入到所述配筋层中，将孔口管与配筋层牢固连接。

优选地，在孔口管3与顶管4之间的间隙中注满了水泥浆，从而可以产生防水作用，防止主体结构后方的水分和泥浆渗出至工作井中。

本实施例还提供新管幕法工作井加固方法，包括以下步骤：

1) 在工作井1的设计位置施工四周围护结构5，完成后开挖至基坑底，再进行主体结构施工；

2) 在每个顶管4的设计位置，安装孔口管3，形成环形孔口管管群，所述孔口管3的内径大于顶管4的外径；

3) 沿着所述环形孔口管管群的内侧和外侧分别配置环形钢筋格栅，形成内外两个配筋层，所述配筋层与所述环形孔口管管群共同形成支撑圈梁2；

4) 在工作井1主体结构施工的混凝土浇筑过程中，将所述支撑圈梁2与所述主体结构浇筑为一体；

5) 顶进顶管4，在每根顶管4顶进完成后，通过连接件将所述顶管4与所述支撑圈梁2连接在一起。

其中，所述连接件中的螺栓6是在所述支撑圈梁2形成前预埋在所述配筋层中，或在所述支撑圈梁2形成后植入所述配筋层中。

优选地，上述步骤3)另外包括在所述环形孔口管管群的内外两侧焊接多个L型钢筋8，所述L型钢筋8的一端焊接在所述孔口管3外侧上，另一端深入到所述配筋层中。

优选地，上述步骤5)另外包括在顶管4顶进完成后，在孔口管3与顶管4之间的间隙中注满水泥浆。

总之，与现有技术相比，本实施例使用孔口管和配筋层构建支撑圈梁，将顶管管幕与工作井主体结构一体化，从而提高新管幕法中工作井隧道洞口壁的结构强度，降低坍塌风险，显著提升工程质量。而且工艺简单，材料易得，成本低廉，耗时较少。

本实施例的加固方法创造性地通过孔口管构建支撑圈梁，对工作井主体结构的加固效果更为显著。而且专为此加固方法设计的连接件材料易得，连接操作简单。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种新管幕法工作井加固结构，其特征在于，在隧道掘进洞口的顶管(4)管幕周围设置有支撑圈梁(2)，所述支撑圈梁(2)包括：环形孔口管管群，其为由多根钢质孔口管(3)组成的环形结构，每根孔口管(3)套在相应顶管(4)外，所述孔口管(3)的内径大于所述顶管(4)的外径；配筋层，为沿着所述环形孔口管管群的内侧和外侧设置的环形钢筋格栅；所述支撑圈梁(2)与所述工作井(1)的主体结构由混凝土浇筑为一体，所述支撑圈梁(2)通过连接件与顶管(4)连接，所述孔口管(3)与所述顶管(4)之间的间隙中注满水泥浆；所述连接件包括螺栓(6)和T型件(7)，其中，所述螺栓(6)预设在所述配筋层中，所述T型件(7)一端焊接在顶管(4)外侧，另一端通过所述螺栓(6)与所述支撑圈梁(2)连接；所述配筋层与所述孔口管(3)之间通过多个L型钢筋(8)连接，所述L型钢筋(8)的一端焊接在所述孔口管(3)外侧上，另一端深入到所述配筋层中。

2.根据权利要求1所述的新管幕法工作井加固结构，其特征在于，每根顶管(4)设置有至少两个所述连接件，所述连接件分别设置在管幕的内外两侧。

3.根据权利要求2所述的新管幕法工作井加固结构，其特征在于，所述T型件(7)由横向钢板(7-1)和纵向钢板(7-2)通过焊接组成T型，所述横向钢板(7-1)上具有螺孔，与支撑圈梁(2)上预设的螺栓(6)连接，所述纵向钢板(7-2)焊接至所述顶管(4)的外侧。

4.一种新管幕法工作井加固方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在工作井(1)的设计位置施工四周围护结构(5)，完成后开挖至基坑底，再进行主体结构施工；

2)在每个顶管(4)的设计位置安装孔口管(3)，形成环形孔口管管群，所述孔口管(3)的内径大于顶管(4)的外径；

3)沿着所述环形孔口管管群的内侧和外侧分别配置环形钢筋格栅，形成内外两个配筋层，所述配筋层与所述环形孔口管管群共同形成支撑圈梁(2)；

4)在工作井(1)主体结构施工的混凝土浇筑过程中，将所述支撑圈梁(2)与所述主体结构浇筑为一体；

5)顶进顶管(4)，在每根顶管(4)顶进完成后，通过连接件将所述顶管(4)与所述支撑圈梁(2)连接在一起。

5.根据权利要求4所述的新管幕法工作井加固方法，其特征在于，所述连接件中的螺栓(6)是在所述支撑圈梁(2)形成前预埋在所述配筋层中，或在所述支撑圈梁(2)形成后植入所述配筋层中。

6.根据权利要求4或5所述的新管幕法工作井加固方法，其特征在于，上述步骤3)另外包括在所述环形孔口管管群的内外两侧焊接多个L型钢筋(8)，所述L型钢筋(8)的一端焊接在所述孔口管(3)外侧上，另一端深入到所述配筋层中。

7.根据权利要求4或5所述的新管幕法工作井加固方法，其特征在于，上述步骤5)另外包括在顶管顶进完成后，在所述孔口管(3)与所述顶管(4)之间的间隙中注满水泥浆。