CN112443335A - 隧道下穿管线自动控制变形的支护体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道下穿管线自动控制变形的支护体系及其施工方法，该支护体系包括大管棚、若干个支撑装置、初期支护以及二次衬砌；所有的支撑装置沿着大管棚的长度方向间隔分布；每个支撑装置包括支撑柱、支撑梁以及液压千斤顶；隧道左右两侧分别设有一支撑柱；支撑梁横跨于两个支撑柱的上方；其中，大管棚穿设于支撑梁内；每个支撑柱与支撑梁之间设有液压千斤顶；还包括该支护体系的施工方法。采用本发明的支护体系和其施工方法能够控制地下管线的变形量，从而保护隧道上方的地下管线，进而保证隧道施工的安全。

Description

隧道下穿管线自动控制变形的支护体系及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，特别涉及一种隧道下穿管线自动控制变形的支护体系及其施工方法。

背景技术

城市的高速发展使城市轨道交通工程建设日益增多，隧道施工中遇到的工程问题也随之增多，如地下管线保护。城市轨道交通的建设和人流量的密集度是分不开的，地铁线路一般都建设在人流量大、地面交通压力大的城市中心区域，主要用于迅速分散人流和疏解地面交通压力。城市地下管线的情况十分复杂，在一些老城区，管线管理部门对相应管线情况所掌握的资料十分有限，无法用来指导施工。地铁隧道施工时会对上部土层造成扰动，使得围岩变形，进而导致管线的变形甚至是破坏。其中，城市管线种类繁多，包括自来水管道、污水管道、雨水管道、电缆、煤气管道等，无一不与人们的生活息息相关，管道的变形与破坏，轻则影响人们的日常生活，重则会导致重大安全事故的发生。因此解决地铁隧道施工时的管线保护问题具有十分重要的意义，能够产生显著的社会效益和经济效益。从城市的发展和城市轨道交通的规划来看，会越来越多地开发和利用城市地下空间，相应于此用浅埋暗挖法施工地铁隧道也会越来越多。城市的发展，使得地下的管线情况也会更加复杂，进而地铁隧道施工时的管线保护问题也会更加棘手。

目前地铁隧道施工管线保护常用的方法是对管线进行改迁，或者使用常规加固方法对管线周边土层进行加固来控制管线变形。但存在如下问题：有些管线改迁不便；年代久远的管线对变形十分敏感，轻微变形可能就会造成管线的破坏；特殊地质情况加固效果不好，难以起到保护管线的作用。因此，在地铁隧道施工过程中，如何克服现有常用方法的不足进而有效地保护管线，对于更加安全有效地利用城市地下空间具有十分重要的意义。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道下穿管线自动控制变形的支护体系及其施工方法，从而克服现有技术在开挖隧道时，不能有效防止地下管线变形的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种隧道下穿管线自动控制变形的支护体系，包括：大管棚，其设置于隧道的顶部且呈开口朝下的拱形状，该大管棚的长度方向沿所述隧道的长度方向分布；若干个支撑装置，所有的该支撑装置沿着所述大管棚的长度方向间隔分布，其中，每个该支撑装置包括：支撑柱，所述隧道的左右两侧分别设有一个该支撑柱，且每个该支撑柱的顶部预留有第一连接钢筋；支撑梁，其呈开口朝下的拱形状，该支撑梁横跨于两个所述支撑柱的上方，且该支撑梁的左右两端分别预留有与对应的所述支撑柱的所述第一连接钢筋连接的第二连接钢筋；其中，所述大管棚穿设于所述支撑梁内；以及液压千斤顶，每个所述支撑柱与所述支撑梁之间设有该液压千斤顶；初期支护，其设置于所述支撑装置的内侧；以及二次衬砌，其设置于所述初期支护的内侧。

优选地，上述技术方案中，还包括若干个超前小导管，所有的所述超前小导管位于所述支撑梁与所述初期支护之间，所有的所述超前小导管沿左右方向间隔分布且呈开口朝下的拱形状分布。

优选地，上述技术方案中，在每个所述支撑装置中，所述支撑梁左右两端的横截面自上至下逐渐增大。

优选地，上述技术方案中，每个所述支撑柱的底部设有基础墩，所述基础墩呈下大上小的阶梯状结构。

优选地，上述技术方案中，每个所述液压千斤顶的底部和顶部均设有钢垫板。

优选地，上述技术方案中，所述初期支护与所述二次衬砌之间设有防水层。

优选地，上述技术方案中，还包括变形检测装置，所述变形检测装置设置于地下管线上，用于检测所述地下管线的变形信息。

优选地，上述技术方案中，还包括控制器，每个所述液压千斤顶和所述变形检测装置均与所述控制器数据连接，所述控制器用于获取所述变形信息，并根据所述变形信息控制所述液压千斤顶的工作。

一种隧道下穿管线自动控制变形的支护体系的施工方法，包括以下步骤：

(1)超前地质勘察：进行超前地质勘察和地下管线探测，探明地质信息，并准确定位地下管线位置；

(2)注浆加固地层：根据已探明的地质信息确定注浆加固方案，注浆加固地层；

(3)安装大管棚：在待开挖隧道的顶部施作大管棚；

(4)安装第一个支撑装置：先施作左右两个支撑柱，并在支撑柱的顶部预留第一连接钢筋，然后在每个支撑柱的顶部安装液压千斤顶；接着施作支撑梁，使支撑梁与大管棚结合于一体，并在支撑梁的两端预留有第二连接钢筋，且使支撑梁左右两端的端面分别抵靠于一个支撑柱顶部的液压千斤顶上；

(5)隧道开挖：向待开挖隧道内开挖一段隧道，并依次在支撑装置的内侧施作初期支护和二次衬砌，在隧道开挖的过程中，根据地下管线的变形情况调整液压千斤顶的长度；

(6)拆除液压千斤顶：当初期支护与二次衬砌施工完成后，拆除每个支撑柱上的液压千斤顶，并连接每个支撑柱的第一连接钢筋和支撑梁上的第二连接钢筋，接着浇注支撑柱与支撑梁之间的连接段；

(7)重复至施工完成：重复步骤(4)至步骤(6)，直至整个隧道施工完毕。

优选地，上述技术方案中，在隧道开挖前，先在支撑装置的内侧安装超前小导管，并往超前小导管内注浆加固土体。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明支护体系的支撑梁和支撑柱上下间隔设置，且在支撑柱与支撑梁之间设置液压千斤顶，能够通过调整液压千斤顶的长度，来控制隧道上方的地下管线的变形量，以使管线回复原样，保护管线和增强开挖面的稳定性，进而确保隧道的安全施工；待隧道施工完毕后，连接支撑梁预留的第二连接钢筋和对应的支撑柱预留的第二连接钢筋，并浇注支撑柱与支撑梁之间的连接段，形成永久的支护体系，能够与大管棚形成一个整体，支撑上部土体，将上部的力传到承载力强的基岩中，为隧道后续作业及地铁运营维护提供一个安全稳定的工作面，有效降低安全事故发生的概率，节省费用，缩短工期。

附图说明

图1是根据本发明的隧道下穿管线自动控制变形的支护体系的三维结构示意图。

图2是根据本发明的图1中的主视示意图。

图3是根据本发明的图2的左视示意图。

图4是根据本发明的隧道下穿管线自动控制变形的支护体系的施工方法流程图。

主要附图标记说明：

1-支撑梁，2-大管棚，3-超前小导管，4-第一连接钢筋，5-液压千斤顶，6-第二连接钢筋，7-支撑柱，8-基础墩，9-二次衬砌，10-初期支护，11-钢垫板。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1至图3显示了根据本发明优选实施方式的一种隧道下穿管线自动控制变形的支护体系的结构示意图，该支护体系包括大管棚2、若干个支撑装置、初期支护10以及二次衬砌9。参考图1至图3，大管棚2设置于隧道的顶部且呈开口朝下的拱形状，大管棚2的长度方向沿隧道的长度方向分布。所有的支撑装置沿着大管棚2的长度方向间隔分布，其中，每个支撑装置包括支撑柱7、支撑梁1以及液压千斤顶5；隧道的左右两侧分别设有一个支撑柱7，且每个支撑柱7的顶部预留有第一连接钢筋4；支撑梁1呈开口朝下的拱形状，支撑梁1横跨于两个支撑柱7的上方，与支撑柱7上下间隔分布，且支撑梁1的左右两端分别预留有与对应的支撑柱7的第一连接钢筋4连接的第二连接钢筋6；其中，大管棚2穿设于支撑梁1内，与支撑梁1形成一体结构；每个支撑柱7与支撑梁1之间设有液压千斤顶5，通过液压千斤顶5来调整支撑梁1相对于支撑柱7的高度，从而调节上部土层的管线变形。初期支护10设置于支撑装置的内侧，二次衬砌9设置于初期支护10的内侧，以对隧道进行加固和支护。采用本发明支护体系的支撑梁1和支撑柱7上下间隔设置，且在支撑柱7与支撑梁1之间设置液压千斤顶5，能够通过调整液压千斤顶5的长度，来控制地下管线的变形量，以使管线回复原样，保护管线和增强隧道开挖面的稳定性，进而确保隧道的安全施工；待隧道施工完毕后，连接支撑梁1预留的第二连接钢筋6和对应的支撑柱7预留的第二连接钢筋6，并浇注支撑柱7与支撑梁1之间的连接段，形成永久的支护体系，能够与大管棚2形成一个整体，支撑上部土体，将上部的力传到承载力强的基岩中，为隧道后续作业及地铁运营维护提供一个安全稳定的工作面，保证了隧道上方管线的安全，有效降低安全事故发生的概率，节省费用，缩短工期。

参考图1和图2，优选地，该支护体系还包括若干个超前小导管3，所有的超前小导管3位于支撑梁1与初期支护10之间，所有的超前小导管3沿左右方向间隔分布且呈开口朝下的拱形状分布。其中，每个超前小导管3的长度沿隧道的长度方向分布。

参考图1和图2，优选地，在每个支撑装置中，支撑梁1左右两端的横截面自上至下逐渐增大，减少应力集中，便于液压千斤顶5的支撑，提高支撑稳定性。

参考图1至图3，优选地，每个支撑柱7的底部设有基础墩8，基础墩8呈下大上小的阶梯状结构，能够减少应力集中，将上部土层和管线的压力传递到下部承载力强的基岩中，提高支撑柱7的稳定性。

参考图1至图3，优选地，每个液压千斤顶5的底部和顶部均设有钢垫板11，即在支撑柱7的顶面与液压千斤顶5的底面之间设置钢垫板11，以及在液压千斤顶5的顶面与支撑梁1的端面之间设置钢垫板11，确保液压千斤顶5在加载时能够将上部支撑梁1的力均匀地传至支撑柱7，再由支撑柱7传至承载力较强的基岩中，提高支撑装置支撑的稳定性。其中，为了便于液压千斤顶5和钢垫板11的拆装，第一连接钢筋4设置于支撑柱7顶面的前后两侧，第二连接钢筋6设置于支撑梁1端面的前后两侧，避免干涉液压千斤顶5和钢垫板11的安装。其中，连接钢筋4和连接钢筋6用于后续衬砌施工完成后，将支撑柱7与支撑梁1连接并浇筑成整体。

参考图1至图3，优选地，初期支护10与二次衬砌9之间设有防水层，防止外部水渗入隧道内。

参考图1至图3，地下管线的变形情况可通过人工观察，或者采用变形检测装置进行检测。为了提高工作效率，优选地，该支护体系还包括变形检测装置，变形检测装置设置于地下管线上，用于检测地下管线的变形信息。其中，变形检测装置可为应变片等变形检测装置。

参考图1至图3，该支护体系可手动调节液压千斤顶5的伸长率；还可通过控制器进行自动控制。为了提高支护体系的自动化程度，降低人工劳动强度，优选地，该支护体系还包括控制器，每个液压千斤顶5和变形检测装置均与控制器数据连接，控制器用于获取变形信息，并根据变形信息控制液压千斤顶5的工作，实时还原和控制管线的变形，保护管线和增强开挖面的稳定性。

参考图1至图4，一种隧道下穿管线自动控制变形的支护体系的施工方法，包括以下步骤：

(1)超前地质勘察：进行超前地质勘察和地下管线探测，探明地质信息，并准确定位地下管线位置；并在地下管线上安装变形检测装置，用于检测地下管线的变形信息，然后将变形检测装置与控制器数据连接，以使控制器能够获取变形检测装置检测到的变形信息。

(2)注浆加固地层：根据已探明的地质信息确定注浆加固方案，注浆加固地层；其中，地层加固方法为地表锚杆加固、地表注浆加固、围岩深孔注浆加固或小导管周边注浆加固中的一种或几种结合。

(3)安装大管棚2：在待开挖隧道的顶部施作大管棚2，进行超前支护。

(4)安装第一个支撑装置：先施作左右两个支撑柱7，并在支撑柱7的顶部预留第一连接钢筋4，在每个支撑柱7的顶部安装钢垫板11，然后在每个支撑柱7顶部的钢垫板11上安装液压千斤顶5，并在每个液压千斤顶5的顶部安装钢垫板11；接着施作支撑梁1，使支撑梁1与大管棚2结合于一体，并在支撑梁1的两端预留有第二连接钢筋6，且使支撑梁1左右两端的端面分别抵靠于一个支撑柱7顶部的液压千斤顶5顶部的钢垫板11上，然后将每个液压千斤顶5与控制器数据连接，以使控制器能够根据变形信息控制液压千斤顶5的工作。

(5)隧道开挖：在隧道开挖前，先在支撑装置的内侧安装超前小导管3，并往超前小导管3内注浆加固土体；然后向待开挖隧道内开挖一段隧道，其中，该段开挖隧道的长度约等于超前小导管3的长度；然后依次在支撑装置的内侧施作初期支护10、防水层和二次衬砌9，为了便于后续液压千斤顶5的拆除工作，在初期支护10、防水层和二次衬砌9与液压千斤顶5对应的位置上预留操作口；在隧道开挖的过程中，控制器能够根据地下管线的变形信息自动调整液压千斤顶5的长度，避免地下管线过度变形，导致管线破坏，引发安全事故。

(6)拆除液压千斤顶5：当初期支护10与二次衬砌9施工完成后，通过相应的操作口，拆除每个支撑柱7上的液压千斤顶5，并连接每个支撑柱7的第一连接钢筋4和支撑梁1上的第二连接钢筋6，接着浇注支撑柱7与支撑梁1之间的连接段，以使第一支撑装置能够形成永久支护结构；然后在每个操作口上依次施作初期支护10、防水层和二次衬砌9。此外，该操作口施作初期支护10、防水层和二次衬砌9后，可以用作隧道内的避车洞。

(7)重复至施工完成：以步骤(4)至步骤(6)为一段掘进，重复步骤(4)至步骤(6)，依次安装第二个支撑装置、第三个支撑装置、……、第n个支撑装置，直至整个隧道施工完毕；其中，相邻两个支撑装置之间的距离约等于超前小导管3的长度。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种隧道下穿管线自动控制变形的支护体系，其特征在于，包括：

大管棚，其设置于隧道的顶部且呈开口朝下的拱形状，该大管棚的长度方向沿所述隧道的长度方向分布；

若干个支撑装置，所有的该支撑装置沿着所述大管棚的长度方向间隔分布，其中，每个该支撑装置包括：

支撑柱，所述隧道的左右两侧分别设有一个该支撑柱，且每个该支撑柱的顶部预留有第一连接钢筋；

支撑梁，其呈开口朝下的拱形状，该支撑梁横跨于两个所述支撑柱的上方，且该支撑梁的左右两端分别预留有与对应的所述支撑柱的所述第一连接钢筋连接的第二连接钢筋；其中，所述大管棚穿设于所述支撑梁内；以及

液压千斤顶，每个所述支撑柱与所述支撑梁之间设有该液压千斤顶；初期支护，其设置于所述支撑装置的内侧；以及

二次衬砌，其设置于所述初期支护的内侧。

2.根据权利要求1所述的隧道下穿管线自动控制变形的支护体系，其特征在于，还包括若干个超前小导管，所有的所述超前小导管位于所述支撑梁与所述初期支护之间，所有的所述超前小导管沿左右方向间隔分布且呈开口朝下的拱形状分布。

3.根据权利要求1所述的隧道下穿管线自动控制变形的支护体系，其特征在于，在每个所述支撑装置中，所述支撑梁左右两端的横截面自上至下逐渐增大。

4.根据权利要求1所述的隧道下穿管线自动控制变形的支护体系，其特征在于，每个所述支撑柱的底部设有基础墩，所述基础墩呈下大上小的阶梯状结构。

5.根据权利要求1所述的隧道下穿管线自动控制变形的支护体系，其特征在于，每个所述液压千斤顶的底部和顶部均设有钢垫板。

6.根据权利要求1所述的隧道下穿管线自动控制变形的支护体系，其特征在于，所述初期支护与所述二次衬砌之间设有防水层。

7.根据权利要求1所述的隧道下穿管线自动控制变形的支护体系，其特征在于，还包括变形检测装置，所述变形检测装置设置于地下管线上，用于检测所述地下管线的变形信息。

8.根据权利要求7所述的隧道下穿管线自动控制变形的支护体系，其特征在于，还包括控制器，每个所述液压千斤顶和所述变形检测装置均与所述控制器数据连接，所述控制器用于获取所述变形信息，并根据所述变形信息控制所述液压千斤顶的工作。

9.一种如权利要求1所述的隧道下穿管线自动控制变形的支护体系的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)超前地质勘察：进行超前地质勘察和地下管线探测，探明地质信息，并准确定位地下管线位置；

(2)注浆加固地层：根据已探明的地质信息确定注浆加固方案，注浆加固地层；

(3)安装大管棚：在待开挖隧道的顶部施作大管棚；

(4)安装第一个支撑装置：先施作左右两个支撑柱，并在支撑柱的顶部预留第一连接钢筋，然后在每个支撑柱的顶部安装液压千斤顶；接着施作支撑梁，使支撑梁与大管棚结合于一体，并在支撑梁的两端预留有第二连接钢筋，且使支撑梁左右两端的端面分别抵靠于一个支撑柱顶部的液压千斤顶上；

(5)隧道开挖：向待开挖隧道内开挖一段隧道，并依次在支撑装置的内侧施作初期支护和二次衬砌，在隧道开挖的过程中，根据地下管线的变形情况调整液压千斤顶的长度；

(6)拆除液压千斤顶：当初期支护与二次衬砌施工完成后，拆除每个支撑柱上的液压千斤顶，并连接每个支撑柱的第一连接钢筋和支撑梁上的第二连接钢筋，接着浇注支撑柱与支撑梁之间的连接段；

(7)重复至施工完成：重复步骤(4)至步骤(6)，直至整个隧道施工完毕。

10.根据权利要求9所述的隧道下穿管线自动控制变形的支护体系的的施工方法，其特征在于，在隧道开挖前，先在支撑装置的内侧安装超前小导管，并往超前小导管内注浆加固土体。

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