CN113756366A - 一种新型管幕-箱涵一体化隧道结构及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种新型管幕‑箱涵一体化隧道结构及施工方法，属于隧道结构领域。通过顶进矩形钢管幕，再通过一体化锁口相连接，内部灌注高流动性混凝土，最后形成整体稳定结构。该结构断面形式灵活，环境影响控制好，浅埋下甚至超浅埋下均可以运用，且施工机械化水平高，在运用于短距离穿越工程中极具优势，经济性好。

Description

一种新型管幕-箱涵一体化隧道结构及施工方法
技术领域
本发明所属隧道结构领域。
背景技术
目前隧道常用施工方法包括：明挖法、钻爆法、盾构法、顶管法、管幕箱涵工法等。其中明挖法及钻爆法受场地、环境条件限制；盾构法及顶管法隧道断面小，不能满足大交通流量要求；管幕-箱涵工法因为钢管幕的上部挡土作用能够较好控制环境影响，且具有隧道断面尺寸大等优点，但是施工时间长，且管幕在结构正常使用阶控制环境作用较小，无法回收管幕导致建设成本高。本专利拟通过小型矩形顶管机将钢管顶进土体中，相邻管节之间通过一体化锁口连接，并向管段内部灌注高流动混凝土，最终形成一种安全的管幕-箱涵一体化隧道结构形式；且施工速度快，经济性好；该种隧道结构可广泛运用于埋深浅、环境影响控制严格的隧道结构中。
发明内容
本发明目的提出一种新型管幕-箱涵一体化隧道结构及施工方法。通过顶进矩形钢管幕，再通过一体化锁口相连接，内部灌注高流动性混凝土，最后形成整体稳定结构。该结构断面形式灵活，环境影响控制好，浅埋下甚至超浅埋下均可以运用，且施工机械化水平高，在运用于短距离穿越工程中极具优势。
技术方案：
一种新型管幕-箱涵一体化隧道结构，其特征在于，包括矩形钢管节单体，在每个矩形钢管节单体四个角部边缘上分别焊接有C型母接头和T型子接头，采用由C型母接头和T型子接头构成的CT形接头与相邻矩形钢管节连接，管节内部灌注有混凝土，接头间隙内灌注有灌浆料，形成一体化管幕结构；
CT形接头包含母接头为C形结构，子接头为T形结构：左侧为C形母接头，右侧为T形子接头，二者中间间隙灌注灌浆料填充；
形成管幕-箱涵一体化隧道结构的不同管段；
管节根据设计强度采用不同强度指标的钢材，通常为Q235钢材。
一种新型管幕-箱涵一体化隧道施工方法，其特征在于，包括三个步骤：
步骤1：采用CT形接头与相邻矩形钢管节连接，形成管节内部空隙、接头间隙，设计形成一体化管幕结构；
步骤1.1，通过矩形顶管机将不同节段顶进土体，后通过CT形接头之间的承插形成整体结构；
步骤1.2，矩形钢管四周均焊接C型母接头，形成基准管，起到定位作用；
步骤1.3，矩形钢管单侧角部上下焊接2个C形母接头，另一侧布置2个T形子接头，形成承插管；
步骤1.4，承插管通过T形子接头插入基准管的C形母接头中相连接；
步骤1.5，矩形钢管下方焊接两个C形母接头，左侧布置两个T形子接头，形成角部管，通过沿角部管下方的C形母接头中顶入T形子接头而施工侧排管幕；
重复上述步骤，矩形顶管机将一根根节段顶进土体，后CT形接头承插可得到管幕-箱涵一体化结构断面；
步骤2，管节内部2-1及接头间隙2-2内部土体清理后，分别在管节内部2-1灌注混凝土，在接头间隙2-2灌注灌浆料；在接头内间隙5处即CT型间隙灌注高强灌浆料；
步骤3，在隧道纵向上通过焊接的方式连接相邻管段，通过顶管方式沿纵向打入，隧道纵向延伸可至百米。
采用上述技术方案，与现有隧道结构形式相比，具有如下优点：
(1)该结构可以运用于浅埋、超浅埋，且结构施工环境影响控制好，受力安全。传统的盾构法、顶管法结构运用于浅埋时(3m以下)甚至超浅埋(2m左右)存在较大施工风险，因此鲜有运用，而明挖法无法在环境影响控制严格的场地进行。经过有限元计算及CT形接头的拉伸试验，及管幕-箱涵一体化CT形连接结构的承载力试验，CT形接头的管幕箱涵一体化结构在2m左右的埋深下完全能够满足结构的正常使用阶段受力性能要求，且具有一定的安全系数，因此，本结构在施工时既能较好地控制环境影响，又能满足浅埋或者超浅埋的隧道结构使用受力要求，结构形式传力方式简明，受力安全。
(2)本结构形式多样，由于采用管节拼接的方式形成隧道结构，因此即可以形成小断面结构，也可形成大断面结构，可根据修建工程要求调整管段数量来形成不同尺寸的隧道结构断面。
(3)经济性好，采用小型矩形顶管施工，机械化水平高；顶进土体的钢管段作为结构的一部分，控制环境影响的同时无需回收，经济性好。
附图说明
图1CT形接头构造图
图2基准管
图3承插管
图4用顶管机将承插管插入基准管中
图5角部管承插
图6管幕-箱涵一体化隧道结构断面示意图
图7相邻管段间细部图
图8实施例管幕-箱涵一体化隧道施工流程图
数字标记：
矩形钢管节1、CT形接头3、矩形钢管节4；
管节内部2-1、接头间隙2-2；接头内间隙5；
具体实施方式
技术方案：
一种新型管幕-箱涵一体化隧道结构，包括矩形钢管节单体，在每个矩形钢管节单体四个角部边缘上分别焊接有C型母接头和T型子接头，采用由C型母接头和T型子接头构成的CT形接头(简称：接头)与相邻矩形钢管节(简称：矩形钢管节)连接，管节内部灌注有混凝土，接头间隙内灌注有灌浆料，形成一体化管幕结构。
进一步的，CT形接头包含母接头为C形结构，子接头为T形结构，如图1：左侧为C形母接头，右侧为T形子接头，二者中间间隙灌注灌浆料填充。
可形成管幕-箱涵一体化隧道结构的不同管段。
管节可根据设计强度采用不同强度指标的钢材，通常为Q235钢材。
一种新型管幕-箱涵一体化隧道方法：
第一阶段：设计
采用CT形接头(简称：接头)与相邻矩形钢管节(简称：矩形钢管节)连接，形成管节内部空隙、接头间隙，设计形成一体化管幕结构。
步骤1.1，通过矩形顶管机将不同节段顶进土体，后通过CT形接头之间的承插形成整体结构。
步骤1.2，矩形钢管四周均焊接C型母接头，则形成基准管，起到定位作用，如图2；
步骤1.3，矩形钢管单侧角部上下焊接2个C形母接头，另一侧布置2个T形子接头，形成承插管，如图3；
步骤1.4，承插管通过T形子接头插入基准管的C形母接头中相连接，如图4；
步骤1.5，矩形钢管下方焊接两个C形母接头，左侧布置两个T形子接头，形成角部管，可通过沿角部管下方的C形母接头中顶入T形子接头而施工侧排管幕；如图5；
重复上述步骤，矩形顶管机将一根根节段顶进土体，后CT形接头承插可得到图6管幕-箱涵一体化结构断面。
第二阶段
步骤2，最后，管节内部2-1及接头间隙2-2内部土体清理后，分别在管节内部2-1灌注混凝土，在接头间隙2-2灌注灌浆料，图6所示；在接头内间隙5处即CT型间隙灌注高强灌浆料，图7所示。
第三阶段
步骤3，在隧道纵向上通过焊接的方式连接相邻管段，通过顶管方式沿纵向打入，隧道纵向延伸可至百米。
采用上述技术方案，与现有隧道结构形式相比，具有如下优点：
(1)该结构可以运用于浅埋、超浅埋，且结构施工环境影响控制好，受力安全。传统的盾构法、顶管法结构运用于浅埋时(3m以下)甚至超浅埋(2m左右)存在较大施工风险，因此鲜有运用，而明挖法无法在环境影响控制严格的场地进行。经过有限元计算及CT形接头的拉伸试验，及管幕-箱涵一体化CT形连接结构的承载力试验，CT形接头的管幕箱涵一体化结构在2m左右的埋深下完全能够满足结构的正常使用阶段受力性能要求，且具有一定的安全系数，因此，本结构在施工时既能较好地控制环境影响，又能满足浅埋或者超浅埋的隧道结构使用受力要求，结构形式传力方式简明，受力安全。
(2)本结构形式多样，由于采用管节拼接的方式形成隧道结构，因此即可以形成小断面结构，也可形成大断面结构，可根据修建工程要求调整管段数量来形成不同尺寸的隧道结构断面。
(3)经济性好，采用小型矩形顶管施工，机械化水平高；顶进土体的钢管段作为结构的一部分，控制环境影响的同时无需回收，经济性好。
实施例
在实际工程应用中，为了形成上述管幕-箱涵一体隧道结构，基于本发明施工方法，进一步给出实施例工法，包括以下步骤：
(1)首先需要在穿越区域的两侧施工“始发井”和“接收井”。
(2)工作井完成后，先搭设作业平台，在矩形钢管幕正式顶进之前，还需进行土体加固。土体加固采用水平注浆的方式将特殊的改良剂注入穿越土层内。
(3)钢管幕整体打入顺序为先施工上排管幕，接着施工侧墙管幕，最后施工下排管幕，从而形成整体结构。
(4)管幕顶进前，专职测量人员将按照管幕轴线现在洞门位置做好标记，并布置管幕顶进设备。并采用水平钻孔取芯的形式进行洞门凿除，保证始发洞口的精度和尺寸。
(5)采用矩形顶管机将管幕节段顶进土体。管幕顶进分为基准管、承插管及闭合管。首先，采用前方牵引的方式施工基准管(图2)，首先采用微型顶管工艺从工作井分别水平打孔，用以安装牵引管幕的钢绞线，在接收井布置液压同步牵引装置，通过4根钢绞线牵引顶管机，从而保证基准钢管的精度。
(6)承插管(图3)通过一体化锁口(图1)与已完成钢管连接，确保钢管顶进阶段不会偏离已完成的钢管，提高承插管的顶进精度，形成图4；
(7)管幕顶进过程中，通过焊接的方式对前后管幕节段进行连接。在到达接收井后将顶管机与管幕分离。
(8)同时人工通过事先开好的50cm间隔对管幕锁口间隙的土体进行清理。
(9)并从管幕内对锁口处进行压密灌注接头灌浆料。
(10)重复此过程，直至上排管幕全部顶进完成。管幕两侧焊接封板，在封板下部位置设置灌浆孔，顶部设置放气孔及溢浆孔。
(11)再向内部浇筑高流动性自密实混凝土，最终结构顶板施工完成。
(12)然后，对侧墙和底部角部管施工，接着是施工底部管幕，最后进行闭合管的施工。混凝土全部填充完毕后，浇筑管幕圈梁，最终口字型的管幕-箱涵一体化CT形连接结构就行成了(形成图6)。
(13)确认上排管幕可以支撑上部所有荷载后，便可进行管幕内部的挖掘作业。
(14)待整体结构可以承担上部荷载后，进行内部土体放坡挖掘，后进行内部防水、路面铺设及内部装饰隧道施工结束。

Claims (2)

1.一种新型管幕-箱涵一体化隧道结构，其特征在于，包括矩形钢管节单体，在每个矩形钢管节单体四个角部边缘上分别焊接有C型母接头和T型子接头，采用由C型母接头和T型子接头构成的CT形接头与相邻矩形钢管节连接，矩形钢管节内部灌注有混凝土，接头间隙内灌注有灌浆料，形成一体化管幕结构；
CT形接头包含母接头为C形结构，子接头为T形结构：左侧为C形母接头，右侧为T形子接头，二者中间间隙灌注灌浆料填充；
矩形钢管节根据设计强度采用不同强度指标的钢材。
2.一种新型管幕-箱涵一体化隧道施工方法，其特征在于，包括三个步骤：
步骤1：采用CT形接头与相邻矩形钢管节连接，形成矩形钢管节内部空隙、接头间隙，设计形成一体化管幕结构；
步骤1.1，通过矩形顶管机将不同节段顶进土体，后通过CT形接头之间的承插形成整体结构；
步骤1.2，矩形钢管四周均焊接C型母接头，形成基准管，起到定位作用；
步骤1.3，矩形钢管单侧角部上下焊接2个C形母接头，另一侧布置2个T形子接头，形成承插管；
步骤1.4，承插管通过T形子接头插入基准管的C形母接头中相连接；
步骤1.5，矩形钢管下方焊接两个C形母接头，左侧布置两个T形子接头，形成角部管，通过沿角部管下方的C形母接头中顶入T形子接头而施工侧排管幕；
重复上述步骤，矩形顶管机将一根根节段顶进土体，后CT形接头承插可得到管幕-箱涵一体化结构断面；
步骤2，管节内部2-1及接头间隙2-2内部土体清理后，分别在管节内部2-1灌注混凝土，在接头间隙2-2灌注灌浆料；在接头内间隙5处即CT型间隙灌注高强灌浆料；
步骤3，在隧道纵向上通过焊接的方式连接相邻管段，通过顶管方式沿纵向打入，隧道纵向延伸可至百米。
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