CN114635716A - 一种内置型钢的管棚超前支护方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种内置型钢的管棚超前支护方法及其应用，其步骤为：S1将加工好的无缝钢管及工字钢运至现场；S2用钻孔设备钻孔送管；S3将与无缝钢管配套的工字钢插进无缝钢管内；S4在外露端口部位将工字钢翼缘板与无缝钢管内壁焊接；S5通过注浆设备进行注浆，将工字钢、无缝钢管和水泥浆组合成管棚；S6待注浆体强度达到设计要求，自上而下施作地下结构。本发明采用浅埋暗挖的管棚是一种工字钢、无缝钢管及水泥浆的组合，大大提高了管棚的刚度，有利于对上部既有建、构筑物的保护，也提高了暗挖施工的安全性；无缝钢管、工字钢和注浆体形成了较大刚度的梁，梁的支点间距可以适当放大，对掘进开挖深度不大的局部暗挖提供超前支护保证。
Description
技术领域
本发明涉及地下空间浅埋暗挖施工技术领域，尤其涉及一种内置型钢的管棚超前支护方法及其应用。
背景技术
在地下空间及隧道工程中，常常采用管棚进行超前临时支护，钢管惯性矩大，抗弯、抗剪能力好，减小土层塌陷及地表下沉效果良好，并且施工速度快，因此在暗挖隧道特别是山体隧道中应用广泛。传统的管棚法中沿隧道轴向每间隔一定距离需要架设一道钢支架，钢支架将顶部管棚传递下来的荷载传递到地基上，形成管棚---钢支架----地基土层的荷载传递路径。按照短进尺、勤支护的原则进行隧道开挖，单步进尺一般控制在0.5~1m，所以钢支架间距一般控制在0.5~1m，但在某些特殊情况下，如新建地铁车站局部与既有建筑物或构筑物在平面上局部冲突，重合范围不超过4m，且车站平面位置无法调整，采用暗挖的方法建造局部地下结构时，但是开挖面宽度大、开挖区域两侧帮的水平距离大，进尺短，导致管棚下方无法架设钢支架。
发明内容
本发明为解决上述问题提供了一种内置型钢的管棚超前支护方法，该方法克服了现有管棚超前支护在浅埋暗挖技术中的不足，可以通过本方法进行局部的大断面小进尺开挖，在不迁改建筑物、构筑物的前提下完成新建地铁车站地下结构的施工，大大节省工期并降低工程成本。
本发明所采取的技术方案：
一种内置型钢的管棚超前支护方法，其步骤为：
S1 将加工好的无缝钢管及工字钢运至现场，确保工字钢能基本内切无缝钢管内表，确保工字钢与无缝钢管匹配良好，完成无缝钢管及工字钢的注浆孔开孔后根据设计所需要的数量运送至现场，做好钢管及工字钢的保存，并避免因潮湿发生锈蚀；
S2 用钻孔设备钻孔送管；
S3 将与无缝钢管配套的工字钢插进无缝钢管内；
S4 在外露端口部位将工字钢翼缘板与无缝钢管内壁焊接，固定工字钢与无缝钢管的相对位置；
S5 通过注浆设备进行注浆，将工字钢、无缝钢管和水泥浆组合成管棚；
S6 待注浆体强度达到设计要求，做好套拱或固定梁后开始隧道掘进，自上而下依据开挖、打设锚杆、开挖浇筑地下结构的工序循环，自上而下施作地下结构。
所述的步骤S1中无缝钢管及工字钢上打注浆孔，无缝钢管在水平中性轴上间隔0.5m打设φ10mm的注浆孔，工字钢上远离套拱或固定梁的一侧上、下翼缘板上打设φ10的注浆孔。
所述的步骤S2中用机具将带有注浆孔的无缝钢管打入土层中，打入时无缝钢管的注浆孔保持在同一水平面内，无缝钢管横断面水平方法0度及180度方向上的注浆孔的间距、数量及孔径根据施工需要而定，无缝钢管打入到设计位置后清理无缝钢管内部的渣土。
所述的步骤S4中内置的工字钢与无缝钢管在套拱或固定梁内的一段进行局部焊接。
所述的步骤S5中通过注浆设备将水泥浆液通过无缝钢管压入到前方岩体中。
所述的步骤S6中局部暗挖开始后，先竖向挖土至满足打设掌子面锚杆的高度，然后施作掌子面的锚杆支护，在做好锚杆之后继续下挖，以满足先支后挖的原则。
一种利用内置型钢的管棚超前支护方法对小进尺、无支撑钢架的平顶大断面地下空间进行浅埋暗挖，其具体步骤为：
P1 沿既有构筑物外边打设基坑支护桩，根据施工步序，自上而下先施工水平内支撑后进行土方开挖，按照先撑后挖的原则循环上述工序，直至挖至管棚设计标高位置，再采取防止断桩、踢脚及落桩的措施后，支护桩每间隔一根凿除一根，然后将无缝钢管打入至桩间距的土层或岩层中，插入工字钢后压注水泥浆液形成管棚；
P2 在管棚下方设置牛腿或托梁，牛腿或托梁牢固连接在保留的支护桩上，形成荷载的向下传递路径；
P3 开始掘进，自上而下挖出工作面后，立即用锚杆对掌子面及侧帮进行支护，待锚杆达到设计要求以后，继续往下进行土方开挖，随挖随支护，在先支后挖的原侧下挖深3m，然后施工暗挖范围内拟建地下结构的顶板及结构侧墙，新施工部分与前期完工的结构顶板及侧墙浇筑成为整体，新施工的顶板及结构侧墙为下一步开挖形成保护；
P4 依据先支后挖、及时封闭的原则，自上而下依次挖土、打设锚杆、施工前面、左侧及右侧结构侧墙，循环施工直至浇筑完结构底板，将拟建地下结构的底板与前期完成的结构底板浇筑成整体；
P5 凿除剩余部分的支护桩，将拟建地下结构的顶板及底板上的孔洞进行封堵，完成整个局部地下结构的施工。
本发明的有益效果：本发明采用浅埋暗挖的管棚是一种工字钢、无缝钢管及水泥浆的组合，大大提高了管棚的刚度，有效减小了管棚的变形，有利于对上部既有建、构筑物的保护，也提高了暗挖施工的安全性；无缝钢管、工字钢和注浆体形成了较大刚度的梁，梁的支点间距可以适当放大，对掘进开挖深度不大的局部暗挖提供超前支护保证；通过管内压浆的方法加固围岩、增加围岩的抗渗性能，为顺利开挖掘进创造良好条件。
附图说明
图1为本发明的管棚横断面示意图。
图2为本发明的管棚平面示意图。
图3为本发明的工字钢主视图。
图4为本发明的工字钢右视图。
图5为本发明的管棚应用示意图。
其中：1-无缝钢管；2-工字钢；3-圆孔；4-焊缝；5-注浆孔；6-水平内支撑；7-套拱或固定梁；8-前期完工的结构顶板及侧墙；9-支护桩；10-拟建地下结构。
具体实施方式
一种内置型钢的管棚超前支护方法，其特征在于，其步骤为：
S1 将加工好的无缝钢管1及工字钢2运至现场；
S2 用钻孔设备钻孔送管；
S3 将与无缝钢管1配套的工字钢2插进无缝钢管1内；
S4 在外露端口部位将工字钢2翼缘板与无缝钢管1内壁焊接，焊接时进行最大限度的焊接，固定工字钢2与无缝钢管1的相对位置，保持工字钢2的姿态稳定；
S5 通过注浆设备进行注浆，将工字钢2、无缝钢管1和水泥浆组合成管棚；
S6 待注浆体强度达到设计要求，做好套拱或固定梁7后开始隧道掘进，自上而下依据开挖、打设锚杆、开挖浇筑地下结构的工序循环，自上而下施作地下结构。
所述的步骤S1中无缝钢管1及工字钢2上打注浆扩散孔，无缝钢管1在水平中性轴上间隔0.5m打设φ10mm的注浆孔5，工字钢2与无缝钢管1相匹配，能够保证工字钢2能够顺利插入无缝钢管1，工字钢2上远离套拱或固定梁7的一侧上、下翼缘板上打设φ10的圆孔5，工字钢2翼缘板上的圆孔3长度范围控制在1m内，将带孔的工字钢2插入到无缝钢管1中时，带圆孔3的一端插入，保持工字钢2翼缘板水平、腹板竖直，保证后期注浆时工字钢2翼缘板与无缝钢管1之间的间隙均能充填满浆液，保证管棚的质量。
所述的步骤S2中用机具将带有注浆孔5的无缝钢管1打入土层中，打入时无缝钢管1的注浆孔5保持在同一水平面内，无缝钢管1打入到设计位置后清理无缝钢管1内部的渣土。
所述的步骤S4中内置的工字钢2与无缝钢管1在套拱或固定梁7内的一段进行局部焊接，焊缝4长度根据强度要求设定。
所述的步骤S5中通过注浆设备将水泥浆液通过无缝钢管1压入到前方岩体中，起到加固围岩的作用。
所述的步骤S6中局部暗挖开始后，先竖向挖土至满足打设掌子面锚杆的高度，然后施作掌子面的锚杆支护，在做好锚杆之后继续下挖，以满足先支后挖的原则。
在拟建地下结构10上部存在房屋、箱涵等建筑物、构筑物，且平面上拟建建筑与既有建、构物平面上局部重叠，导致不具备施作支护结构时，可以通过大面正常明挖顺做、局部暗挖的方式进行施工。上述管棚超前支护方法应用于上述情况下的局部地下空间及隧道建设，可以避免建、构筑物迁改引起的工期延误及成本增加。
一种利用内置型钢的管棚超前支护方法对小进尺、无支撑钢架的平顶大断面地下空间进行浅埋暗挖，其具体步骤为：
P1 沿既有构筑物外边打设基坑支护桩9，根据施工步序，自上而下先施工水平内支撑6后进行土方开挖，按照先撑后挖的原则循环上述工序，直至挖至管棚设计标高位置，再采取防止断桩、踢脚及落桩的措施后，支护桩9每间隔一根凿除一根，然后将无缝钢管1打入至桩间距的土层或岩层中，插入工字钢2后压注水泥浆液形成管棚；
P2 在管棚下方设置牛腿或托梁，牛腿或托梁牢固连接在保留的支护桩上，形成荷载的向下传递路径；
P3 开始掘进，自上而下挖出工作面后，立即用锚杆对掌子面及侧帮进行支护，待锚杆达到设计要求以后，继续往下进行土方开挖，随挖随支护，在先支后挖的原则下挖深3m，然后施工暗挖范围内拟建地下结构10的顶板及结构侧墙，新施工部分与前期完工的结构顶板及侧墙8浇筑成为整体，新施工的顶板及结构侧墙为下一步开挖形成保护；
P4 依据先支后挖、及时封闭的原则，自上而下依次挖土、打设锚杆、施工前面、左侧及右侧结构侧墙，循环施工直至浇筑完结构底板，将拟建地下结构10的底板与前期完成的结构底板浇筑成整体；
P5 凿除剩余部分的支护桩9，将拟建地下结构10的顶板及底板上的孔洞进行封堵，完成整个局部地下结构的施工。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种内置型钢的管棚超前支护方法，其特征在于，其步骤为：
S1 将加工好的无缝钢管（1）及工字钢（2）运至现场；
S2 用钻孔设备钻孔送管；
S3 将与无缝钢管（1）配套的工字钢（2）插进无缝钢管（1）内；
S4 在外露端口部位将工字钢（2）翼缘板与无缝钢管（1）内壁焊接，固定工字钢（2）与无缝钢管（1）的相对位置；
S5 通过注浆设备进行注浆，将工字钢（2）、无缝钢管（1）和水泥浆组合成管棚；
S6 待注浆体强度达到设计要求，做好套拱或固定梁（7）后开始隧道掘进，自上而下依据开挖、打设锚杆、开挖浇筑地下结构的工序循环，自上而下施作地下结构。
2.根据权利要求1所述的内置型钢的管棚超前支护方法，其特征在于，所述的步骤S1中无缝钢管（1）及工字钢（2）上打注浆扩散孔，无缝钢管（1）在水平中性轴上间隔0.5m打设φ10mm的注浆孔（5），工字钢（2）上远离套拱或固定梁（7）的一侧上、下翼缘板上打设φ10的圆孔（3）。
3.根据权利要求2所述的内置型钢的管棚超前支护方法，其特征在于，所述的步骤S2中用机具将带有注浆孔（5）的无缝钢管（1）打入土层中，打入时无缝钢管（1）的注浆孔（5）保持在同一水平面内，无缝钢管（1）打入到设计位置后清理无缝钢管（1）内部的渣土。
4.根据权利要求3所述的内置型钢的管棚超前支护方法，其特征在于，所述的步骤S4中内置的工字钢（2）与无缝钢管（1）在套拱或固定梁（7）内的一段进行局部焊接。
5.根据权利要求4所述的内置型钢的管棚超前支护方法，其特征在于，所述的步骤S5中通过注浆设备将水泥浆液通过无缝钢管（1）压入到前方岩体中。
6.根据权利要求5所述的内置型钢的管棚超前支护方法，其特征在于，所述的步骤S6中局部暗挖开始后，先竖向挖土至满足打设掌子面锚杆的高度，然后施作掌子面的锚杆支护，在做好锚杆之后继续下挖，以满足先支后挖的原则。
7.一种内置型钢的管棚超前支护方法的应用，其特征在于，利用权利要求1或6所述的内置型钢的管棚超前支护方法对小进尺、无支撑钢架的平顶大断面地下空间进行浅埋暗挖，其具体步骤为：
P1 沿既有构筑物外边打设基坑支护桩（9），根据施工步序，自上而下先施工水平内支撑（6）后进行土方开挖，按照先撑后挖的原则循环上述工序，直至挖至管棚设计标高位置，再采取防止断桩、踢脚及落桩的措施后，支护桩（9）每间隔一根凿除一根，然后将无缝钢管（1）打入至桩间距的土层或岩层中，插入工字钢（2）后压注水泥浆液形成管棚；
P2 在管棚下方设置牛腿或托梁，牛腿或托梁牢固连接在保留的支护桩上，形成荷载的向下传递路径；
P3 开始掘进，自上而下挖出工作面后，立即用锚杆对掌子面及侧帮进行支护，待锚杆达到设计要求以后，继续往下进行土方开挖，随挖随支护，在先支后挖的原则下挖深3m，然后施工暗挖范围内拟建地下结构（10）的顶板及结构侧墙，新施工部分与前期完工的结构顶板及侧墙（8）浇筑成为整体，新施工的顶板及结构侧墙为下一步开挖形成保护；
P4 依据先支后挖、及时封闭的原则，自上而下依次挖土、打设锚杆、施工前面、左侧及右侧结构侧墙，循环施工直至浇筑完结构底板，将拟建地下结构（10）的底板与前期完成的结构底板浇筑成整体；
P5 凿除剩余部分的支护桩（9），将拟建地下结构（10）的顶板及底板上的孔洞进行封堵，完成整个局部地下结构的施工。
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