CN115110959B - 一种管幕的约束措施及其施工流程 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在一种管幕的约束措施及其施工流程，尤其适用于既有地铁上方进行土方开挖情况。管幕法工作井采用明挖顺作施工工艺，工作井靠近地铁侧围护墙内预埋钢板及钢筋(含接驳器)；工作井采用无顶墙板结构，工作井靠近地铁侧设置上、下梁，上、下梁内设置钢筋与围护墙中预埋钢筋接驳器连接；上下梁中埋置钢板，通过二钢板桩与工作井围护墙内预埋钢板焊接形成支托牛腿焊接于钢管幕；上下梁及连接板最终形成型卡键，结合工作井围护墙在管幕处的上下切口，牢牢地固定管幕端头。在地铁双孔之间，设一排钻孔桩，其钢筋在管幕顶进到位后人工接长至管幕内，管幕内混凝土浇筑完成后形成中间刚性约束点。

Description

一种管幕的约束措施及其施工流程

技术领域

本发明涉及管幕顶进施工领域，特别涉及一种管幕的约束措施及其施工流程。

背景技术

城市的发展使得市内交通流量大幅增加，造成高峰交通堵塞随处可见。轨道交通，由于其解决中、短途人流效果显著，又符合国家绿色、环保的理念，成为了人口密集、土地稀缺的高档区域的首选交通方案。因此，全国各大中型城市都在建造轨道交通网。有些大型城市的轨道交通已达数十条，布满城市的各个角落，人们出行首先想到的是轨道交通，比如上海、北京、深圳等。

地铁内径通常约6.2m，盾构管片厚度40cm～50cm，采用螺栓连接。在地下，地铁隧道可认为柔性结构，将随着地层变位而产生位移或变形；进一步地，考虑到地铁交通密集，延伸范围长，一旦出现问题后果不堪设想。因此，各地地铁运营管理部门均发布了轨道交通保护条例，并要求在轨道交通保护范围内进行施工需上报地铁管理养护部门。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出管幕工艺中一种管幕两端和中部设钻孔桩连接的约束措施，用于更好地固定管幕、提高管幕的抗变形能力；为了进一步解释管幕约束措施，提供详细施工流程。

在本发明中，管幕本身、顶进工艺不在本专利保护范围内，因此未做过多介绍。

本发明具体涉及顶进管幕工法控制地铁由于上方开挖造成不利影响的管幕约束点固定关键措施及详细施工流程，主要是通过下述技术方案来实现的：

管幕工艺是通过设置较强的位于保护范围外的节点约束,依靠管幕较大的抗弯变形能力,降低管幕“支托”范围控制材料的变形。本发明中一种管幕的约束措施包括管幕两端与工作井结构、围护墙固定的连接，中部一排或多排钻孔桩与管幕的连接。通过以上措施，使得管幕形成多点强约束的“钢管梁”，增强抵抗变形能力。同时，管幕中部的钻孔桩尚可进一步接长与其上结构连接，额外发挥永久结构的抗浮控沉作用。

较佳地，管幕端部连接包括利用该工艺所必须的围护墙、结构的“锚固力”，发挥工作井结构、围护的多重作用；

较佳地，在所述工作井围护墙中设置预埋钢板(含锚固筋)及预埋钢筋(含接驳器)，所述预埋钢板；

较佳地，所述工作井临近地铁侧设置位于管幕上、下方的两道梁，用以替代侧墙；所述下梁的钢筋与所述工作井围护墙预埋钢筋接驳器连接，所述下梁的钢筋与所述工作井底板钢筋连接，整体浇筑形成一整体；所述上梁的钢筋与所述工作井围护墙预埋钢筋接驳器连接，向下接入所述下梁，浇筑混凝土形成一型钢筋混凝土卡键；

较佳地，所述工作井上下梁在浇筑同时预埋钢板；

较佳地，在所述钢管幕顶进到位后上、下两侧焊接钢板，并通过加焊连接钢板措施与所述工作井围护墙内预埋钢板、所述上下梁预埋钢板连接，形成受力传递流畅作用牛腿，将所述管幕与所述工作井主体结构、围护墙固结；

较佳地，所述管幕顶进到位、灌入混凝土；

随后，在已灌入混凝土的所述工作井上下梁间，采用钢筋混凝土现浇连接。

较佳地，管幕中部约束系通过所述钻孔桩的钢筋接入管幕，管幕内灌入混凝土后形成强大锚固力，桩头与管幕内混凝土构成一整块混凝土；

较佳地，为将所述钻孔桩钢筋接入管幕，在管幕顶进到位后需要施工人员进入管幕，对钻孔桩处对于切口，逐根通过接驳器将钻孔桩主筋接长，同时在接长主筋外侧加焊加强箍；

为补偿管幕切口，在管幕切口范围加焊钢筋；

较佳地，在上部土方开挖到底后，对钻孔桩处掏槽深挖，露出主筋并接长至待建主体结构底板，起到抗浮控沉作用。

一种管幕的约束措施的施工流程，其用于对如上述的管幕端头和中部钻孔桩约束措施的施工，包括如下步骤：

S1:在地铁影响区范围外施工工作井的围护墙(含止水措施)、所述管幕连接所述钻孔桩；在所述围护墙在施工前钢筋笼内预埋钢板，施工过程中保证钢板面与工作井边平行；所述钻孔桩钢筋应严格控制，尽量贴近待顶入管幕底。

S2：对所述工作井采用明挖顺作工艺开挖到坑底，并浇筑垫层；

S3：凿除所述工作井临近地铁侧围护墙表面保护层，露出与所述工作井下梁连接的预埋筋和预埋钢板；

S4：将工作井临近地铁侧围护墙中预埋的一块块钢板，通过焊接同等厚度钢板，连接成一整体；

S5：浇筑所述工作井底板和下梁，并在下梁内埋设所述钢板和锚筋；

S6：根据管幕的外轮廓尺寸，采用高强切削机对所述工作井靠近地铁侧围护墙进行开孔，随即采用特种顶管机从始发井顶进钢管幕，跨过地铁影响区至接收井；

S7：采用4块钢板焊接于管幕底部和顶部，上部2块，下部2块，所述钢板的另一侧与所述工作井围护墙内钢板焊接，形成作用牛腿；在管幕底或顶部2块钢板间，沿着管幕外边缘加焊2块型钢，沿着管幕内边缘加焊2块钢环，用以加强管幕刚度，防止变形；

S8：增加一钢板，连接所述下梁内埋置钢板和所述管幕底作用牛腿；

S9：施工人员从所述始发井进入管幕，至中部对应钻孔桩处，采用电焊或其他方式对管幕底进行开孔，凿除钻孔桩顶浮浆、露出所述钻孔桩钢筋接驳器，采用同直径钢筋通过接驳器连接钻孔桩，所采用的钢筋顶尽量贴近管幕顶；为加强接长钢筋的稳定性，在接长钢筋外侧焊接一钢箍筋，与接长钢筋点焊；

S10：在所述管幕切开孔洞处，沿管幕长度方向增设数根钢筋，用以补偿管幕材料及强度；所述增设钢筋直径不小于32mm，间距不小于75mm；所述补偿钢筋与管幕内接长钢筋点焊或其他可靠连接措施；

S11：施工人员撤离管幕，在管幕端口立模板，在管幕内灌入素混凝土，混凝土自然流入下部钻孔灌注桩凿除空间，加上S9中所述管幕接长钢筋的锚固作用，使得钻孔桩与管幕形成刚性约束点；

S12：绑扎所述工作井上下梁的连接钢筋及所述上梁的钢筋，并在上梁中固定锚筋和预埋钢板；采用类似下梁与管幕、围护墙的连接做法，完成三者的钢结构连接；

S13：浇筑所述连接工作井上下梁的连接结构和上梁，完成所述工作井围护墙、工作井结构和管幕的连接，形成所述型钢筋混凝土高强卡键；结合S12中管幕与钻孔桩的刚性约束，形成多点约束的钢管幕。

进一步地，在地铁上方进行土方开挖时，在对应所述地铁上下行线间钻孔桩位置，局部掏槽开挖，露出管幕，采用电焊等措施，切开管幕顶形成孔洞，将钢筋进一步接长至结构底板内，待结构混凝土浇筑完成后，起到额外的抗浮控沉作用；通过上述措施，可发挥管幕和下部约束钻孔桩的抗浮控沉作用。

本发明具有下列有益效果：

本发明采用的结构形式可大大提高管幕端头的固定作用，中间增加支点可大大提高抗变形能力。同时，中间钻孔桩可通过接长钢筋接至上部钢筋混凝土结构，作为永久有效的抗浮控沉措施，具有较高的技术和经济优势。

附图说明

图1为本发明中某一实施例横剖面示意图；

图2为本发明某一具体实施例中工作井围护墙(此处应用钻孔桩)预埋钢板连接大样图；

图3为本发明某一具体实施例管幕端头连接详图；

图4为本发明某一具体实施例钢管幕钢板焊接大样图；

图5为本发明某一具体实施例中钻孔桩钢筋接长详图(管幕内灌入混凝土断面、结构底板掏槽开挖浇筑混凝土范围)；

图6为本发明某一具体实施例灌注桩处管幕内灌入混凝土断面；

图7为本发明某一具体实施例钻孔桩处结构底板混凝土断面。

附图标记说明:

明挖隧道基坑下地铁1；

管幕2；

钻孔桩处未受切割影响管幕2a；

钻孔桩处管幕开口(下部)2b；

钻孔桩处管幕开口(上部)2c；

钻孔桩处管幕开口(下部)管幕内灌入混凝土2d；

工作井底板3；

管幕支点钻孔桩4；

工作井抗浮钻孔桩5；

工作井靠近地铁侧围护墙6；

工作井非靠近地铁围护墙7；

工作井第一道混凝土支撑8；

工作井顶圈梁9；

工作井第二道支撑10；

工作井第二道靠近地铁侧围檩11；

工作井第二道非靠近地铁侧围檩11a；

工作井上梁12；

工作井下梁13；

设计地面线14；

待建明挖隧道结构顶板15；

待建明挖隧道结构底板16；

待建明挖隧道结构底板掏槽加厚段16a；

管幕端部焊接钢板(含上、下两方向)17；

管幕焊接钢板与工作井上下梁预埋钢板的连接钢板18；

工作井上、下梁预埋钢板(含锚筋)19；

工作井围护墙中预埋连接钢筋(含接驳器)20；

工作井围护墙中预埋钢板(含锚筋)21；

工作井上、下梁间连接钢筋22；

钻孔桩处管幕内加强箍23；

管幕端部焊接钢板间加强钢板24；

钻孔桩(管幕下段)主筋25；

钻孔桩(管幕内段)接长主筋26a；

钻孔桩(管幕内段)接长主筋加强箍筋26b；

钻孔桩处管幕内加强箍26c；

钻孔桩(管幕上段)接长主筋27；

钻孔桩主筋接长接驳器28。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示为某明挖隧道上跨既有运营地铁的结构横剖面图及管幕端部和中部钻孔桩连接约束的位置示意图。下面就结合施工流程详细介绍。

S1：首先，在既有运营地铁1的保护范围以外施工工作井围护墙6、7，其中靠近地铁侧围护墙6应适当加深，非靠近地铁围护墙7深度满足工作井施工各项规范指标要求即可；同期可根据施工组织和机械配备情况施工工作井抗拔桩5和管幕支点钻孔桩4。

在本实施例中，工作井围护墙6、7采用钻孔灌注桩排桩，其直径根据工作井深度计算确定；本实施例采用水泥土搅拌桩止水帷幕(与本专利无关，因此图中未表示)；值得说明的是，若采用其他直立式基坑围护墙，其连接难度与本实施案例类似，甚至更为简单。

S2：在工作井围护墙6、7达到设计要求强度后，掏槽施工基坑顶圈梁9和第一道混凝土支撑8；随后，按照明挖顺作工艺开挖、设置第二道支撑10(含围檩11、11a)；开挖到底后，立即铺设垫层。

S3：如图3所述，此时凿除所述工作井非靠近地铁侧围护墙7表面保护层，露出与所述工作井下梁12连接的预埋连接钢筋20和预埋钢板21；

S4：如图2所示，将工作井靠近地铁侧围护墙6中预埋的一块块钢板21，通过焊接同等厚度钢板21a，连接成一整体；

S5：如图3所示，浇筑所述工作井底板3和下梁12，所述工作井下梁12环向箍筋与工作井围护墙内预留钢筋20通过接驳器连接；

在浇筑工作井下梁12混凝土之前，应在其钢筋网内预埋钢板(含锚筋)19，随后焊接连接钢板18，待管幕顶进到位后与管幕端部焊接钢板17连接；

S6：根据管幕2的外轮廓尺寸，采用高强切削机对所述工作井靠近地铁侧围护墙6进行开孔，随即采用特种顶管机从始发井顶进钢管幕2，跨过地铁影响区至接收井；

所述地铁影响区，不是一个理论值，是各地轨道交通养护管理部门的规定值，不同地方规定可能不同。为使得管幕2达到最佳效果，施工安全度更高，工作井靠近地铁侧围护墙6就贴着地铁影响区实施，以使管幕长度最短、施工最快，对地铁影响就最小。

S7：管幕顶进到位后，沿着管幕下侧沿着外边缘加焊2块型加强钢板24，在型钢两端，采用2块钢板17焊接于管幕底部、侧边与型钢24焊接，如图4所述。

钢板侧边与工作井靠近地铁侧围护墙6内预埋钢板21焊接，下边与下梁连接钢板18焊接，如此，工作井下梁12、工作井靠近地铁侧围护墙6下段形成牛腿支托管幕2；此后，沿着管幕内边缘加焊2块钢环(在管幕顶推之前焊接亦可)，用以加强管幕刚度，防止变形过大；

S8：施工人员从始发井进入管幕，至中部对应支点钻孔桩4处，采用电焊或其他方式对图5所示管幕底进行切割开孔2b取出对应钢片，凿除钻孔桩顶浮浆、露出所述钻孔桩主钢筋接驳器28，采用同直径钢筋26a通过接驳器28连接抗浮钻孔桩5，所采用的钢筋顶尽量贴近管幕顶；为加强接长钢筋26a的稳定性，在接长钢筋外侧焊接一加强箍筋26b，与接加强钢筋26a点焊(扎丝绑扎亦可)；

S9：在所述管幕切开孔洞处，沿管幕2长度方向增设直径32加强箍26c(间距75mm)，用以补偿管幕材料及强度；

S10：施工人员撤离管幕，在管幕端口立模板，在管幕内灌入素混凝土，混凝土自然流入下部钻孔灌注桩凿除空间，形成整体混凝土2d(如图6所示)；

S11：如图3所示，绑扎所述工作井上梁11、下梁12的连接钢筋22及所述上梁的钢筋(图中未示)，类似下梁与围护墙的连接做法，加强钢板24、端部焊接钢板17于管幕上端、与工作井靠近地铁侧围护墙6预埋钢板21连接；随后，在端部焊接钢板钢板17上部焊接连接钢板18，在连接钢板18上焊接预埋钢板19及其预埋锚筋；此外，将工作井上梁钢筋与靠近地铁侧围护墙6中预埋筋20连接。浇筑上、下梁连接块及上梁11钢筋，到此，即可形成一高强卡键，可牢牢约束管幕2。

结合管幕两个端头与两侧的工作井围护墙6、工作井主体结构的11、12、3连接，结合中间与支点钻孔桩4锚固连接，可起到“三点约束”的“钢管梁”。在上部隧道开挖过程中，可有效“压住”管幕底土体回弹，从而减小地铁变形。

如图5所示，在隧道开挖到底后，在中间钻孔桩处掏槽开挖掏槽加厚段16a，与管幕下部对管幕切口类似，切开管幕上部2c部分，并将钻孔桩接长钢筋26a通过接驳器28接长至底板掏槽加厚段16内，随后底板浇筑混凝土时将在掏槽处形成腋角(如图7)，接长主筋27的锚固长度，实现钻孔桩5与隧道结构底板16连接的目标。

同时，抗浮钻孔桩5与管幕2、管幕2与工作井围护墙连接，则工作井围护墙又可发挥隧道的抗浮作用，经济效益高，具有很高的推广意义。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种管幕的约束方法，其特征在于，用于采用工作井顶进管幕工法控制地铁上方开挖引起的变形的节点控制，将管幕两端分别与工作井侧墙、围护墙固定连接，地铁上、下行线间设置一排或多排钻孔桩与管幕有效连接，形成多点约束“钢管梁”；

在所述工作井围护墙中设置含有锚固筋的预埋钢板及含有接驳器的预埋连接钢筋；

所述工作井侧墙临近地铁侧为位于管幕上、下方的两道梁，所述两道梁分别为上梁和下梁，下梁的钢筋与所述工作井围护墙的预埋连接钢筋接驳器连接，所述下梁的钢筋与工作井底板钢筋连接，整体浇筑形成一整体；上梁的钢筋与所述工作井围护墙预埋连接钢筋接驳器连接，向下接入所述下梁，浇筑混凝土形成一“”型钢筋混凝土卡键；

在管幕端部上、下两侧焊接一钢板，并与所述工作井围护墙内预埋钢板连接，形成作用牛腿，将所述管幕与所述工作井围护墙连接；

沿着管幕端部焊接钢板，焊接一高度可调节的连接钢板，与所述工作井预埋钢板连接，将所述管幕、所述工作井围护墙、工作井上、下梁连接固定；

在所述工作井上、下梁间设置连接钢筋，在所述管幕顶进到位、灌入混凝土完成后浇筑混凝土连接。

2.如权利要求1所述管幕的约束方法，其特征在于，选用的工作井围护桩，为咬合桩、工法桩或地下连续墙，在咬合桩时，在每根桩中预埋一块钢板，待连接施工所述牛腿之前，在两块钢板间焊接一钢板连接，形成一连续钢板；

当采用工法桩时，可直接用工法桩中H型钢替代预埋钢板，在两H型钢间焊接一钢板，形成一连续钢板；

当采用地连墙时，一幅墙内埋入一块钢板，两块钢板间焊接一钢板，形成一连续钢板。

3.如权利要求1所述管幕的约束方法，其特征在于，所述预埋连接钢筋及锚固筋为三级钢；所述的预埋钢板为Q355B，所述接驳器连接应达到I级接头要求，非接驳器连接为双面焊，焊缝长度不小于5倍钢筋直径；钢板焊接的焊缝高度不小于8mm。

4.如权利要求1所述管幕的约束方法，其特征在于，所述管幕内直径不小于1.2m，壁厚不小于20mm，满足人员进入作业的条件；所述管幕灌入混凝土强度等级不小于C30。

5.如权利要求1所述管幕的约束方法，其特征在于，钻孔桩钢筋端头在沉入前连接所述接驳器，且所述接驳器做好保护，防止施工中堵塞。

6.如权利要求5所述管幕的约束方法，其特征在于，所述钻孔桩钢筋在管幕顶进到位后，对管幕对应的所述钻孔桩位置开孔，接长钢筋至管幕顶，接长钢筋顶部预留接驳器，并做好保护，防止管幕内灌入混凝土时堵塞。

7.如权利要求1所述管幕的约束方法，其特征在于，施工流程为：

S1: 在地铁影响区范围外施工两工作井的围护墙，所述工作井包括始发井与接收井，所述工作井围护墙采用钻孔灌注桩、地连墙、咬合桩的围护型式，所述工作井围护墙在施工前钢筋笼内预埋钢板，并确保施工完成后钢板面与工作井边平行；当采用工法桩围护时，型钢翼缘可作为所述预埋钢板；

S2：与S1施工的同时，施工地铁上、下行线间的钻孔桩，钻孔桩钢筋应严格控制，尽量贴近待顶入管幕底；

S3：根据围护型式确定止水系统和支撑系统并按续施工；采用明挖顺作工艺开挖工作井基坑，随挖随撑，直到坑底并浇筑垫层；

S4：凿除工作井临近地铁侧围护墙表面保护层，露出与工作井下梁连接的预埋筋和预埋钢板；

S5：将工作井临近地铁侧围护墙中预埋的钢板，通过焊接同等厚度的方式连接成一整体；

S6：浇筑所述工作井底板和下梁，所述工作井下梁环向箍筋与工作井围护墙内预留钢筋通过接驳器连接；并在下梁内埋设所述钢板和锚筋，随后在其上焊接钢板，待与管幕连接；

S7：根据管幕的外轮廓尺寸，采用高强切削机对所述工作井靠近地铁侧围护墙进行开孔，随即采用特种顶管机从始发井顶进钢管幕，跨过地铁影响区至接收井；

S8：沿着管幕下侧沿着外边缘加焊2块加强钢板，在加强钢板两端，采用2块钢板，顶边焊接于管幕底部、底边与工作井下梁预埋钢板焊接，侧边与工作井预埋钢板焊接；此外侧面与所述加强钢板焊接；

如此，工作井下梁、工作井围护墙下段形成牛腿支托管幕；

顶部2块钢板间，沿着管幕外边缘加焊2块型钢，沿着管幕内边缘加焊2块钢环，用以加强管幕刚度，防止变形；

S9：施工人员从所述始发井进入管幕，至中部对应钻孔桩处，采用电焊或其他方式对管幕底进行开孔，凿除钻孔桩顶浮浆、露出所述钻孔桩钢筋接驳器，采用同直径钢筋通过接驳器连接钻孔桩，所采用的钢筋顶尽量贴近管幕顶；为加强接长钢筋的稳定性，在接长钢筋外侧焊接一钢箍筋，与接长钢筋点焊；

S10：在所述管幕切开孔洞处，沿管幕长度方向增设数根钢筋，用以补偿管幕材料及强度；增设的钢筋直径不小于32mm，间距不小于75mm；增设补偿的钢筋与管幕内接长钢筋点焊；

S11：施工人员撤离管幕，在管幕端口立模板，在管幕内灌入素混凝土，混凝土自然流入下部钻孔灌注桩凿除空间，加上S9中所述管幕接长钢筋的锚固作用，使得钻孔桩与管幕形成刚性约束点；

S12：绑扎所述工作井上、下梁的连接钢筋及上梁的钢筋，并在上梁中固定锚固筋和预埋钢板；

采用下梁与管幕、工作井围护墙的连接做法，完成三者的钢结构连接；

S13：浇筑连接工作井上、下梁的连接结构和上梁，完成所述工作井围护墙、工作井结构和管幕的连接，形成所述“”型钢筋混凝土高强卡键；结合S12中管幕与钻孔桩的刚性约束，形成多点约束的钢管幕。

8.如权利要求7所述一种管幕的约束方法，其特征在于，在地铁上方进行土方开挖时，在对应地铁上、下行线间钻孔桩位置，局部掏槽开挖，露出管幕，采用电焊措施，切开管幕顶形成孔洞，将钢筋进一步接长至结构底板内，待结构混凝土浇筑完成后，起到额外的抗浮控沉作用。