CN118911701B - 浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置 - Google Patents

浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置

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Abstract

本发明提供浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，涉及隧道施工、工程施工领域，包括：灌注桩；冠梁，冠梁固定在灌注桩顶部，冠梁与灌注桩连为一体；锁脚锚管，锁脚锚管穿过小断面隧道壁与灌注桩锚固连接；灌注桩为钢筋混凝土灌注结构，灌注桩包括有：侧面稳固钉，侧面稳固钉共设置有多组，每组侧面稳固钉圆周阵列排布设置有多件；侧面钉传动组件，侧面钉传动组件设置在支撑笼主体内部。其可以很好的增加小净距中岩柱的稳定性和连接牢固度，从而有效保证施工工期和施工质量，生产成本较低，降低了施工难度，解决了施工的空间较小，施工过程带来的空间效应叠加极易危及地面建构筑物及洞内人员的安全，施工难度大的问题。

Description

浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置
技术领域
本发明涉及隧道施工、工程施工技术领域，尤其涉及浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置。
背景技术
目前，我国地铁和隧道施工项目极多，施工中常常会遇到一些难以解决的问题，小净距隧道浅埋段中岩柱的稳定性就是其中之一，在有些情况下，两个交叉洞室中岩柱宽度极小，这就导致中岩柱稳定性难以保证，例如贵阳轨道交通3号线一期工程松花路站～浣纱路站区间的活塞风井～浣纱路站段，隧道在左线ZDK32+104.215处设2号线与3号线联络线接入2号线浣纱路站，在此处由大断面(N断面，面积143㎡)分出两个等断面小净距交叉洞室(面积39㎡)，两个等断面交叉洞室小净距段长达55m，两个交叉洞室中岩柱最窄处宽度仅1m，能够施工的空间较小，中岩柱难以保证有足够的支撑强度，施工过程带来的空间效应叠加极易危及地面建构筑物及洞内人员的安全，施工难度大。
发明内容
本公开实施例涉及浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，其可以很好的增加小净距中岩柱的稳定性和连接牢固度，从而有效保证施工工期和施工质量，结构稳固性更好，同时具有良好的通用性，生产成本较低，采用预制支撑笼结构，避免了小直径桩基施工难度较大的问题，降低了施工难度。
本公开第一方面，提供了浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，具体包括：
灌注桩，小净距隧道浅埋段沿中岩柱设置灌注桩，在两个小断面隧道的外侧沿隧道长度方向设置有灌注桩；
冠梁，冠梁固定在灌注桩顶部，冠梁与灌注桩连为一体；
锁脚锚管，锁脚锚管穿过小断面隧道壁与灌注桩锚固连接；
灌注桩为钢筋混凝土灌注结构，灌注桩包括有：
支撑笼主体，所述支撑笼主体为圆柱笼状结构，支撑笼主体的中心为内支撑杆，支撑笼主体的外侧为圆周阵列排布的外侧支撑杆，支撑笼主体设置有多件，多件支撑笼主体上下安装；
转动轴，所述转动轴转动连接在支撑笼主体的顶部；
底部稳固钉，底部稳固钉圆周阵列排布设置在支撑笼主体的底部；
侧面稳固钉，侧面稳固钉共设置有多组，每组侧面稳固钉圆周阵列排布设置有多件；
侧面钉传动组件，侧面钉传动组件设置在支撑笼主体内部。
至少一些实施例中，支撑笼主体的底部圆周阵列设置有多组螺纹孔，支撑笼主体的顶部设置圆周阵列排布开设有光孔，底部的一件支撑笼主体的螺纹孔螺栓连接有底部稳固钉，下方的支撑笼主体通过连接螺栓插入光孔并与上方的支撑笼主体螺纹孔连接，顶部的支撑笼主体通过光孔与冠梁相连接。
至少一些实施例中，侧面钉传动组件包括有：
驱动螺纹，驱动螺纹同轴固定连接在转动轴的后方；
摆动驱动滑块，摆动驱动滑块滑动连接在最上方一件支撑笼主体的顶部，摆动驱动滑块与驱动螺纹螺纹连接共同构成丝杠螺母传动副。
至少一些实施例中，侧面钉传动组件还包括有：
摆动连杆，摆动连杆铰链连接在摆动驱动滑块的端部；
中间转轴，中间转轴转动连接在内支撑杆内部，摆动连杆的另一端与中间转轴铰链连接，摆动驱动滑块、摆动连杆、中间转轴与支撑笼主体共同构成曲柄滑块传动结构。
至少一些实施例中，侧面钉传动组件还包括有：
摆动臂，摆动臂转动连接在内支撑杆的外侧；
摆动连接件，摆动连接件设置在摆动臂的顶部，摆动连接件与中间转轴插接连接。
至少一些实施例中，侧面钉传动组件还包括有：
摆动套件，摆动套件均匀排布转动连接外侧支撑杆的外侧；
侧面稳固钉，侧面稳固钉铰链连接在摆动臂的外侧，侧面稳固钉与摆动套件滑动连接，摆动臂、摆动套件、侧面稳固钉与支撑笼主体之间共同构成曲柄滑块传动机构。
至少一些实施例中，中间转轴的顶部设置有一件上连接部，上连接部为凹槽结构，中间转轴的底部设置有一件下连接部，下连接部为凸起结构，上下两件中间转轴之间通过上连接部、下连接部插接连接。
至少一些实施例中，所述灌注桩的桩径为Φ0.6-0.8m，灌注桩的桩间距为2-4m，灌注桩的桩底标高低于隧道正洞仰拱3-4.5m。
至少一些实施例中，所述中岩柱宽度为1-2m时，中岩柱内的灌注桩沿中岩柱的中心分布设置；中岩柱宽度大于2m并小于4m时，中岩柱内的灌注桩沿中岩柱长度方向依次交错的靠近中岩柱两侧设置，灌注桩距中岩柱两侧的距离为0.2-1m。
至少一些实施例中，灌注桩所在位置的锁脚锚管锚入灌注桩中，中岩柱内的每个灌注桩的一侧对应锚入有三根锁脚锚管，且所述三根锁脚锚管中两侧的锁脚锚管沿交错方向倾斜锚入灌注桩。
本发明提供了浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，具有如下有益效果：
本发明能够在小净距隧道浅埋段施工前针对小净距隧道浅埋段中岩柱进行有效加固，在净距隧道浅埋段施工过程中无法进行额外加固即可保证小净距中岩柱的稳定性，从而有效保证施工工期和施工质量，且结构稳固性也能更好。
本发明通过采用伸缩的侧面稳固钉结构，能够保证支撑笼主体处于桩坑中心位置，保证灌注桩施工完成具有良好的力学性能，同时可以保证灌注桩与坑壁具有良好的压紧效果，保证连接稳固性，提高了灌注桩的支撑能力，同时可以满足不同深度不同直径的施工要求，可以满足施工过程中由于中岩柱的宽度不同导致的灌注桩直径不一致的问题，具有良好的适用性，可以批量预制，不用逐个灌注桩进行预制，降低了生产成本。
本发明可以很好的增加小净距中岩柱的稳定性和连接牢固度，从而有效保证施工工期和施工质量，结构稳固性更好，同时具有良好的通用性，生产成本较低，采用预制支撑笼结构，避免了小直径桩基施工难度较大的问题，降低了施工难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
在附图中：
图1示出了本申请的结构的平面布置示意图；
图2示出了本申请的结构的断面示意图；
图3示出了本申请的结构的侧面示意图；
图4示出了本申请的结构的支撑笼主体安装示意图；
图5示出了本申请的结构的支撑笼主体示意图；
图6示出了本申请的结构的侧面稳固钉示意图；
图7示出了本申请的结构的支撑笼主体底部示意图；
图8示出了本申请的结构的底部稳固钉示意图；
图9示出了本申请的结构的底部稳固钉安装示意图；
图10示出了本申请的结构的侧面稳固钉安装示意图；
图11示出了本申请的结构的中间转轴传动示意图；
附图标记列表
1、右线小断面隧道；2、左线小断面隧道；3、中岩柱；4、大断面隧道；5、灌注桩；501、支撑笼主体；5011、外侧支撑杆；5012、内支撑杆；502、转动轴；5021、驱动螺纹；503、摆动驱动滑块；504、摆动连杆；505、中间转轴；5051、下连接部；5052、上连接部；506、摆动臂；601、摆动连接件；507、侧面稳固钉；508、摆动套件；509、连接螺栓；510、底部稳固钉；6、锁脚锚管；7、冠梁。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：请参考图1至图3：
本发明提出了浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，包括：
灌注桩5，小净距隧道浅埋段沿中岩柱3施工灌注桩5，同时，在两个小断面隧道的外侧沿隧道长度方向施工有灌注桩5；
冠梁7，冠梁7固定在灌注桩5顶部，冠梁7与灌注桩5连为一体；
锁脚锚管6，锁脚锚管6穿过小断面隧道壁与灌注桩5锚固连接；
本公开实施例中，如图1所示，灌注桩5的桩径为Φ0.6-0.8m，灌注桩5的桩间距为2-4m，灌注桩5的桩底标高低于隧道正洞仰拱3-4.5m。
本公开实施例中，如图1所示，中岩柱3宽度为1-2m时，中岩柱3内的灌注桩5沿中岩柱3的中心分布设置；中岩柱3宽度大于2m并小于4m时，中岩柱3内的灌注桩5沿中岩柱3长度方向依次交错的靠近中岩柱3两侧设置，灌注桩5距中岩柱3两侧的距离为0.2-1m。
本公开实施例中，如图1-2所示，灌注桩5所在位置的锁脚锚管6锚入灌注桩5中，中岩柱3内的每个灌注桩5的一侧对应锚入有三根锁脚锚管6，且三根锁脚锚管6中两侧的锁脚锚管6沿交错方向倾斜锚入灌注桩5。
实施例二：请参考图1至图3：
本实施例与实施例1的区别在于：灌注桩5的桩径为Φ0.7m。
实施例三：请参考图1至图3：
本实施例与实施例1的区别在于：灌注桩5的桩径为Φ0.8m。
实施例四：请参考图1至图3：
本实施例与实施例1的区别在于：中岩柱3宽度为大于2m并小于4m时，灌注桩5沿中岩柱3长度方向依次交错的靠近中岩柱3两侧设置，灌注桩5距中岩柱3两侧的距离为0.2-1m，对应灌注桩5所在位置的锁脚锚管6的锚入灌注桩5中。
实施例五：请参考图4至图5：
本发明提出了浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，包括：
灌注桩5为钢筋混凝土灌注结构，灌注桩5包括有：
支撑笼主体501，支撑笼主体501为圆柱笼状结构，支撑笼主体501的中心为内支撑杆5012，支撑笼主体501的外侧为圆周阵列排布的外侧支撑杆5011，支撑笼主体501设置有多件，多件支撑笼主体501上下安装；
转动轴502，转动轴502转动连接在支撑笼主体501的顶部；
本公开实施例中，如图7所示，支撑笼主体501的底部圆周阵列设置有多组螺纹孔，支撑笼主体501的顶部设置圆周阵列排布开设有光孔，底部的一件支撑笼主体501的螺纹孔螺栓连接有底部稳固钉510，下方的支撑笼主体501通过连接螺栓509插入光孔并与上方的支撑笼主体501螺纹孔连接，顶部的支撑笼主体501通过光孔与冠梁7相连接，实现了螺纹孔的通用，既能够实现底部固定支撑，又可以实现支撑笼主体501之间的连接，具有良好的通用性，提高了使用便利性。
实施例六：请参考图3至图11：
本发明提出了浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，包括：
底部稳固钉510，底部稳固钉510圆周阵列排布设置在支撑笼主体501的底部；
侧面稳固钉507，侧面稳固钉507共设置有多组，每组侧面稳固钉507圆周阵列排布设置有多件；
侧面钉传动组件，侧面钉传动组件设置在支撑笼主体501内部。
本公开实施例中，如图11所示，侧面钉传动组件包括有：
驱动螺纹5021，驱动螺纹5021同轴固定连接在转动轴502的后方；
摆动驱动滑块503，摆动驱动滑块503滑动连接在最上方一件支撑笼主体501的顶部，摆动驱动滑块503与驱动螺纹5021螺纹连接共同构成丝杠螺母传动副，在使用中，当旋转转动轴502，转动轴502通过由摆动驱动滑块503与驱动螺纹5021螺纹连接共同构成的丝杠螺母传动副带动摆动驱动滑块503滑动。
本公开实施例中，如图11所示，侧面钉传动组件还包括有：
摆动连杆504，摆动连杆504铰链连接在摆动驱动滑块503的端部；
中间转轴505，中间转轴505转动连接在内支撑杆5012内部，摆动连杆504的另一端与中间转轴505铰链连接，摆动驱动滑块503、摆动连杆504、中间转轴505与支撑笼主体501共同构成曲柄滑块传动结构，在使用中，当摆动驱动滑块503滑动，摆动驱动滑块503通过由摆动驱动滑块503、摆动连杆504、中间转轴505与支撑笼主体501共同构成的曲柄滑块传动结构带动中间转轴505摆动。
本公开实施例中，如图6所示，侧面钉传动组件还包括有：
摆动臂506，摆动臂506转动连接在内支撑杆5012的外侧；
摆动连接件601，摆动连接件601设置在摆动臂506的顶部，摆动连接件601与中间转轴505插接连接，在使用中，当中间转轴505摆动，中间转轴505通过摆动连接件601带动摆动臂506摆动。
本公开实施例中，如图7所示，侧面钉传动组件还包括有：
摆动套件508，摆动套件508均匀排布转动连接外侧支撑杆5011的外侧；
侧面稳固钉507，侧面稳固钉507铰链连接在摆动臂506的外侧，侧面稳固钉507与摆动套件508滑动连接，摆动臂506、摆动套件508、侧面稳固钉507与支撑笼主体501之间共同构成曲柄滑块传动机构，在使用中，当摆动臂506摆动，摆动臂506通过由摆动臂506、摆动套件508、侧面稳固钉507与支撑笼主体501之间共同构成的曲柄滑块传动机构带动侧面稳固钉507滑动，实现侧面稳固钉507的伸出和缩回，满足不同大小的灌注桩5浇筑需要，同时还可以通过侧面稳固钉507与中岩柱3插紧，提高灌注桩5与中岩柱3的连接稳固性。
本公开实施例中，如图9-图10所示，中间转轴505的顶部设置有一件上连接部5052，上连接部5052为凹槽结构，中间转轴505的底部设置有一件下连接部5051，下连接部5051为凸起结构，上下两件中间转轴505之间通过上连接部5052、下连接部5051插接连接，在使用中，当上方的中间转轴505旋转，上方的中间转轴505通过上连接部5052、下连接部5051带动下方的中间转轴505同步旋转。
本实施例的工作原理：
某隧道为右线小断面隧道1与左线小断面隧道2交汇到大断面隧道4，在交汇处由大断面隧道4(N断面，面积143㎡)分出两个等断面小净距交叉洞室(右线小断面隧道1与左线小断面隧道2)(面积39㎡)，右线小断面隧道1与左线小断面隧道2小净距段长达55m，两个交叉洞室中岩柱3最窄处宽度仅1m，在施工时，在小净距隧道浅埋段沿中岩柱3增设灌注桩5，桩径Φ0.6m，桩间距2-4m，桩底标高低于隧道正洞仰拱3-4.5m，灌注桩5顶部设冠梁7将灌注桩5联成整体，在初期支护的拱架施工时将靠近中岩柱3一侧的锁脚锚管6锚入灌注桩5中，具体地：中岩柱3宽度为1-2m时，灌注桩5沿中岩柱3的中心分布设置；中岩柱3宽度为大于2m并小于4m时，灌注桩5沿中岩柱3长度方向依次交错的靠近中岩柱3两侧设置，灌注桩5距中岩柱3两侧的距离为0.2-1m，对应灌注桩5所在位置的锁脚锚管6的锚入灌注桩5中，每个灌注桩5的一侧对应的锚入有三根锁脚锚管6，且三根锁脚锚管6中两侧的锁脚锚管6沿交错方向倾斜锚入灌注桩5。
在灌注桩5施工过程中，根据实际需要的灌注桩5深度，将支撑笼主体501首尾相连并通过连接螺栓509连接，然后将支撑笼主体501放入桩坑中，通过工具旋转转动轴502，转动轴502通过由摆动驱动滑块503与驱动螺纹5021螺纹连接共同构成的丝杠螺母传动副带动摆动驱动滑块503滑动，摆动驱动滑块503通过由摆动驱动滑块503、摆动连杆504、中间转轴505与支撑笼主体501共同构成的曲柄滑块传动结构带动中间转轴505摆动，中间转轴505通过摆动连接件601带动摆动臂506摆动，摆动臂506通过由摆动臂506、摆动套件508、侧面稳固钉507与支撑笼主体501之间共同构成的曲柄滑块传动机构带动侧面稳固钉507滑动，将侧面稳固钉507伸出，侧面稳固钉507碰触到坑壁后实现支撑笼主体501的调整，使支撑笼主体501处于中心位置，然后往下夯击支撑笼主体501与压紧在桩坑内，拧紧转动轴502，使侧面稳固钉507与坑壁紧密接触，保证灌注桩5与中岩柱3的连接稳固性，通过支撑笼主体501顶部的光孔与冠梁7钢筋相连接，然后灌注砂浆，形成灌注桩5。
本文中，有以下几点需要注意：
1.本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其它结构可参考通常设计。
2.在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，其特征在于，包括：
灌注桩(5)，小净距隧道浅埋段沿中岩柱(3)设置所述灌注桩(5)，在两个小断面隧道的外侧沿隧道长度方向设置有灌注桩(5)；
冠梁(7)，所述冠梁(7)固定在灌注桩(5)顶部，冠梁(7)与灌注桩(5)连为一体；
锁脚锚管(6)，所述锁脚锚管(6)穿过小断面隧道壁与灌注桩(5)锚固连接；
所述灌注桩(5)为钢筋混凝土灌注结构，灌注桩(5)包括有：
支撑笼主体(501)，所述支撑笼主体(501)为圆柱笼状结构，支撑笼主体(501)的中心为内支撑杆(5012)，支撑笼主体(501)的外侧为圆周阵列排布的外侧支撑杆(5011)，支撑笼主体(501)设置有多件，多件支撑笼主体(501)上下安装；
转动轴(502)，所述转动轴(502)转动连接在支撑笼主体(501)的顶部；
底部稳固钉(510)，所述底部稳固钉(510)圆周阵列排布设置在支撑笼主体(501)的底部；
侧面稳固钉(507)，所述侧面稳固钉(507)共设置有多组，每组侧面稳固钉(507)圆周阵列排布设置有多件；
侧面钉传动组件，所述侧面钉传动组件设置在支撑笼主体(501)内部。
2.根据权利要求1所述的浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，其特征在于，
所述灌注桩(5)的桩径为Φ0.6-0.8m，灌注桩(5)的桩间距为2-4m，灌注桩(5)的桩底标高低于隧道正洞仰拱3-4.5m。
3.根据权利要求1所述的浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，其特征在于，
中岩柱(3)宽度为1-2m时，中岩柱(3)内的所述灌注桩(5)沿中岩柱(3)的中心分布设置；中岩柱(3)宽度大于2m并小于4m时，中岩柱(3)内的所述灌注桩(5)沿中岩柱(3)长度方向依次交错的靠近中岩柱(3)两侧设置，所述灌注桩(5)距中岩柱(3)两侧的距离为0.2-1m。
4.根据权利要求1所述的浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，其特征在于，
所述灌注桩(5)所在位置的锁脚锚管(6)锚入灌注桩(5)中，中岩柱(3)内的每个灌注桩(5)的一侧对应锚入有三根锁脚锚管(6)，且所述三根锁脚锚管(6)中两侧的锁脚锚管(6)沿交错方向倾斜锚入灌注桩(5)。
5.根据权利要求1所述的浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，其特征在于，
所述支撑笼主体(501)的底部圆周阵列设置有多组螺纹孔，支撑笼主体(501)的顶部设置圆周阵列排布开设有光孔，底部的一件支撑笼主体(501)的螺纹孔螺栓连接有底部稳固钉(510)，下方的支撑笼主体(501)通过连接螺栓(509)插入光孔并与上方的支撑笼主体(501)螺纹孔连接，顶部的支撑笼主体(501)通过光孔与冠梁(7)相连接。
6.根据权利要求1所述的浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，其特征在于，
所述侧面钉传动组件包括有：
驱动螺纹(5021)，驱动螺纹(5021)同轴固定连接在转动轴(502)的后方；
摆动驱动滑块(503)，摆动驱动滑块(503)滑动连接在最上方一件支撑笼主体(501)的顶部，摆动驱动滑块(503)与驱动螺纹(5021)螺纹连接共同构成丝杠螺母传动副。
7.根据权利要求6所述的浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，其特征在于，
所述侧面钉传动组件还包括有：
摆动连杆(504)，摆动连杆(504)铰链连接在摆动驱动滑块(503)的端部；
中间转轴(505)，中间转轴(505)转动连接在内支撑杆(5012)内部，摆动连杆(504)的另一端与中间转轴(505)铰链连接，摆动驱动滑块(503)、摆动连杆(504)、中间转轴(505)与支撑笼主体(501)共同构成曲柄滑块传动结构。
8.根据权利要求7所述的浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，其特征在于，
所述侧面钉传动组件还包括有：
摆动臂(506)，摆动臂(506)转动连接在内支撑杆(5012)的外侧；
摆动连接件(601)，摆动连接件(601)设置在摆动臂(506)的顶部，摆动连接件(601)与中间转轴(505)插接连接。
9.根据权利要求8所述的浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，其特征在于，
所述侧面钉传动组件还包括有：
摆动套件(508)，摆动套件(508)均匀排布转动连接外侧支撑杆(5011)的外侧；
侧面稳固钉(507)，侧面稳固钉(507)铰链连接在摆动臂(506)的外侧，侧面稳固钉(507)与摆动套件(508)滑动连接，摆动臂(506)、摆动套件(508)、侧面稳固钉(507)与支撑笼主体(501)之间共同构成曲柄滑块传动机构。
10.根据权利要求7所述的浅埋隧道大断面至小断面突变段中岩柱加固装置，其特征在于，
所述中间转轴(505)的顶部设置有一件上连接部(5052)，上连接部(5052)为凹槽结构，中间转轴(505)的底部设置有一件下连接部(5051)，下连接部(5051)为凸起结构，上下两件中间转轴(505)之间通过上连接部(5052)、下连接部(5051)插接连接。
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