CN209586373U - 上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，包括注浆加固层、超前管棚支护层、格栅拱架支护层和喷锚加固层；注浆加固层位于顶管施工进出洞口内壁周向的岩土体内；超前管棚支护层位于注浆加固层内；格栅拱架支护层位于超前管棚支护层的内侧，格栅拱架支护层包括格栅拱架，格栅拱架沿顶管施工进出洞口岩土体的内壁周向分布；喷锚加固层位于格栅拱架的外表面以及格栅拱架与顶管施工进出洞口的内壁之间，喷锚加固层覆盖格栅拱架且将格栅拱架和顶管施工进出洞口之间的间隙填充密实。本实用新型提供的四层支护结构对复合断面地层顶管施工进出洞口支护可靠，成本较低，对复杂断面地质条件下顶管施工的支护具有重要的意义。

Description

上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统

技术领域

本实用新型属于建筑施工技术领域，具体涉及一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统。

背景技术

顶管施工是一种不开挖或者少开挖的管道设施施工技术。顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。随着城市化进程的进一步加快，我国的地下管线的需求量也在逐年增加。加之人们对环境保护意识的增强，顶管技术在我国地下管线的施工中起到越来越重要的作用。

在不均匀地质岩土复合断面顶管施工过程中，经常会遇到掘进面岩石强度较高，拱顶上部为软弱土层的复杂地质情况，在这种地质条件下由于岩石强度过高采用机械顶管无法进行施工，只能采用人工掘进配合顶管的方式施工，但在人工掘进配合顶管的掌子面掘进过程中由于拱顶上部为软弱土层加之人工顶管施工进度较慢，由于顶管施工进出洞口位置开挖量比较大，对周围岩土体的扰动比较大，在顶管施工进出洞口处容易发生拱顶上部土层松弛、坍塌，从而造成安全事故，安全风险高，给顶管工程施工人员的人身安全构成了严重威胁；坍塌还容易造成地表沉降，严重影响施工质量；并且随着坍塌的发生，土石方工程量增加，工程施工成本进一步增加，大大延长了施工周期。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统以至少解决目前上土下岩复合断面地层的顶管施工进出洞口的顶部土层松弛易坍塌造成的安全风险高、地表沉降、施工质量差、施工周期延长等问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，包括：

注浆加固层，所述注浆加固层位于顶管施工进出洞口内壁周向的岩土体内；

超前管棚支护层，所述超前管棚支护层包括导管，所述导管沿所述顶管施工进出洞口土层的内壁周向等间距分布，所述导管的长度方向与所述顶管施工进出洞口的进深方向一致；

格栅拱架支护层，所述格栅拱架支护层位于所述超前管棚支护层的内侧，所述格栅拱架支护层包括格栅拱架，所述格栅拱架沿所述顶管施工进出洞口岩土体的内壁周向分布；

喷锚加固层，所述喷锚加固层位于所述格栅拱架的外表面以及所述格栅拱架与所述顶管施工进出洞口的内壁之间，所述喷锚加固层覆盖所述格栅拱架且将所述格栅拱架和所述顶管施工进出洞口之间的间隙填充密实。

如上所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，优选，所述注浆加固层包括注浆锚杆，多个所述注浆锚杆在沿所述顶管施工进出洞口内壁周向的岩土体内均匀分布。

如上所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，优选，所述导管的前端呈锥形。

如上所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，优选，所述格栅拱架为可拆卸结构，所述格栅拱架由多个格栅拱架组件组成，多个格栅拱架组件首尾连接形成格栅拱架。

如上所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，优选，所述格栅拱架组件的两端设置有连接钢板，相邻两个所述格栅拱架组件之间通过所述连接钢板连接。

如上所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，优选，所述格栅拱架组件的截面为矩形，所述格栅拱架组件由主筋和连接筋组成，多个所述主筋形成一个立方体结构，所述连接筋将多个所述主筋连接。

如上所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，优选，所述格栅拱架设置有多个，多个所述格栅拱架沿所述顶管施工进出洞口的进深方向间距分布。

如上所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，优选，沿所述顶管施工进出洞口的进深方向，相邻两组所述格栅拱架之间的间隔不大于0.5m。

如上所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，优选，所述喷锚加固层的厚度不小于40mm。

如上所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，优选，所述注浆锚杆为带排气装置的中空注浆锚杆。

与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有如下优异效果：

本实用新型提供的上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，在顶管施工进出洞口施工时，在进出洞口外轮廓的土层打入小导管形成管棚支护、然后进行洞口掘进，在掘进的过程中及时对掘进后的洞口内壁进行锚杆施工并安装格栅拱架，然后对外露面进行喷锚处理确保稳固。确保施工过程中的安全。本实用新型提供的支护系统对施工进出洞口拱顶软弱土层支护，有足够的可靠性，支护能力强大，能够增加施工安全度，有效保证岩土稳定性，减少地表沉降，防止拱顶土体坍塌。而且具有很高的经济效益，施工安全，成本较低，成功解决了各种复合断面地质条件下顶管施工进出洞口的支护技术难题，对复杂断面地质条件下顶管施工的支护具有重要的意义。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

其中：

图1为本实用新型实施例的小导管示意图；

图2为本实用新型实施例的格栅拱架连接示意图；

图3为本实用新型实施例的进出洞口支护示意图。

图中：1、注浆加固层；11、注浆锚杆；2、导管；3，格栅拱架；31、格栅拱架组件；4、土层。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，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的具体含义。

根据本实用新型的具体实施例，如图1至图3所示，本实用新型提供一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，所述支护系统包括：

注浆加固层1，注浆加固层1位于顶管施工进出洞口内壁周向的岩土体内；注浆加固层1包括注浆锚杆11，多个注浆锚杆11在沿顶管施工进出洞口内壁周向的岩土体内均匀分布；注浆锚杆11垂直于接触面的顶管施工进出洞口的内壁打入岩土体内并进行注浆，从而形成注浆加固层1。安装完毕后注浆锚杆11尾部伸出顶管施工进出洞口内壁一定的长度。在了保证注浆质量，本实用新型的实施例中，注浆锚杆11为带排气装置的中空注浆锚杆11。在使用时可以避免浆液混杂气体进入岩土体内影响浆液扩散。

超前管棚支护层，超前管棚支护层包括导管2，导管2沿顶管施工进出洞口土层4的内壁周向等间距分布，导管2的长度方向与顶管施工进出洞口的进深方向一致；导管2采用Φ42*4mm规格的无缝钢管，因此，导管2也称为小导管，导管2的长度为3m。为了便于导管2打入土层4中，在本实用新型的实施例中，导管2的前端设置为锥形，在使用中，锥形结构阻力较小，方便导管2施工。

格栅拱架支护层，格栅拱架支护层位于超前管棚支护层的内侧，格栅拱架支护层包括格栅拱架3，格栅拱架3沿顶管施工进出洞口岩土体的内壁周向分布；格栅拱架3为可拆卸结构，格栅拱架3由多个格栅拱架组件31组成，多个格栅拱架组件31首尾连接形成格栅拱架3。格栅拱架组件31的断面尺寸为150mm*150mm。格栅拱架组件31的两端设置有连接钢板，相邻两个格栅拱架组件之间通过连接钢板连接。格栅拱架组件31的截面为矩形，格栅拱架组件31由主筋和连接筋组成，多个主筋形成一个立方体结构，连接筋将多个主筋连接。格栅拱架组件31的主筋为Φ22mm的螺纹钢。格栅拱架3设置有多个，多个格栅拱架3沿顶管施工进出洞口的进深方向间距分布。相邻两组格栅拱架3之间的间隔不大于0.5m。

喷锚加固层，喷锚加固层位于格栅拱架3的外表面以及格栅拱架3与顶管施工进出洞口的内壁之间，喷锚加固层覆盖格栅拱架3且将格栅拱架3和顶管施工进出洞口之间的间隙填充密实。喷锚加固层的厚度不小于40mm。

下面对本实用新型实施例提供的支护系统的形成方法进行说明：

S11，超前管棚施工，沿顶管施工洞口的进深方向，将导管2以3-5°的外插角打入待施工的土层4中，导管2的环向间距为15cm，导管2的打入深度为3m；形成管棚超前支护层。在施打过程中严禁导管2向下倾斜。

S12，洞口掘进，对步骤S11中形成超前支护的区域进行洞口掘进；每次掘进深度不得超过1.5m，以确保导管2入土中的深度时刻大于1.5m，确保满足支护安全。在洞口掘进的过程中，采用人工劈裂、静态爆破后人工劈裂、爆破等几种施工方法进行岩土破除和外运。

S13，锚杆施工，对步骤S12中掘进的洞口内壁进行锚杆施工。该步骤具体包括如下步骤：

S131，钻孔，对步骤S12中掘进的洞口内壁进行钻孔。钻孔时根据锚杆类型规格及围岩等情况选择相应的钻孔机及其配套部件，先根据设计要求和在围岩上标记出孔位，然后再进行钻孔。孔位允许偏差为±150mm，钻孔应与围岩壁面或其所在部位岩层的主要结构面垂直。在本实用新型的实施例中，采用YT-28凿岩机进行钻孔施工。进一步的，锚杆施工之前首先在洞口内壁初喷混凝土，待混凝土凝固后再进行钻孔。

S132，安装注浆锚杆11，对步骤S131中钻孔部位安装注浆锚杆11。安装前应先检查注浆锚杆11的孔位、孔径、孔深及布置形式是否符合设计要求。钻至设计深度后，清孔、安装注浆锚杆11，确认杆体通畅，注浆锚杆11外露不应大于喷层厚度。锚杆的插入长度不小于设计长度的95％，锚杆安装后不得随意敲动。

S133，注浆，通过步骤S132中安装的注浆锚杆11进行注浆。首先将注浆塞通过锚杆打入钻孔的孔口深度30cm左右；其次，连接锚杆、注浆管和注浆泵；然后，进行注浆，直至压力到达浆液从钻孔周围溢出；最后，注浆完成，卸下注浆管和锚杆接头，转入下一孔注浆。优选地，注浆浆液的水灰比为0.5：1。

S14，格栅拱架3施工，在步骤S13中锚杆施工区域的洞口内壁安装格栅拱架3，以实现对洞口内壁周围岩土体的支护。进一步地，沿顶管施工进出洞口深度方向每掘进0.5m后及时安装格栅拱架3。格栅拱架3沿着沿顶管施工进出洞口内壁的周向安装。格栅拱架组件31事先预制加工，运至顶管施工现场进行拼装，相邻的格栅拱架3之间用Φ22纵向连接钢筋焊接牢固。为确保格栅拱架3的整体受力和稳定，并防止格栅拱架3下沉，在施工时，除使用纵向连接钢筋将各格栅拱架3连成一体外，同时将格栅拱架3焊在注浆锚杆11上，安装格栅拱架3时，要使其与初喷的混凝土凝固面密贴，形成承载结构。格栅拱架3连接接头要连接牢固，拱脚部位易发生塑性剪切破坏，故该部位接头除采用栓接外，还应四周帮焊，确保接头的刚度和强度；控制格栅拱架3受力情况的薄弱环节在于节点联结螺栓，注浆锚杆11及纵向连结筋，因此，所有螺栓要上齐，旋紧、拧好，必须安设垫片后再拧紧螺栓，按设计焊连注浆锚杆11和纵向连接筋，确保安装质量。在施工过程中随时检查格栅拱架3，如发现扭曲，压屈现象或征兆时，必须及时采取加固措施。必要时应使其他人员撤到安全地带，防止因坍塌造成伤亡事故。

S15，喷锚施工；对步骤S14中安装格栅拱架3的洞口内壁表面喷设混凝土；形成喷锚加固层。格栅拱架3应与喷射混凝土形成一体，格栅拱架3与围岩间的间隙必须用喷射混凝土充填密实；格栅拱架3应全部被喷射混凝土覆盖，喷射混凝土保护层的厚度不小于40mm。在本实施例中，喷射混凝土采用湿喷工艺，将骨料预加少量水，使之呈潮湿状，再加水泥拌和，从而降低上料、拌和和喷射时的粉尘。喷射混凝土标号为C25。配合比通过试验选定。混凝土原材料必须经试验室取样试验，确保质量合格。喷射前，将待喷射区域表面的粉尘和杂物清扫干净。喷射用的混凝土在洞外搅拌，人工推运输车运到洞内，使用潮喷机进行喷砼作业。喷砼表面要求整体平整，符合设计轮廓线。喷砼一般应由下至上喷射，喷枪离待喷射面距离控制在0.3～0.6m左右，喷枪应大致垂直待喷射面，以尽可能减少回弹。喷射时，喷嘴做缓慢的螺旋形运动，使喷射用混凝土束运动轨迹呈环形螺旋式移动，旋转直径约20～30cm，自喷射面的下部开始，水平旋转喷射，喷射用混凝土要一圈压半圈，喷至段尾时上移返回，同时要求一排压排，如此往复喷射。喷射时如有个别受喷面凹洼不平应先喷该处，大致找平。喷射混凝土后应及时洒水养护，以增强混凝土的强度。在本步骤的喷射混凝土过程中，选用P.O42.5号普通硅酸盐水泥，细度模数大于2.5的硬质洁净砂，粒径5～12mm的级配碎石(或卵石)，经化验合格的拌合用水。喷射混凝土严格按设计配合比拌和，配合比及搅拌的均匀性每班检查不少于两次。喷射混凝土表面密实、平整，无裂缝、脱落、漏喷、露筋、空鼓和渗漏水，锚杆无外露。喷射厚度控制：以锚杆外露部分作为标记进行检查或喷射时插入长度比设计值厚度长5cm的铁丝、纵横向1m设一根作施工控制

综上所述，本实用新型提供的上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，在顶管施工进出洞口施工时，在进出洞口外轮廓的土层打入导管形成管棚支护、然后进行洞口掘进，在掘进的过程中及时对掘进后的洞口内壁进行锚杆施工并安装格栅拱架，然后对外露面进行喷锚处理确保稳固。确保施工过程中的安全。本实用新型提供的支护系统对施工进出洞口拱顶软弱土层支护，有足够的可靠性，支护能力强大，能够增加施工安全度，有效保证岩土稳定性，减少地表沉降，防止拱顶土体坍塌。而且具有很高的经济效益，施工安全，成本较低，成功解决了各种复合断面地质条件下顶管施工进出洞口的支护技术难题，对复杂断面地质条件下顶管施工的支护具有重要的意义。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，其特征在于，所述支护系统包括：

注浆加固层，所述注浆加固层位于顶管施工进出洞口内壁周向的岩土体内；

超前管棚支护层，所述超前管棚支护层包括导管，所述导管沿所述顶管施工进出洞口土层的内壁周向等间距分布，所述导管的长度方向与所述顶管施工进出洞口的进深方向一致；

格栅拱架支护层，所述格栅拱架支护层位于所述超前管棚支护层的内侧，所述格栅拱架支护层包括格栅拱架，所述格栅拱架沿所述顶管施工进出洞口岩土体的内壁周向分布；

喷锚加固层，所述喷锚加固层位于所述格栅拱架的外表面以及所述格栅拱架与所述顶管施工进出洞口的内壁之间，所述喷锚加固层覆盖所述格栅拱架且将所述格栅拱架和所述顶管施工进出洞口之间的间隙填充密实。

2.如权利要求1所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，其特征在于，所述注浆加固层包括注浆锚杆，多个所述注浆锚杆在沿所述顶管施工进出洞口内壁周向的岩土体内均匀分布。

3.如权利要求1所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，其特征在于，所述导管的前端呈锥形。

4.如权利要求1所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，其特征在于，所述格栅拱架为可拆卸结构，所述格栅拱架由多个格栅拱架组件组成，多个格栅拱架组件首尾连接形成格栅拱架。

5.如权利要求4所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，其特征在于，所述格栅拱架组件的两端设置有连接钢板，相邻两个所述格栅拱架组件之间通过所述连接钢板连接。

6.如权利要求4所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，其特征在于，所述格栅拱架组件的截面为矩形，所述格栅拱架组件由主筋和连接筋组成，多个所述主筋形成一个立方体结构，所述连接筋将多个所述主筋连接。

7.如权利要求1所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，其特征在于，所述格栅拱架设置有多个，多个所述格栅拱架沿所述顶管施工进出洞口的进深方向间距分布。

8.如权利要求7所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，其特征在于，沿所述顶管施工进出洞口的进深方向，相邻两组所述格栅拱架之间的间隔不大于0.5m。

9.如权利要求1所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，其特征在于，所述喷锚加固层的厚度不小于40mm。

10.如权利要求2所述的一种上土下岩复合断面地层顶管施工进出洞口的支护系统，其特征在于，所述注浆锚杆为带排气装置的中空注浆锚杆。