CN218894661U - 一种用于软土隧道预加固的装配式管棚 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，包括若干钢拱架，所述钢拱架的外侧铺设有管板加固结构，所述管板加固结构包括依次相接的套管与连接板，所述套管内侧套接有钢管，所述套管两侧分别设置有连接口，所述连接板插入至所述连接口内部并与所述套管转动连接，所述连接口与连接板之间填充有弹性支撑材料。本实用新型组装操作简单，支护效果好，能够承载大荷载，通过弹性支撑材料提供柔性支撑，使得管棚可以通过转动一定的角度去适应工程结构，还可以防止连接板发生不必要的位移，变形控制能力强，可广泛适用于不同的拱顶弧度的软土隧道。

Description

一种用于软土隧道预加固的装配式管棚

技术领域

本实用新型涉及软土隧道预加固技术领域，具体涉及一种用于软土隧道预加固的装配式管棚。

背景技术

管棚技术作为隧道工程中一项重要的隧道洞口加固措施，广泛使用于各类软弱、砂砾地层和软岩、盐堆、破碎带地段，可为在特殊条件下安全开挖，预先提供一种增强地层承载力的临时支护，以免隧道发生坍塌破坏，造成施工安全事故。

目前，大部分地区采用的是较为传统的管棚超前预支护体系，其主要由带注浆孔钢管和拱架组成，利用注浆材料渗透到岩体裂隙，从而在隧道周围形成强度比较大的承载环，在沙砾地层和软岩、岩堆等地层可以获得较好的固结效果；而在软土地层采用传统管棚注浆的方法固结软土，注浆在软土地层中大多数只能形成树根状固结带，达不到整体的固结效果。因此在软土隧道开挖过程中容易发生塌方，地层位移，地表沉降、堆土加载等自然危害，其中软土隧道正上方的堆土加载会引起隧道下沉，即使停止加载，隧道也会持续下沉，短时间内难以稳定，这不仅危及到了施工人员和工程结构本身的安全，也会危及到周围结构物的安全，无疑是增加工程成本，拖延施工进度。

在现有管棚搭设装置的基础上，虽有人提出过针对软土隧道施工预加固技术的改进构思，但该管棚构思是通过单层的U型钢板与钢管通过锁扣装置相连接，而用于连接用的锁扣装置采用焊接的方式分别焊接在U型钢板和钢管上，焊接前需要预先准确定位，在实际进行焊接操作时并不好控制。通过该构思所搭建出来的管棚的刚度和强度问题值得考究，调节结构的调节适用范围不大，且在荷载较大的情况下，调节结构焊接位置容易脱落。目前，还未见有比较可靠实用的装置来实现软土隧道的安全高效开挖。

实用新型内容

本实用新型基于上述现有技术中存在的不足，针对软土隧道在施工过程中进行预加固困难，通常采用的隧道管棚预加固技术运用在软土地层中会出现刚性支撑较弱，管棚结构整体的稳定性难以得到保证等问题，目的是提供一种组装操作简单，支护效果好，能够承载大荷载，变形控制能力强，适用范围广的软土隧道预加固装配式管棚。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，包括若干钢拱架，所述钢拱架的外侧铺设有管板加固结构，所述管板加固结构包括依次相接的套管与连接板，所述套管内侧套接有钢管，所述套管两侧分别设置有连接口，所述连接板插入至所述连接口内部并与所述套管转动连接，所述连接口与连接板之间填充有弹性支撑材料。

本实用新型主要包括钢管、套管、钢拱架和连接板，钢拱架是管棚的基础支撑结构，通过在钢管的外面套接套管，再由套管的连接口与连接板相接，从而实现钢管的依次有序连接，套管与连接板相接处可转动调节角度，便于适应不同拱顶弧度的隧道。钢管、套管和连接板均为工厂预制标准件，每分段长度为5~8m，段与段之间采用对焊连接，由套管和连接板环环相扣依次相接铺设在若干钢拱架上形成管棚。钢管主要用来支撑软土因坍塌所导致的堆土加载，具体数量根据隧道拱顶弧度与所述钢管的直径进行设置；套管套设在钢管外侧，不仅充当了连接装置，也很好的提升了钢管的刚度与强度，使得整个管棚结构可以支撑由软土所施加的更大的荷载；连接板由两块U型钢板通过焊接形成整体，主要用于连接两侧的套管；钢拱架采用I20B的工字钢或者槽钢，位于所铺设钢管的下方，用于支撑钢管、套管、连接板及其上部软土所施加的荷载。

优选地，所述套管包括管道部分和向径向两侧对称延伸的连接端，所述连接口设置于所述连接端的侧端部。

优选地，所述连接口内设置有一圆柱状转轴。

套管的管道部分用于套接钢管，连接端的连接口呈向内凹陷的槽口，在槽口内侧中心凹陷处设置有一个圆柱状的转轴，该圆柱状的转轴与槽口连接成一体。

优选地，所述连接板包括中空腔体和向腔体两侧对称延伸的连接部。

优选地，所述连接部的端部为可与所述圆柱状转轴配套转动的弧状转动槽。

连接板是由两块U型钢板通过焊接形成的整体，中间为中空的腔体，两侧是用于与套管连接口相接的连接部，连接部的侧端弧状转动槽呈向内凹陷的圆弧状槽口，该连接部的弧状转动槽与套管两侧连接口中的圆柱状转轴相接后，弧状转动槽以圆柱状转轴为轴心转动，从而可进行角度的调节。

优选地，所述连接板在所述连接口处的转动角度小于等于60°。

在实际操作中，连接板在连接口处的转动角度根据实际需求进行调节设置，为保持管棚结构整体的稳定性，连接板在连接口处的转动角度不超过60°。

优选地，所述弹性支撑材料采用橡胶类柔性材料。

优选地，所述弹性支撑材料与所述连接口通过粘连固定。

通过在连接口与连接板之间填充弹性支撑材料，不仅可以防止连接板发生不必要的位移，也为连接板提供了一定的转动空间，弹性支撑材料一般采用橡胶等柔性材料，可以发生挤压变形，弹性支撑材料主要通过粘钢胶粘贴在连接口内侧的上下方，为保证粘贴牢固，不影响后续连接效果，粘贴面不得有气泡。

优选地，所述套管与钢管之间通过膨胀螺栓固定连接，所述膨胀螺栓均匀分布于所述套管的轴向方向。

套管套设在钢管的外侧，钢管与套管之间通过膨胀螺栓进行紧密连接，膨胀螺栓间隔分布在钢管与套管的轴向连接处，其中膨胀螺栓采用高分子材料，避免发生锈蚀等破坏。

优选地，所述钢管内填充有微膨胀水泥砂浆。

钢内管通过填充微膨胀水泥砂浆，可起到提升钢管刚度以及强度的作用；当钢管直径大于120mm时，钢管可以内置钢筋笼后再进行微膨胀水泥砂浆的填充，以增加钢管的刚度。微膨胀水泥砂浆采用M7.5等高强度等级的水泥砂浆或环氧砂浆。

本实用新型具有以下有益效果：

（1）刚性支撑结构环环相扣，可以更好的保障施工安全，能够克服围岩注浆结果不良而引起的坍塌、结构因荷载过大导致的变形破坏等问题；

（2）预制装配式管棚结构，工厂预制，组成部件为一体式结构，当受到大荷载时连接结构不易脱落，现场组装，操作简单，性能可靠；

（3）利用弹性支撑材料提供柔性支撑，使得管棚可以通过转动一定的角度去适应工程结构，不仅可以防止连接板发生不必要的位移，也为连接板提供一定的转动空间，从而达到支撑软土所施加荷载的效果，广泛适用于不同拱顶弧度的隧道；

（4）当钢管直径较大时可先内置钢筋笼于钢管内，然后向钢管内填充微膨胀水泥砂浆，从而提高管棚刚度，管棚刚度越大，管棚的骨架作用越强，软弱土层沉降越小，可以大大减少为了限制位移而增设其他加固措施的成本，经济效益明显。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例中的一部分，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的套管与连接板配合时的平面结构示意图。

图2是本实用新型的套管与连接板配合时的结构示意图。

图3是本实用新型的整体的平面结构示意图。

图4是本实用新型的整体的结构示意图。

图5是本实用新型的爆炸结构示意图。

其中：1钢管；2套管；2-1管道部分；2-2连接端；2-3连接口；2-4圆柱状转轴；3连接板；3-1中空腔体；3-2连接部；3-3弧状转动槽；4弹性支撑材料；5膨胀螺栓；6微膨胀水泥砂浆；7钢拱架。

具体实施方式

下面结合说明书附图以及具体实施例对本实用新型做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。此外，下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

如图1~5所示，本实用新型主要包括钢管1、套管2、钢拱架7和连接板3，其中钢拱架7是管棚的基础支撑结构。套管2可分为两部分，包括管道部分2-1和向径向两侧对称延伸的连接端2-2，套管2的管道部分2-1用于套接钢管1，钢管1与套管2之间通过膨胀螺栓5进行紧密连接，膨胀螺栓5沿套管2的轴向方向间隔分布在钢管1与套管2的连接处；在套管2的连接端2-2的侧端部设置有连接口2-3，连接口2-3呈向内凹陷的槽口，在槽口内侧中心凹陷处设置有一个圆柱状转轴2-4，该圆柱状转轴2-4与槽口连接成一体。

连接板3是由两块U型钢板通过组合焊接而成，其中间位置为中空腔体3-1，中空腔体3-1两侧是用于与套管2连接口2-3相接的连接部3-2，连接部3-2的侧端部的弧状转动槽3-3呈向内凹陷的圆弧状槽口，当该连接部3-2的弧状转动槽3-3与套管2两侧连接口2-3中的圆柱状转轴2-4相接后，弧状转动槽3-3以圆柱状转轴2-4为轴心转动，从而可进行角度的调节。在实际操作中，连接板3在连接口2-3处的转动角度根据实际需求进行调节设置，为保持管棚结构整体的稳定性，连接板3在连接口2-3处的转动角度不超过60°；在连接口2-3与连接板3之间填充有弹性支撑材料4，可以防止连接板3发生不必要的位移，也为连接板3提供了一定的转动空间，弹性支撑材料4一般采用橡胶等柔性材料，可以发生挤压变形，弹性支撑材料4主要通过粘钢胶粘贴在连接口2-3内侧的上下方，为保证粘贴牢固，不影响后续连接效果，粘贴面不得有气泡。

通过在钢管1的外面套接套管2，再由套管2的连接口2-3与连接板3相接，由依次相接的套管2与连接板3构成铺设在钢拱架7上的管板加固结构，套管2与连接板3相接处可根据不同隧道弧度的不同进行调节转动，以便于适应不同拱顶弧度的隧道。钢管1、套管2和连接板3均为工厂预制标准件，其中钢管1每分段长度为5~8m，直径为88~178mm，壁厚为8~10mm，在铺设组装过程中，段与段之间采用对焊连接，即沿隧道进深方向铺设的各段部件之间均采用对焊连接，且各部分焊接处的接头交错分布。根据实际施工隧道的长度、拱顶弧度和施工情况，选取合适规格的预制标准件和铺设段数。钢管1主要用来支撑软土因坍塌所导致的堆土加载，具体数量根据隧道拱顶弧度与所述钢管1的直径进行设置；套管2套设在钢管1外侧，不仅充当了连接装置，也很好地提升了钢管1的刚度与强度，使得整个管棚结构可以支撑由软土所施加的更大的荷载；钢拱架7采用I20B的工字钢或者槽钢，位于钢管1的下方，用于支撑钢管1、套管2、连接板3及其上部软土所施加的荷载。在钢管1内填充微膨胀水泥砂浆6，可起到提升钢管1刚度及强度的作用；当钢管1直径大于120mm时，钢管1可以内置钢筋笼后再进行微膨胀水泥砂浆6的填充，以增加钢管1的刚度。微膨胀水泥砂浆6采用M7.5等高强度等级的水泥砂浆或环氧砂浆。

组装时套管2排布的间距应采用密排原则，间距比例取1.5D~2D(D为钢管1的直径)，避免因间距过大，降低管棚的刚度。根据隧道实际的拱顶弧度和长度情况，在隧道施工洞口设置若干的钢拱架7形成套拱结构，同时，选用适宜数目的套管2和连接板3依次相互转动连接铺设在钢拱架7上形成相应弧度的管板加固结构。沿隧道进深方向铺设的各段部件之间采用焊接连接，各段部件与钢拱架7相接处进行焊接加固，从而形成如图4所示的由管板加固结构和套拱组合而成的管棚。

作为一种实施方式，本实施例由如图4所示结构形式进行现场拼装。

在本实施例中，钢管1采用直径106mm，管壁厚度9mm，每分段长度为5m、7m两种尺寸，总长度36m，两段之间用“V”型对焊，接头错开；连接板3的中间腔体3-1壁厚6mm，连接部3-2厚度10mm，如图5加工成特定形状，两段之间用“V”型对焊，接头错开；套管2的管道部分2-1壁厚6mm，直径112mm，连接端2-2厚度16mm，如图5加工成特定形状，两段之间用“V”型对焊，接头错开；钢管1间距取160mm，钢管1内填充的微膨胀水泥砂浆6采用M7.5等高强度等级的水泥砂浆或环氧砂浆，钢拱架7采用I20B的工字钢。

作为另一种实施方式，本实施例由如图4所示结构形式进行现场拼装。

在本实施例中，钢管1采用直径158mm，管壁厚度9mm，每分段长度为5m、7m两种尺寸，总长度60m，两段之间用“V”型对焊，接头错开；连接板3的中间腔体3-1壁厚6mm，连接部3-2厚度10mm，如图5加工成特定形状，两段之间用“V”型对焊，接头错开；套管2的管道部分2-1壁厚6mm，直径164mm，连接端2-2厚度16mm，如图5加工成特定形状，两段之间用“V”型对焊，接头错开；钢管1内置钢筋笼选用主筋、八字筋、箍筋焊接而成截面为9×9cm的格栅钢架，钢管1内填充的微膨胀水泥砂浆6采用M7.5等高强度等级的水泥砂浆或环氧砂浆；钢管1间距取238mm，钢拱架7采用I20B的工字钢。

实施例具体的操作过程如下：

在软土隧道开挖之前，先根据隧道拱顶弧度，在软土隧道施工洞口处沿隧道的进深方向依次平行等间距设置若干钢拱架7形成套拱结构，钢拱架7作为管棚的支撑载体。

在设置套拱结构的同时，将钢管1放置在套管2中，并在套管2和钢管1上的相应孔位处用膨胀螺栓5固定连接，从而将套管2与钢管1连接形成整体，并在套管2连接口2-3内侧的上下方位置通过粘钢胶粘贴上准备好的橡胶条4；随后在隧道开挖轮廓线以外的软弱土层表面测放出孔位，将钢管1连同套管2对准孔位沿隧道进深方向以0.5°~2°的外倾角度间隔打入土层中。可以从钢拱架7的两侧往中间拱顶方向依次平行地等间隔打入钢管1连同套管2，钢管1连同套管2分段打入，两段之间采用“V”型对焊，且套管2与下方钢拱架7接触位置焊接固定；打完钢管1连同套管2后，再将连接板3按预留的间隔位置打入土层中，并与两侧的钢管1通过套管2上的连接口2-3进行装配式连接，确保连接板3上的弧状转动槽3-3和套管2连接口2-3中的圆柱状转轴2-4完全贴合，以使得连接板3与套管2之间稳定连接的同时能够进行适当角度的调节，两段连接板3之间采用“V”型对焊，且连接板3与下方钢拱架7接触位置采用焊接固定；各部分焊接处的接头交错分布。

上述管棚结构组装完毕后，往钢管1内灌水冲刷掉钢管1内的软土，并对其进行微膨胀水泥砂浆6的填充，当钢管1直径较大时，可以先内置钢筋笼于钢管1，再进行微膨胀水泥砂浆6的填充，从而增加钢管1的刚度与强度，最终形成由钢管1、套管2、连接板3和钢拱架7等组合成的管棚，管棚施工完毕后，及时施作一次衬砌，为软土隧道的开挖提供安全保障，充当一把保护伞的功能，保证人员和设备的安全。

Claims (10)

1.一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，包括若干钢拱架（7），所述钢拱架（7）的外侧铺设有管板加固结构，所述管板加固结构包括依次相接的套管（2）与连接板（3），所述套管（2）内侧套接有钢管（1），所述套管（2）两侧分别设置有连接口（2-3），所述连接板（3）插入至所述连接口（2-3）内部并与所述套管（2）转动连接，所述连接口（2-3）与所述连接板（3）之间填充有弹性支撑材料（4）。

2.如权利要求1所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述套管（2）包括管道部分（2-1）和向径向两侧对称延伸的连接端（2-2），所述连接口（2-3）设置于所述连接端（2-2）的侧端部。

3.如权利要求1或2所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述连接口（2-3）内设置有一圆柱状转轴（2-4）。

4.如权利要求3所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述连接板（3）包括中空腔体（3-1）和向腔体两侧对称延伸的连接部（3-2）。

5.如权利要求4所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述连接部（3-2）的端部为可与所述圆柱状转轴（2-4）配套转动的弧状转动槽（3-3）。

6.如权利要求1所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述连接板（3）在所述连接口（2-3）处的转动角度小于等于60°。

7.如权利要求1所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述弹性支撑材料（4）采用橡胶类柔性材料。

8.如权利要求1所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述弹性支撑材料（4）与所述连接口（2-3）通过粘连固定。

9.如权利要求1所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述套管（2）与钢管（1）之间通过膨胀螺栓（5）固定连接，所述膨胀螺栓（5）均匀分布于所述套管（2）的轴向方向。

10.如权利要求1所述的一种用于软土隧道预加固的装配式管棚，其特征在于，所述钢管（1）内填充有微膨胀水泥砂浆（6）。

Images