一種用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構及施工方法
2023-05-27 07:31:16 2
專利名稱：一種用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構及施工方法
技術領域：
本發明涉及一種管棚結構及其施工方法，特別涉及一種用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構及施工方法。
背景技術：
常規的管棚工法是在隧道開挖之前沿開挖斷面輪廓以一定間隔鑽孔，插入鋼管，再從插入的鋼管內注漿，來增加鋼管外圍巖的抗剪切強度，從而維護和増大了軟弱圍巖的自承能力，維持圍巖穩定，防止隧道開挖引起的坍塌。目前管棚也被推廣應用於城市地下エ程的暗挖施工中，在薄覆蓋的軟弱鬆散土層和不良地質地層施工時，通過設置大直徑管棚超前支護，可以達到最大程度的控制地層沉降的目的。在城市淺埋暗挖工程中，為嚴格控制變形，所採用的管棚直徑有不斷増大的趨勢，以增加管棚的剛度。本發明提出，在淺埋暗挖大型地下結構施工中，採用大直徑的管棚形成棚架，承受上覆地層自重和路面車輛超載，並通過斷面設計、合理配筋及材料選擇使其具有足夠的抗彎剛度，滿足變形控制要求。在該種 管棚棚架的保護下進行較大規模的土方開挖，滿足大型地下結構快速、安全施工的要求。
發明內容
基於上述問題，本發明提出了一種用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構及施エ方法，其目的在於提供ー種直徑大、強度高、剛度大、用於地下工程超前支護的管棚結構。本發明採用的技術方案如下一種用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構，其特徵在於所述管棚結構是由經分段鋼管焊接形成的通長鋼管、混凝土以及經分段鋼筋籠焊接或連接形成的帶支架的通長鋼筋籠組合而成，所述的通長鋼筋籠置於通長鋼管內，支架焊接於通長鋼筋籠底部，井置於通長鋼筋籠與通長鋼管內壁之間，使通長鋼筋籠置於通長鋼管中部，在放入了通長鋼筋籠的通長鋼管內注入有混凝土，所述通長鋼管、通長鋼筋籠與混凝土通過組合粘結形成整體。所述的ー種用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構，所述通長鋼管每一分段長度為3nT6m,直徑為300mnTl500mm,壁厚為6mnT22mm,通長鋼管分段置入鑽孔內，各分段鋼管之間採用焊接連接。所述的ー種用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構，所述通長鋼筋籠分段置入所述通長鋼管內，各分段鋼筋籠之間採用焊接或者接駁器連接，在通長鋼筋籠下部焊有若干支架，通長鋼筋籠的縱向鋼筋的接頭錯開布置。所述的ー種用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構，通長鋼管的接頭與通長鋼筋籠的接頭錯開布置，二者的接頭不在同一截面內。其中，所述管棚結構通長鋼管內分段置入鋼筋籠，鋼筋籠是由縱向鋼筋、螺旋箍筋綁紮製成，鋼筋籠分段長度3nT6m，總長度與所述管棚鋼管的長度相同；縱筋宜採用HRB400級和HRB335級鋼筋，也可採用HPB235級和RRB400級鋼筋，直徑為16mnT32mm。
其中，在放入了鋼筋籠的管棚鋼管內灌注混凝土，為便於混凝土灌注，可採用細石混凝土，一般是指粗骨料最大粒徑不大於15_的混凝土，由水泥、水、砂和小於15_的粗骨料組成，混凝土強度等級不低於C20。上述的一種用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構的施工方法為第一歩在擬建地下工程兩側構築圍護結構，在圍護結構ー側開挖長條形基坑，作為管棚工作室，在管棚工作室內安裝水平定向鑽機；第二步沿管棚結構的設計位置定向鑽迸，同時通過頂進使構成通長鋼管的第一段短鋼管跟進孔內；第三步退鑽並接長鑽杆，同時安放並通過焊接連接下一段構成通長鋼管的中間標準段鋼管；繼續鑽進，同時通過頂進使接長的中間標準段鋼管跟進鑽孔內；
第四步重複第三步，直至安裝完設計數量的中間標準段鋼管；安放並通過焊接連接構成通長鋼管的最後一段尾部短鋼管；繼續鑽迸，同時通過頂進使接長的尾部短鋼管跟進鑽孔內，滿足管棚結構的設計長度；第五步把構成通長鋼筋籠的第一段短鋼筋籠送入通長鋼管內，留出一定長度以便與下一段中間標準段鋼筋籠連接；第六步安放下一段構成通長鋼筋籠的中間標準段鋼筋籠並與上一段連接好後向通長鋼管內推進，此段中間標準段鋼筋籠留一定長度以便與下一段中間標準段鋼筋籠連接；第七步重複第六步，直至安裝完設計數量的中間標準段鋼筋籠；安放並通過焊接連接構成通長鋼筋籠的最後一段尾部短鋼筋籠，並送入通長鋼管內，使通長鋼筋籠長度滿足設計要求；第八歩向含有通長鋼筋籠的通長鋼管內泵送混凝土，使通長鋼管、通長鋼筋籠、混凝土形成整體，即形成了鋼管內含鋼筋混凝土的大直徑管棚結構。有益效果本發明用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構及施工方法，鋼管內加入了鋼筋籠，充滿了混凝土，形成了整體性好的鋼管、鋼筋及混凝土的組合結構，提高了管棚的抗彎剛度和承載能力，可減少由於管棚受カ過大造成管棚的過大撓曲變形，更好的發揮管棚支護作用，能夠抵抗路面和地層荷載的作用，管棚通過密排布置或相互咬合形成棚架，在該棚架保護下進行其下方土體開挖施工作業，保證了地下工程的開挖施工更安全、更高效地進行。
圖I為本發明的棚架法施工大直徑管棚結構布置圖；圖2為本發明的大直徑管棚斷面圖；圖3為本發明的分段鋼管拼接圖；圖4為本發明的分段鋼筋籠拼接圖；圖5為本發明的管棚結構整體圖；圖中1、地面；2、管棚工作室；3、地下管線；4、地下連續牆；5、通長鋼管；6、箍筋；7、縱向鋼筋；8、混凝土 ；9、支架；10、第一段短鋼管；11、中間標準段鋼管；12、尾部短鋼管；13、第一段短鋼筋籠；14、中間標準段鋼筋籠；15、尾部短鋼筋籠；16、通長鋼筋籠；17、鋼管焊接接縫；18、通長管棚；19、開挖區域。
具體實施例方式下面給出ー個城市道路下淺埋大型地下結構的棚架法施工實施例，棚架法採用地下連續牆4作為圍護結構來擋土擋水，抵抗側向變形，通過設置大直徑管棚承受地面I和地層的荷載，並保護地下管線，在頂部管棚棚架保護下，開挖土體，並採用蓋挖半順作半逆作的方法進行主體結構施工。結合附圖，對本發明的用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構及施工方法作進ー步具體說明。管棚結構是由經分段焊接形成的通長鋼管5、混凝土 8以及經分段焊接或連接形 成的帶支架9的通長鋼筋籠16組合而成，通長鋼筋籠16置於通長鋼管5內，支架9焊接於通長鋼筋籠16底部，井置於通長鋼筋籠16與通長鋼管5內壁之間，使通長鋼筋籠16置於通長鋼管5中部，在放入了通長鋼筋籠16的通長鋼管5內注入有混凝土 8，通長鋼管5、通長鋼筋籠16與混凝土 8通過組合粘結形成整體。其中，通長鋼管5每一分段長度為3nT6m，直徑為300mnTl500mm，壁厚為6mnT22mm，通長鋼管5分段置入鑽孔內，各分段鋼管之間採用焊接連接。通長鋼筋籠16分段置入所述通長鋼管5內，各分段鋼筋籠之間採用焊接或者接駁器連接，在通長鋼筋籠16下部焊有若干支架9，通長鋼筋籠16的縱向鋼筋7的接頭錯開布置。通長鋼管5的接頭與通長鋼筋籠16的接頭錯開布置，二者的接頭不在同一截面內。其施工方法為上述的一種用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構的施工方法為第一歩在擬建地下工程兩側構築圍護結構，在圍護結構ー側開挖長條形基坑，作為管棚工作室2，在管棚工作室2內安裝水平定向鑽機；第二步沿管棚結構的設計位置定向鑽迸，同時通過頂進使構成通長鋼管5的第一段短鋼管10跟進孔內；第三步退鑽並接長鑽杆，同時安放並通過焊接連接下一段構成通長鋼管5的中間標準段鋼管11;繼續鑽迸，同時通過頂進使接長的中間標準段鋼管11跟進鑽孔內；第四步重複第三步，直至安裝完設計數量的中間標準段鋼管11 ;安放並通過焊接連接構成通長鋼管5的最後一段尾部短鋼管12 ;繼續鑽迸，同時通過頂進使接長的尾部短鋼管12跟進鑽孔內，滿足管棚結構的設計長度；第五步把構成通長鋼筋籠16的第一段短鋼筋籠13送入通長鋼管5內，留出一定長度以便與下一段中間標準段鋼筋籠14連接；第六步安放下一段構成通長鋼筋籠16的中間標準段鋼筋籠14並與上一段連接好後向通長鋼管5內推進，此段中間標準段鋼筋籠14留一定長度以便與下一段中間標準段鋼筋籠14連接；第七步重複第六步，直至安裝完設計數量的中間標準段鋼筋籠14 ;安放並通過焊接連接構成通長鋼筋籠16的最後一段尾部短鋼筋籠15，並送入通長鋼管5內，使通長鋼筋籠16長度滿足設計要求；第八步向含有通長鋼筋籠16的通長鋼管5內泵送混凝土 8，使通長鋼管5、通長鋼筋籠16、混凝土 8形成整體，即形成了鋼管內含鋼筋混凝土的大直徑管棚結構。
權利要求
1.一種用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構，其特徵在於所述管棚結構是由經分段鋼管焊接形成的通長鋼管(5)、混凝土(8)以及經分段鋼筋籠焊接或用接駁器連接形成的帶支架(9)的通長鋼筋籠(16)組合而成，所述的通長鋼筋籠(16)置於通長鋼管(5)內，支架(9)焊接於通長鋼筋籠(16)底部，井置於通長鋼筋籠(16)與通長鋼管(5)內壁之間，使通長鋼筋籠(16)置於通長鋼管(5)中部，在放入了通長鋼筋籠(16)的通長鋼管(5)內注入有混凝土(8)，所述通長鋼管(5)、通長鋼筋籠(16)與混凝土(8)通過組合粘結形成整體。
2.根據權利要求I所述的ー種用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構，其特徵在於所述通長鋼管(5)姆一分段長度為3nT6m,直徑為300mnTl500mm,壁厚為6mnT22mm,通長鋼管(5)分段置入鑽孔內，各分段鋼管之間採用焊接連接。
3.根據權利要求I所述的ー種用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構，其特徵在於所述通長鋼筋籠(16)分段置入所述通長鋼管(5)內，各分段鋼筋籠之間採用焊接或者接駁器連接，在通長鋼筋籠(16)下部焊有若干支架(9)，通長鋼筋籠(16)的縱向鋼筋(7)的接頭錯開布直。
4.根據權利要求I所述的ー種用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構，其特徵在於通長鋼管(5)的接頭與通長鋼筋籠(16)的接頭錯開布置，二者的接頭不在同一截面內。
5.ー種根據權利要求1-4之一所述的用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構的施エ方法，其特徵在於具體步驟如下 第一歩在擬建地下工程兩側構築圍護結構，在圍護結構ー側開挖長條形基坑，作為管棚工作室(2)，在管棚工作室(2)內安裝水平定向鑽機； 第二歩沿管棚結構的設計位置定向鑽進，同時通過頂進使構成通長鋼管(5)的第一段短鋼管(10)跟進孔內； 第三步退鑽並接長鑽杆，同時安放並通過焊接連接下一段構成通長鋼管(5)的中間標準段鋼管(11);繼續鑽進，同時通過頂進使接長的中間標準段鋼管(11)跟進鑽孔內； 第四歩重複第三步，直至安裝完設計數量的中間標準段鋼管(11);安放並通過焊接連接構成通長鋼管(5)的最後一段尾部短鋼管(12);繼續鑽進，同時通過頂進使接長的尾部短鋼管(12)跟進鑽孔內，滿足管棚結構的設計長度； 第五步把構成通長鋼筋籠(16)的第一段短鋼筋籠(13)送入通長鋼管(5)內，留出ー定長度以便與下一段中間標準段鋼筋籠(14)連接； 第六步安放下一段構成通長鋼筋籠(16)的中間標準段鋼筋籠(14)並與上一段連接好後向通長鋼管(5)內推進，此段中間標準段鋼筋籠(14)留一定長度以便與下一段中間標準段鋼筋籠(14)連接； 第七歩重複第六步，直至安裝完設計數量的中間標準段鋼筋籠(14);安放並通過焊接連接構成通長鋼筋籠(16)的最後一段尾部短鋼筋籠(15)，並送入通長鋼管(5)內，使通長鋼筋籠(16)長度滿足設計要求； 第八步向含有通長鋼筋籠(16)的通長鋼管(5)內泵送混凝土(8)，使通長鋼管(5)、通長鋼筋籠(16)、混凝土(8)形成整體，即形成了鋼管內含鋼筋混凝土的大直徑管棚結構。
全文摘要
本發明涉及一種用於地下工程超前支護的大直徑管棚結構及施工方法，此管棚結構由大直徑鋼管、帶支架的鋼筋籠和混凝土組成。該管棚結構的鋼管是分段依次連接，在鑽孔過程中每段鋼管依次跟進，分段鋼管之間採用焊接連接；管棚的鋼管完成後，退出鑽頭，在鋼管內分段置入鋼筋籠，鋼筋籠之間採用焊接或接駁器連接。鋼筋籠置入完畢後，在放入了鋼筋籠的鋼管內注入混凝土，形成鋼管內含鋼筋混凝土的管棚結構。本發明管棚結構強度大，抗彎剛度高，具有很好的應用價值和推廣前景。
文檔編號E21D11/00GK102691508SQ20121014631
公開日2012年9月26日 申請日期2012年5月11日 優先權日2012年5月11日
發明者劉義, 吳春冬, 張明聚, 張穎 申請人:北京工業大學