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CN115492598B - 一种单导向管的隧道线性开挖方法 - Google Patents

一种单导向管的隧道线性开挖方法 Download PDF

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CN115492598B CN202211185749.9A CN202211185749A CN115492598B CN 115492598 B CN115492598 B CN 115492598B CN 202211185749 A CN202211185749 A CN 202211185749A CN 115492598 B CN115492598 B CN 115492598B
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Abstract

本发明提供一种单导向管的隧道线性开挖方法,包括:S1、组合管体采用单根钢管作为先导管,组合管体包括咬合顶管管体和导向管,咬合顶管管体与导向管固定相连,导向管前方与先施工的单根先导管连接;S2、咬合管幕包括若干组合管体,各所述组合管体沿隧道轮廓设计线性布置;S3、隧道轮廓上所有的组合管体顶进完成后,将相邻两组组合管体的相邻钢管切割开口,开口处用钢板连接,使每组单独的组合管体连接成整体。

Description

一种单导向管的隧道线性开挖方法
技术领域
本发明属于隧道工程领域,可应用于暗挖市政隧道和地铁车站等大跨地下结构的修建,具体涉及一种单导向管的隧道线性开挖方法。
背景技术
浅埋大跨隧道常用的暗挖法施工时分块多,工序复杂,支护结构变形大、地面沉降大。为解决常规的浅埋大跨暗挖隧道的施工难题,提出了管幕结构法、排桩式管幕结构等方法。管幕结构法是在隧道开挖前,采用大口径(直径一般大于1.8m,满足工人进入操作的空间)钢管布置在隧道周边,然后进入钢管内切开钢管,浇筑环形钢筋混凝土结构,在隧道开挖之前形成刚度足够大的钢筋混凝土衬砌,然后再开挖形成隧道。该既有技术有实际使用的案例,但在使用过程中存在以下问题:
(1)钢管空间较小,人工进入切割钢管、绑扎钢筋、浇筑混凝土均较困难,难度大,且衬砌质量较难保证;
(2)钢管直径大,超过了某些跨度隧道支护刚度的需要,存在一定的浪费;
(3)圆形钢管内外侧的弧形区域混凝土浇筑困难,该部分结构难以承载,浪费工程投资。
咬合管幕是新提出的一种隧道结构,可广泛应用于先筑后挖法隧道的施工。既有技术仅有全咬合式管幕结构,全咬合式管幕结构的工艺流程如附图1~3所示,咬合顶管施工时,首先在设计指定的位置施工先导管1,先导管1为封闭的圆管。然后,在相邻两个先导管之间,使用咬合顶管机3施工咬合顶管管体5,咬合顶管管体5一端与开口的一次固定接头导向管2-1焊接形成固定接头4-1,另一端伸入带有活接头4-2的一次活接头导向管2-2。随着咬合顶管管体5、一次固定接头导向管2-1、一次活接头导向管2-2的推进,先导管1被逐节推出。然后,在一次活接头导向管2-2的另一侧施工咬合顶管管体5,其一端与二次导向管2-3焊接形成固定接头4-1,另一端伸入带有活接头4-2的一次活接头导向管2-2;二次导向管2-3的另一侧为活接头4-2,先前施工的咬合顶管管体5伸入其中。随着咬合顶管管体5、二次导向管2-3和右端的一次活接头导向管2-2的推进,先前施工的一次活接头导向管2-2被逐节推出。如此循环往复,形成钢管完全咬合的排桩式管幕结构,在完成顶进后可在导向管内将两侧的组合管体通过焊接钢板连接成为一个整体。
上述既有施工方法完全避免了切割钢管,也避免了管间土加固、止水等失效的风险,但在水压较高、隧道断面尺寸受限无法布置连续咬合顶管时,存在以下问题:
(1)当地质条件较差,特别是顶管遇到软硬不均地层时,会导致先导管施工精度较难控制,从而先导管施工误差较大,组合管体存在被卡住或活接头防水失效等风险;
(2)现有技术中活接头纵向防水可靠性未经实例验证,在水压较大的情况下有防水失效的风险。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷,提供了一种单导向管的隧道线性开挖方法,本发明至少解决了现有技术中的部分问题。
本发明是这样实现的:
本发明提供一种单导向管的隧道线性开挖方法,包括:
S1、组合管体采用单根钢管作为先导管,组合管体包括咬合顶管管体和导向管,咬合顶管管体与导向管固定相连,导向管前方与先施工的单根先导管连接;
S2、咬合管幕包括若干组合管体,各所述组合管体沿隧道轮廓按设计的线性布置,组合管体的线性长度可以为隧道轮廓的全部或轮廓的局部段落;
S3、隧道轮廓上所有的组合管体顶进完成后,将相邻两组组合管体的相邻钢管切割开口,开口处用钢板连接,使每组单独的组合管体连接成整体。
进一步地,在S1中,导向管布置在组合管体的中间或两端。
进一步地,在S1中,组合管体中的咬合处设隔板支撑。
进一步地,在S2中,因隧道断面尺寸限制,在无法布置整个组合管体的位置,采用独立钢管衔接,独立钢管的延伸方向与组合管体的延伸方向相同。
进一步地,在S3中,开口处通过两块钢板相连,两钢板之间设置钢管立柱。
进一步地,在S3中,组合管体管间的地层稳定时,可以直接切割管体,焊接钢板;组合管体管间的地层不稳定或透水时,应当先提高地层的稳定性,再切割管体,焊接钢板。
进一步地,采用地层冻结法或注浆加固的方式提高地层的稳定性。
本发明具有以下有益效果:
1、本发明相对于既有的管幕结构来说,咬合管组可以在工厂预制,提高了钢结构的焊接质量,且减少了切割钢管的工作量,施工更为容易,工效有所提高。
2、本发明相对于既有的完全咬合的排桩式组合管幕结构来说,避免了两侧先导管施工精度控制较差的情况下组合管体被卡住的风险。
3、本发明相对于既有的完全咬合的排桩式组合管幕结构来说,钢管间的连接均为焊接,避免了活动端接头防水失效的风险,施工期止水通过冻结或注浆等方式实现,可靠性较高。
4、本发明采用圆形顶管开挖,单根先导管可适用于各种地质条件,应用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例,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它的附图。
图1为既有先导管施工横断面示意图;
图2为既有全咬合的排桩式管幕结构一次导向管施工横断面示意图(咬合顶管管体以箱形为例,也可为咬合的圆形);
图3为既有全咬合的排桩式管幕结构一次导向管及二次导向管施工横断面示意图(咬合顶管管体以箱形为例,也可为咬合的圆形);
图4为本发明实施例提供的单根先导管布置示意图(以三管咬合为例);
图5为本发明实施例提供的组合管体沿隧道轮廓布置示意图(以三管咬合、沿隧道轮廓布置一整环为例,也可以局部布置);
图6为本发明实施例提供的组合管体沿隧道轮廓布置示意图(以三管咬合、沿隧道轮廓局部布置为例)
图7为本发明实施例提供的组合管体间地层加固示意图;
图8为本发明实施例提供的施工误差修正措施示意图(以三管咬合、导向管位于中间管位为例);
图9为本发明实施例提供的相邻钢管连接及支护示意图(以三管咬合、一根独立钢管为例);
图10为本发明实施例提供的先导管及独立钢管顶进平面布置示意图;
图11为本发明实施例提供的组合管体顶进平面布置示意图(以三管咬合为例);
图12为本发明实施例提供的组合管体与先导管连接及顶管机平面布置示意图(以三管咬合、先导管位于中间为例)。
图中:先导管1、导向管2、一次固定接头导向管2-1、一次活接头导向管2-2、二次导向管2-3、咬合顶管机3、固定接头4-1、活接头4-2、咬合顶管管体5、独立钢管6、钢板7、钢管立柱8、隔板支撑9、销钉10、混凝土11、地层加固区域12、钢管切割范围13、管节设计位置14、发生误差后的管节位置15、始发工作井16、接收工作井17、顶进方向18、过渡段钢管19、顶管机刀盘20、顶管机机身21、连接处22。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
如图4-图12,本发明实施例提供一种单导向管的隧道线性开挖方法,包括:S1、组合管体采用单根钢管作为先导管1,组合管体包括咬合顶管管体5和导向管2,咬合顶管管体5与导向管2焊接形成固定接头4-1,导向管2前方与先施工的单根先导管1连接;S2、咬合管幕包括若干组合管体,各所述组合管体沿隧道轮廓按设计的线性布置,组合管体的线性长度可以为隧道轮廓的全部或轮廓的局部段落,各组合管体的管体数量可以不同;S3、隧道轮廓上所有的组合管体顶进完成后,将相邻两组组合管体的相邻钢管切割开口,开口处用钢板7连接,使每组单独的组合管体连接成整体。
在S1中,导向管2布置在组合管体的中间或两端。优选地,导向管2布置在组合管体的中间。在S1中,组合管体中的咬合处设隔板支撑9,提高结构可靠性。
如图5,在S2中,因隧道断面尺寸限制,在无法布置整个组合管体的位置,采用独立钢管6衔接,独立钢管6的延伸方向与组合管体的延伸方向相同。独立钢管6的尺寸应尽量与先导管一致,方便施工。先顶进先导管1及独立钢管6(如有),然后顶进后续的组合管体。
在S3中,开口处通过两块钢板相连,内外两侧的钢板7之间设置钢管立柱8。钢板7焊接完成后立即加设钢板间的钢管立柱8,起到支撑钢板的作用。在S3中,组合管体管间的地层稳定时,可以直接切割管体,焊接钢板7;组合管体管间的地层不稳定或透水时,应当先采用地层冻结法或注浆加固等方式提高地层的稳定性,再切割管体,焊接钢板7,防止施工时地层失稳及透水风险。
本发明针对既有完全咬合的管幕结构在特定条件下存在的问题,提出一种咬合管幕的施工定位方式和咬合顶管与相邻管体之间的切割、连接方式,能降低先导管施工误差对组合管体顶进施工的影响,并利用冻结等辅助措施解决少量管间止水问题,提高施工方法的安全性和可靠性。具体技术方案如下:
咬合管幕的组合管体采用单根钢管作为先导管1。如附图4所示,导向管2可位于组合管体的中间或两端,导向管2前方与预先施工的单根先导管1连接。从顶进施工的受力平衡、竖向咬合刀盘开挖仓的连通等方面来看,导向管2布置在组合管体的中间更为有利。
相对于既有的完全咬合的组合管幕,本发明采用单根钢管作为先导管1,优势在于:
可以减少咬合刀盘间的相互干扰,特别是先导管1布置在组合管体中间时,可减少开挖仓的泥水、泥土窜流;
可以减少管组推进时的不均匀受力;
可以简化导向管2的结构,导向管2与咬合顶管管体5之间通过固定接头4-1连接,组合管体包括咬合顶管管体5和导向管2,搭接处可设置隔板等构造,提高结构可靠性。
但单根钢管作为先导管1,可能出现组合管体顶进时绕先导管管位产生转动的误差,导致相邻两组合管体间的间隙变化。对此类误差,本发明的解决方案为:
如图5,增加管间间隙D,使其能适应施工误差的需求;
如附图7所示,对相邻管组间的土体进行加固,以适应较大误差的施工要求;图7示有地层加固区域12和钢管切割范围13。
如附图8所示,将相邻钢管切割开口并用钢板连接,切口及连接钢板7的设置应包容原定结构尺寸与产生误差后的钢管位置;图8示有钢管切割范围13、连接钢板7、管节设计位置14、发生误差后的管节位置15。
合理布置组合管体的位置,将需要切割钢管的位置设置在结构轮廓较为平缓处,尽量减小切割钢管后暴露的土体,减小连接钢板7的跨度。
当导向管2布置在组合管体的中间时,也可以通过调整顶管机刀盘20的转动方向、转速等方式减小或纠正组合管体顶进时绕先导管管位产生转动的情况。
组合管体沿隧道轮廓间隔布置,每组相邻钢管之间的净距应满足始发、接收环框安装及施工误差的要求。如附图5所示,因断面尺寸限制无法布置整组排桩式组合管体的位置,可以用适当直径的独立钢管6衔接,独立钢管6的尺寸应尽量与先导管一致,方便施工。
将相邻两组组合管体的相邻钢管切割开口,开口处用钢板7连接,使每组单独的组合管体连接成一个整环。内外两侧的钢板7之间设置钢管立柱8,起到支撑钢板的作用。
相邻组合管体在管间地层稳定时,可直接切割管体、焊接连接钢板7、架设钢管立柱8。
当组合管体管间的地层不稳定或透水时,可采用地层冻结法、注浆加固等方式提高地层的稳定性,防止施工时地层失稳及透水风险。
沿隧道轮廓的组合管体环向上连接为一个整体后,浇筑钢管内混凝土,形成钢混组合结构作为隧道预支护结构。
组合管体中,搭接钢管之间设置隔板支撑9,管壁上可设置销钉10,以增加钢管壁与混凝土11的粘结性能。
在上述结构的保护下,开挖隧道内土体,形成隧道结构。
一般情况下根据掘进机械要求需设置始发工作井16、接收工作井17,作为组合管幕及顶管机拼装、始发、接收的工作井,但随着可回退式刀盘出现,接收工作井14不是必须的要求,具体应结合机械设备需求确定。本发明中,由于需要接收先导管1,故需要设置接收工作井17。图10和图11中的箭头代表顶进方向18。
进一步,根据隧道轮廓、隧道结构设计要求、钢管组合形式等条件确定组合管体沿隧道轮廓的具体预制组合管体。如附图9所示,组合管体咬合处设隔板支撑9,钢管内壁可设置销钉10等结构,以提高钢管与内部混凝土11的粘结性能。
根据导向管2的位置确定组合顶管机的刀盘布置方式。咬合顶管机3采用圆形刀盘旋转开挖,可在刀盘上配置滚刀等刀具,满足各种地层掘进的要求。圆形刀盘开挖直径应根据要形成的管幕结构最小高度、小直径刀盘基岩开挖及换刀需求、隧道施工的泥浆置换、注浆、监测等多方面综合确定,一般应采用相同的刀盘直径,以减少机械种类,但有特殊要求也可在局部采用不同直径的开挖刀盘。
以三管咬合、导向管位于中间管位为例进行说明。对应地,组合顶管机的刀盘位于两侧管位,刀盘分开、不搭接,有利于机械设备开挖仓及出渣仓的布置。在对应顶管机的位置设置导向管2的过渡段钢管19,该钢管两侧适应顶管机刀盘尺寸及转动需求开凹槽,将顶管机刀盘20嵌入,过渡段钢管19前方与先施工的先导管1连接。组合顶管机后接组合管体,逐节顶进,同时将前方的先导管1逐节顶出,在接收工作井17接收。图12还示有顶进方向18、顶管机机身21、先导管1与过渡段钢管19的连接处22。
隧道轮廓上所有的组合管体顶进完成后,根据地层情况对相邻钢管间的土体进行处理。当地层稳定性较差、地层含水量较多时,可通过注浆、冻结等方式对管间土体进行加固或止水处理;在能保证管间土体较为稳定的情况下,将相邻两钢管的对应位置切开、并通过钢板焊接连接,钢板焊接完成后立即加设钢板间的钢管支撑。为减小切割钢管对整体结构的影响,钢管切割、支护可分段跳做。
在隧道预支护结构全部施工完成后,可进行隧道内部地层开挖,形成隧道框架,并根据结构设计方案施工结构防水层、二次衬砌及内部结构等,可完成隧道施工。一般情况成环的预支护结构能满足承载要求可以兼做永久结构,可以不做二次衬砌;也可根据结构耐久性、安全性等方面的需求在预支护结构内再施工混凝土衬砌结构。
以上所述仅对本发明的基本原理进行描述,并非对本发明的结构与施工方法进行任何具体形状、尺寸、布置方式、开挖方式、材质的限制,故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物,均属于本发明所申请的专利范围。
本发明提供一种单导向管的隧道线性开挖方法,咬合管幕采用单根先施工的顶管作为先导管;先导管可对应于组合管幕中的任何一个位置;每组钢管的组合数N为大于等于1的整数,且各组管幕的组合数可以不相同;相邻两组组合管幕钢管之间通过切割对应部位的钢管、焊接连接钢板、连接钢板之间加设钢立柱支撑的方法,使组合管幕形成一个整体的钢结构;咬合管幕在地层不稳定或透水时,需对该部位管外的地层进行加固,加固方式的选择不定。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种单导向管的隧道线性开挖方法,其特征在于:包括:
S1、组合管体采用单根钢管作为先导管,组合管体包括咬合顶管管体和导向管,咬合顶管管体与导向管焊接形成固定接头,导向管前方与先施工的单根先导管连接;导向管布置在组合管体的中间;组合管体中的咬合处设隔板支撑,提高结构可靠性;
S2、咬合管幕包括若干组合管体,各所述组合管体沿隧道轮廓按设计的线性布置,组合管体的线性长度为隧道轮廓的全部或轮廓的局部段落,各组合管体的管体数量不同;组合管体沿隧道轮廓间隔布置,每组相邻钢管之间的净距应满足始发、接收环框安装及施工误差的要求,因隧道断面尺寸限制,在无法布置整个组合管体的位置,采用独立钢管衔接,独立钢管的延伸方向与组合管体的延伸方向相同;独立钢管的尺寸与先导管一致,方便施工;先顶进先导管及独立钢管,然后顶进后续的组合管体;
S3、隧道轮廓上所有的组合管体顶进完成后,将相邻两组组合管体的相邻钢管切割开口,开口处用钢板连接,使每组单独的组合管体连接成整体;开口处通过两块钢板相连,两钢板之间设置钢管立柱;组合管体管间的地层稳定时,直接切割管体,焊接钢板;组合管体管间的地层不稳定或透水时,采用地层冻结法或注浆加固的方式提高地层的稳定性,再切割管体,焊接钢板。
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