CN205172598U - 管幕旋喷桩支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种管幕旋喷桩支护结构，包括若干管幕钢管，每两个管幕钢管之间均设置有至少一个水平旋喷桩，且管幕钢管和水平旋喷桩的边缘紧密接触，管幕钢管与水平旋喷桩一起组合形成大刚度的共同支护受力体系。本实用新型是将管幕钢管支护形式与水平旋喷桩支护形式进行组合，形成大刚度水密性管幕旋喷桩支护结构，可以有效控制地下水的流失，保证施工及运营安全，特别适合作为饱和富水软土地层的浅埋大断面地下结构下穿敏感建筑施工时的支护结构。

Description

管幕旋喷桩支护结构

技术领域

本实用新型涉及一种土建技术，尤其是一种管幕旋喷桩支护结构。

背景技术

随着中国城市化进程的加速，在城区道路或重要建筑物下兴建大型地下结构越来越多。对于浅埋大断面、短距离的城市隧道而言，采用盾构法施工不经济，采用明挖法对城市生产生活干扰较大。当地质条件较差、埋置深度较浅、上部有敏感建筑时，如果采用浅埋暗挖法施工，地面沉降难以控制，一旦出现施工事故，将造成显著的社会影响。因此，如何找到一种适合于饱和富水软土地层的浅埋大断面地下结构下穿敏感建筑的施工方法非常重要。

发明内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种管幕旋喷桩支护结构，将管幕钢管护形式与水平旋喷桩支护形式进行组合，形成大刚度水密性管幕旋喷桩支护结构，可以有效控制地下水的流失，保证施工及运营安全，特别适合作为饱和富水软土地层的浅埋大断面地下结构下穿敏感建筑施工时的支护结构。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种管幕旋喷桩支护结构，包括若干管幕钢管，每两个管幕钢管之间均设置有至少一个水平旋喷桩，且管幕钢管和水平旋喷桩的边缘紧密接触，管幕钢管与水平旋喷桩一起组合形成大刚度的共同支护受力体系。

每两个管幕钢管之间均设置有两个紧邻的水平旋喷桩，每两个紧邻的水平旋喷桩的边缘紧密接触，能够起到有效止水作用。

每两个管幕钢管之间均设置有多于两个紧邻的水平旋喷桩，且每两个紧邻的水平旋喷桩的边缘紧密接触，能够起到有效止水作用。

一种管幕旋喷桩支护结构，包括若干管幕钢管，每两个管幕钢管之间均设置有至少一个水平旋喷桩，且管幕钢管和水平旋喷桩的边缘紧密接触，部分管幕钢管中填充有混凝土，管幕钢管与水平旋喷桩一起组合形成大刚度的共同支护受力体系。

每两个管幕钢管之间均设置有两个紧邻的水平旋喷桩，每两个紧邻的水平旋喷桩的边缘紧密接触，能够起到有效止水作用。

每两个管幕钢管之间均设置有多于两个紧邻的水平旋喷桩，且每两个紧邻的水平旋喷桩的边缘紧密接触，能够起到有效止水作用。

填充有混凝土的管幕钢管和未填充混凝土的管幕钢管间隔设置，能够有效增加整个管幕旋喷桩支护结构的强度。

一种管幕旋喷桩支护结构，包括若干管幕钢管，每两个管幕钢管之间均设置有至少一个水平旋喷桩，且管幕钢管和水平旋喷桩的边缘紧密接触，所述管幕钢管中均填充有混凝土，管幕钢管与水平旋喷桩一起组合形成大刚度的共同支护受力体系。

每两个管幕钢管之间均设置有两个紧邻的水平旋喷桩，每两个紧邻的水平旋喷桩的边缘紧密接触，能够起到有效止水作用。

每两个管幕钢管之间均设置有多于两个紧邻的水平旋喷桩，且每两个紧邻的水平旋喷桩的边缘紧密接触，能够起到有效止水作用。

所述管幕钢管直径为0.3m-2m，也可以根据具体工程情况选择更大的直径。根据不同的实际需求选用不同直径的钢管。

所述管幕旋喷桩支护结构的形状布置成圆形、矩形或其他任意形状，具体形状根据要修筑的地下结构而定。

本实用新型是将管幕钢管支护形式与水平旋喷桩支护形式进行组合，形成大刚度水密性管幕旋喷桩支护结构，可以有效控制地下水的流失，保证施工及运营安全，特别适合作为饱和富水软土地层的浅埋大断面地下结构下穿敏感建筑施工时的支护结构。

与现有的管幕法相比，本实用新型管幕钢管的数量可以大量减少，减少的管幕钢管支护作用由水平旋喷桩代替，可节省工期与成本；与单一的水平旋喷桩支护形式相比，大大提高支护结构的刚度，可有效控制地表变形，安全性好。本实用新型特别适合作为饱和富水软土地层的浅埋大断面地下结构下穿敏感建筑施工时的支护结构。

附图说明

图1是本实用新型实施例1结构示意图；

图2是本实用新型实施例2结构示意图；

图3是本实用新型实施例3结构示意图；

图4是本实用新型实施例4结构示意图；

图5是本实用新型实施例5结构示意图；

图6是本实用新型实施例6结构示意图；

图7是运用管幕旋喷桩支护结构修筑地下工程的施工工艺流程图；

图8是管幕钢管顶进施工流程图；

图9是水平旋喷桩施工流程图；

其中1.管幕钢管，2.水平旋喷桩，3.开挖洞门，4.填充有混凝土的管幕钢管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1

如图1所示，管幕旋喷桩支护结构，包括若干管幕钢管1，每两个管幕钢管1之间均设置有一个水平旋喷桩2，且管幕钢管1和水平旋喷桩2的边缘紧密接触，管幕钢管1与水平旋喷桩2一起组合形成大刚度的共同支护受力体系。管幕钢管1直径为0.3m-2m。管幕旋喷桩支护结构的形状布置成圆形。

实施例2：

如图2所示，管幕旋喷桩支护结构，包括若干管幕钢管1，每两个管幕钢管1之间均设置有一个水平旋喷桩2，且管幕钢管1和水平旋喷桩2的边缘紧密接触，管幕钢管1与水平旋喷桩2一起组合形成大刚度的共同支护受力体系。管幕钢管1直径为0.3m-2m。管幕旋喷桩支护结构的形状布置成矩形。

实施例3：

如图3所示，管幕旋喷桩支护结构，包括若干管幕钢管1，每两个管幕钢管1之间均设置有一个水平旋喷桩2，且管幕钢管1和水平旋喷桩2的边缘紧密接触，部分管幕钢管中填充有混凝土，且填充有混凝土的管幕钢管4和未填充混凝土的管幕钢管间隔设置。管幕钢管1与水平旋喷桩2一起组合形成大刚度的共同支护受力体系。管幕钢管1直径为0.3m-2m。管幕旋喷桩支护结构的形状布置成圆形。

实施例4：

如图4所示，管幕旋喷桩支护结构，包括若干管幕钢管1，每两个管幕钢管1之间均设置有一个水平旋喷桩2，且管幕钢管1和水平旋喷桩2的边缘紧密接触，部分管幕钢管中填充有混凝土，且填充有混凝土的管幕钢管4和未填充混凝土的管幕钢管间隔设置。管幕钢管1与水平旋喷桩2一起组合形成大刚度的共同支护受力体系。管幕钢管1直径为0.3m-2m。管幕旋喷桩支护结构的形状布置成矩形。

实施例5：

如图5所示，管幕旋喷桩支护结构，包括若干管幕钢管1，每两个管幕钢管1之间均设置有一个水平旋喷桩2，且管幕钢管1和水平旋喷桩2的边缘紧密接触，所述管幕钢管中均填充有混凝土，填充有混凝土的管幕钢管4与水平旋喷桩一起组合形成大刚度的共同支护受力体系。管幕钢管直径为0.3m-2m。管幕旋喷桩支护结构的形状布置成圆形。

实施例6：

如图6所示，管幕旋喷桩支护结构，包括若干管幕钢管1，每两个管幕钢管1之间均设置有一个水平旋喷桩2，且管幕钢管1和水平旋喷桩2的边缘紧密接触，所述管幕钢管中均填充有混凝土，填充有混凝土的管幕钢管4与水平旋喷桩一起组合形成大刚度的共同支护受力体系。管幕钢管直径为0.3m-2m。管幕旋喷桩支护结构的形状布置成矩形。

实施例7：与实施例1-6不同的是，每两个管幕钢管之间均设置有两个紧邻的水平旋喷桩2，每两个紧邻的水平旋喷桩2的边缘紧密接触。本实施例中包含有相对于实施例1-6结构变化的6种新的不同结构。

实施例8：与实施例1-6不同的是，每两个管幕钢管之间均设置有多于两个紧邻的水平旋喷桩2，且每两个紧邻的水平旋喷桩2的边缘紧密接触。本实施例中包含有相对于实施例1-6结构变化的6种新的不同结构。

下面就本实用新型的技术原理及施工方案、流程做进一步详细描述。

管幕法就是先利用微型顶管技术在拟建的地下建筑物四周顶入钢管或其他材质的，钢管之间采用锁口连接并注入防水材料进行止水，并形成水密性地下空间，然后在大刚度管幕的保护下，对管幕包围范围土体进行开挖并浇筑主体结构的一种方法。

管幕法具有以下特点：

1、软土地层大断面管幕法修筑地下结构一般是在没有条件采取明挖法情况下进行的；

2、通常管幕法修筑地下结构覆土比较浅，需要穿越敏感管线、道路和构筑物，对地表变形的要求比较高；

3、多应用于公路隧道，断面尺寸比较大的工况；

4、管幕法可以根据不同的地层、周边环境和断面尺寸选择不同的具体工法，即管幕法可以派生出许多不同的管幕工法；

5、管幕施工应该采用顶管法，因为顶管法可以满足最小的地表变形，较高的姿态控制精度。

管幕工法适用范围较广,从国外己有的工程实例来看,管幕工法适用于回填土、砂土、粘土、岩层等各种地层,具有广阔的应用前景。

近年来，国内对管幕法应用越来越多，也做了一些改进，出现了“新管幕工法”(NewTubularRoofMethod,简称NTR工法),也有相关技术人员称其为“管幕预筑法”。其主要的技术路线是:采用较为传统的顶管技术或盾构技术将一簇大直径钢管顶推或牵引至地层中,在大直径钢管内体进行施工,连缀成设计预想的地下结构外轮廓,然后在成形结构的保护下开挖结构内部地层,并施工内部结构。

由于大直径管幕形成大刚度临时支护结构，可以减少开挖时引起的地表变形，避免对周边建筑物产生影响，对于浅埋大断面软土、建筑物密集、环境保护要求高的工程，具有无可比拟的优点。

水平旋喷桩是以高压泵为动力源，通过水平钻机钻杆、喷嘴把配制好的浆液喷射到土体内，喷射流以巨大的能量将一定范围内的土体射穿，并在喷嘴作缓慢旋转和进退的同时切割土体，强制土颗位与浆液搅拌混合。待浆液凝固后，形成水平圆柱状水泥土固结体即水平旋喷桩，可以显著提高土体的强度和结构特性，当旋喷桩相互咬合后，便以同心圆形式在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷帷幕体，起到防流砂、抗滑移、防渗透、防坍塌和防止因隧道开挖而使地层过度失水引起的地表沉降的作用。

水平旋喷桩的作用：1、为隧道开挖提供拱形保护；2、减少岩土的渗透性或进行全断面封水；3、提高岩土的强度；4、稳定掌子面，减少隧道变形。

水平旋喷桩适用范围：1、软弱地层特别是富水软弱松软地层，如：淤泥、砂土、土或是其中几种的组合；2、特殊地层：断层破碎带、塌方堆积体等。

水平旋喷桩的优点：成本低、效率高、效果好、可控可靠。

1、可控性：作用范围内的区域都得到较均匀的加固；

2、成拱性：多个水平旋喷桩组合可形成拱形结构；

3、封水性：可全方位(360度)封水；

4、高强度：摧毁并通过混合或置换原地层，固结体强度高。

如图7所示，运用管幕旋喷桩支护结构修筑地下结构的施工步骤如下：

1、构筑顶管工作井和接收井；

2、钢管顶进，顶进顺序为以横断面中轴线为基准由下往上对称进行；

注：钢管铺设方法有：定(导)向钻进法、水平螺旋钻进法、夯管施工法、顶管法、微型顶管法/微型隧道施工法，最常用的是顶管法。

3、钢管间水平旋喷桩施工，水平旋喷桩的个数由设计的钢管间距而定。

4、根据需要在钢管内填充混凝土。

5、在管幕旋喷桩支护结构内开挖洞门3，边开挖边支撑。

6、逐段构筑内部结构，并逐步拆除管幕旋喷桩支护结构内支撑，最终形成完整的地下结构。

在管幕旋喷桩支护结构保护下地下结构的施工可以采用开挖方案，也可以采用箱涵顶进方案等。

一、管幕钢管顶管工程施工方案、工艺流程

(1)管幕钢管情况

管幕钢管直径通常可以取0.3m-2m，也可以根据具体工程情况选择更大的直径。

(2)土体加固

管幕钢管顶管顶进前可以先对洞口处土体按设计要求加固，土体加固可在工作井施工时进行。

(3)穿墙出洞

在出洞前先割掉预埋钢盒外侧钢板，并将止水钢环焊接到预埋钢盒的外侧，再将止水橡胶圈安装在止水钢环上。在准备出洞时，将钢盒内侧挡土钢板割掉，清理预留孔内的杂物后立即将工具头推进预埋孔，缩短停顿时间，使止水橡胶圈紧抱工具头外壳发挥止水作用。

顶管穿墙时要防止工具头下跌，在穿墙的初期，因入土较小，工具头的自重仅由两点支撑，其中一点是导轨，另一点是入土较浅的土体。因此，工具头穿墙时，一方面要带一个向上的初始角(约5’)，另一方面穿墙管下部要有支托，并且加强管段与工具管、管段与管段之间的连接。此外，工具管的推进一定要迅速，不使穿墙管内的土体暴露时间太长。

(4)正常顶进

管道出洞成功后，开始正常顶进。在管节推进的同时，顶管机大刀盘切削前方土体排出。通过管节一节节向前推进，顶管机不断推进最后到达接收井，形成整段通道。

(5)管幕钢管纵向接头

接头通过焊接环形和竖向加劲板加固管道端部，增加其刚度，在其加固的环形劲板上，连接螺栓，进行施工过程中的限位和固定。在插口上设置两道氯丁橡胶密封圈进行防水。接头要有一定转角的适应能力。

(6)进入接收井

顶管机接近接收井前到达土体加固范围后，应放慢顶进速度，使顶管机慢慢切削土体，形成一个较完整的止水孔。通过测量定出顶管机出口的具体位置，将接收井工具头位置的混凝土护壁凿除。当顶管机进入接收井边时，顶管机要快速顶进，直到顶管机完全顶出接收井。

(7)管幕泥浆置换

在管幕顶进结束后，为防止管幕出现滞后沉降，按设计要求的材料将顶进过程中的触变泥浆置换掉。置换时利用压注触变泥浆的系统及管路进行。压注顺序：从第一节管依次向后进行。

(8)管幕混凝土灌注及填充

管幕顶进完成之后，采用微膨胀混凝土进行填充，施工完后要用锤击和超声波检测砼密实程度及与钢管之间是否密贴。

(9)管幕润滑减阻

采用膨润土触变泥浆注入管道与周围土层之间的环状空间中，实现减小顶进管道与地层之间的摩擦阻力。注浆为三部分，机尾同步注浆、沿线管道补浆及洞口处的注浆。触变泥浆的基本成分由膨润土和水组成，另外，根据不同的土体掺入不同聚合物的外掺剂来调节泥浆性能以满足使用要求。

(10)管幕钢管顶管施工流程

管幕钢管顶管顶进施工流程如图8所示。施工准备-管节推进-轨迹调整-管节接收-顶管混凝土灌注，其中，管节推进前先进行管节加工及下井，轨迹调整是采用管节外润滑注浆，顶管混凝土灌注是通过混凝土运输与泵管安装于加固实现的，同时，在顶管混凝土灌注时通过出气口观察实时状况。

二、管幕钢管水平定向钻(拖管)施工方案、工艺流程

(1)测量定位

根据提供的测量基准点，按设计图纸要求进行管幕钢管的放样工作，在工作井和接收井的墙面上，精确测放出管幕每根铜管的位置，采用油漆标示清楚。测量放样需复核后方可进入下一工序的施工。

(2)钻孔定位

根据测量标志，在工作井和接收井的墙面上，采用水钻将管幕每根钢管的位置钻孔，以定位每根钢管的位置，并分别在工作井和接收井对应编好顺序号。

(3)引孔

将水平定向钻机吊放下工作井内，安装就位。钻杆从工作井壁的开孔内开始引孔，钻头将孔引进到接收井，并从接收井相应编号的孔内钻出。

(4)扩孔

将钻头卸掉，将扩孔器安装连接在钻杆上，钻杆开始回拖，扩孔器从接收井的开孔口被拖至工作井，即完成了扩孔。

(5)拖管

将管幕钢管放入接收井，前端与钻杆连接，水平定向钻机将钻杆及连接的钢管回拖，并将钢管前端拖至工作井。

由于接收井内空间尺寸有限，钢管需要在接收井内分段连接，连接的接口采用焊接。

钢管从接收井拖至工作井的过程中，地下泥沙会从钢管的前端进入钢管内，需要在钢管内安装一条高压水管(直径软管)，用高压水将泥沙冲刷并流入接收井内处理。

重复(3)-(5)工序，完成所有管幕钢管的施工。

三、水平旋喷桩施工方案、工艺流程

水平旋喷桩施工工艺流程如图9所示：

(1)施工准备

仔细检查钻机、高压注浆泵运行是否正常，钻具、工具是否齐全。测量放线定桩位，在隧道两侧测量放线定出两个同一里程点，隧道轴线，并在掌子面测量标出隧道开挖轮廓线，测量定出桩位，并编好每个桩号，用钢筋作好桩位标志。

(2)钻机与高压泵安装

平整工作平台，铺设轨道，安装立柱，并挖设排水沟。钢垫板规格：长×宽＝250mm×250mm，胀管螺栓直径：钢垫板与基础固定要牢，强度要高，H型钢轨找平误差＜3mm，底盘对角线找方误差±3mm，斜拉筋需绷紧，交叉拉力基本相等，四柱对角误差±5mm，升降系统的卡瓦等上紧，加强整体性；高压泵安装场地要平整、硬化，安装要平稳，管路安装摆放整齐；设备安装好后，按技术交底调整钻机角度、方位，对准孔位，孔位误差控制在±5mm以内。

(3)制备浆液

根据施工方案和技术交底要求的配比配制水泥浆，要求水：水泥为1:1，在制浆过程中应随时量测浆液比重，浆液用高速搅拌机拌制，拌制浆液必须连续均匀，搅拌时间不小于3分钟，一次搅拌使用时间亦控制在4h以内，并要求对浆液进行试块试验。

(4)钻进

①采用钻头钻进，钻进1m深度时将一根直径为长1m的孔口管埋入已钻孔内，孔口管外露0.5m，并将孔口管四周用瞬凝水泥进行密封。在掌子面植入钢筋4根，用锚固剂固结，与孔口管焊接牢固，并调整钻机对孔位，将导向钻头及第一根钻杆送入孔内，安装密封装置。

②钻机压力不得超过2.0MPa。

③每钻进3m要测斜一次，并做好测斜记录，每次测斜角度偏差不超过3％，一旦发现偏斜超差要进行纠偏，直到钻至设计深度。导向钻头是纠偏的关键。

(5)高压喷浆

钻进至设计深度后，调整喷嘴位置，关闭水路，打开浆液通道，逐渐提高浆液压力，使其压力达到10MPa以上，通过浆液压力使钻头前部喷嘴旋转90度，从钻头内伸出并直立。查看泵压读数是否达到设计要求(35-40MPa)，在孔底高压喷浆时停留一定时间，然后再缓慢拔出钻杆，每外拔0.6m时应回拖0.3m钻杆，同时高压旋喷。注意观察泵压变化，泵压过低时应及时通知机台停止喷浆，查明原因后再恢复高压旋喷。

(6)封孔

喷浆至孔口掌子面0.5m时，停止喷浆，关掉高压泵，用专用拉杆外拉喷嘴，卸下孔口管最外端的密封装置，关闭循环液排出口，快速拔出钻杆和钻头，关闭大球阀，从封孔浆液进口处注入瞬凝水泥浆液(或掺杂水玻璃、速凝剂的水泥浆液)，防止浆液外泄。

(7)清洗管道及设备

每根桩施工完毕后都应用清水高压冲洗管道及设备，确保管道内不留残渣，清洗完毕后移至下一桩位。

(8)施工注意事项

①桩体施工过程要连续，不能间断，防止断桩、短桩现象。注浆时接、卸、换管要快，防止塌孔和堵嘴。如因机械故障或其它原因停机在30-60分钟的，应重复搅喷1m，超过1h的，按断桩处理，应重新钻桩。严禁在未达到设计深度及尚未旋喷满的情况下进行旋喷机后退旋喷作业，严格控制钻孔深度、旋喷速度。

②认真做好浆液计量工作，记录浆液累计喷入量，严禁使用配合比不准确的浆液。

③喷浆过程中如出现冒浆，出浆量小时应及时从孔口进行封堵，如果出浆量较大，则应考虑在浆液中加入速凝剂，并控制喷浆量和喷浆速度，注意勿使废浆聚集或流经开挖面底部，以免泡软底部地层。

④桩的角度要根据该段线路管幕钢管的角度控制，施工精度控制在±3‰范围内。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种管幕旋喷桩支护结构，其特征是，包括若干管幕钢管，每两个管幕钢管之间均设置有至少一个水平旋喷桩，且管幕钢管和水平旋喷桩的边缘紧密接触，管幕钢管与水平旋喷桩一起组合形成共同支护受力体系。

2.一种管幕旋喷桩支护结构，其特征是，包括若干管幕钢管，每两个管幕钢管之间均设置有至少一个水平旋喷桩，且管幕钢管和水平旋喷桩的边缘紧密接触，部分管幕钢管中填充有混凝土，管幕钢管与水平旋喷桩一起组合形成共同支护受力体系。

3.如权利要求2所述的管幕旋喷桩支护结构，其特征是，填充有混凝土的管幕钢管和未填充混凝土的管幕钢管间隔设置。

4.一种管幕旋喷桩支护结构，包括若干管幕钢管，每两个管幕钢管之间均设置有至少一个水平旋喷桩，且管幕钢管和水平旋喷桩的边缘紧密接触，所述管幕钢管中均填充有混凝土，管幕钢管与水平旋喷桩一起组合形成共同支护受力体系。

5.如权利要求1或2或4所述的管幕旋喷桩支护结构，其特征是，每两个管幕钢管之间均设置有两个紧邻的水平旋喷桩，每两个紧邻的水平旋喷桩的边缘紧密接触。

6.如权利要求1或2或4所述的管幕旋喷桩支护结构，其特征是，每两个管幕钢管之间均设置有多于两个紧邻的水平旋喷桩，且每两个紧邻的水平旋喷桩的边缘紧密接触。

7.如权利要求1或2或4所述的管幕旋喷桩支护结构，其特征是，所述管幕钢管直径为0.3m-2m。

8.如权利要求1或2或4所述的管幕旋喷桩支护结构，其特征是，所述管幕旋喷桩支护结构的形状布置成圆形、矩形或其他任意形状。