超大管棚施工方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 104879137 A (43)申请公布日(43)申请公布日 2015.09.02

(21)申请号 201510252016.6(22)申请日 2015.05.18

(71)申请人石家庄铁道大学

地址050043 河北省石家庄市北二环东路

17号(72)发明人李佰林 岳祖润 龚宝兴 宋宏芳(74)专利代理机构石家庄国为知识产权事务所

13120

代理人李荣文(51)Int.Cl.

E21D 11/00(2006.01)E21D 11/10(2006.01)E21D 11/14(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图3页

()发明名称

超大管棚施工方法(57)摘要

本发明公开了一种超大管棚施工方法，涉及浅埋暗挖等复杂地质条件下及具有特殊加固要求的地基加固技术领域，包括以下步骤：第一步：开挖；第二步：钻孔；第三步：钢管顶进；第四步：布线；第五步：安装注浆管；第六步：注浆；第七步：重复第二步至第六步直至布满设计断面；第八步：通过预留注浆管注入浆液使待加固区域形成连续结构，待浆液达到24小时凝固强度时，完成管棚施工；在保证下部结构正常施工的情况下，可以随时根据现场监测的反馈信息，通过预留注浆孔注浆及其注浆压力进行时时跟踪调整，以便预防、抵制下部施工所带来的沉降影响，不会对既有地表结构物产生异常影响，不影响其正常使用功能。

C N 1 0 4 8 7 9 1 3 7 A CN 104879137 A

权 利 要 求 书

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1.一种超大管棚施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：开挖，在待加固区域两端开挖工作坑，工作坑的深度大于等于管棚设计高度，宽度大于管棚设计宽度；

第二步：钻孔，遵循从两侧向中心的顺序钻孔，每次只钻一个顶进孔，顶进孔的直径大于等于待顶进钢管的外径；

第三步：钢管顶进，将待顶进钢管插入顶进孔内，并使用顶进设备将钢管逐步顶进，在钢管插入至顶进孔孔底时，人工进入钢管内开挖掌子面，遵循开挖、出土和顶进的顺序进行，直至钢管贯穿待加固区域；

第四步：布线，在顶进就位的钢管内布设照明线路和注浆管线；第五步：安装注浆管，人工进入顶进就位的钢管内，在钢管侧壁上沿其长度方向依次开设注浆孔，注浆孔的轴线正对待加固区域，并利用千斤顶将注浆管穿过注浆孔后顶入待加固区域；

第六步：注浆，保证浆液泵对待加固区域注浆管的注浆数量不少于单根钢管内注浆孔总数的70%；

第七步：重复第二步至第六步直至布满设计断面；第八步：通过预留注浆管注入浆液使待加固区域形成连续结构，待浆液达到24小时凝固强度时，完成管棚施工。

2.根据权利要求1所述的超大管棚施工方法，其特征在于：所述钢管的直径大于700mm，所述注浆管侧壁上绕其轴线均布至少两列通孔，其一端螺纹连接球阀，另外一端设有顶尖。

3.根据权利要求2所述的超大管棚施工方法，其特征在于：所述第三步顶进过程中，每次开挖深度控制在 2 m以内。

4.根据权利要求3所述的超大管棚施工方法，其特征在于：所述第五步安装注浆管时，相邻注浆管的间距为4.5 m。

5.根据权利要求4所述的超大管棚施工方法，其特征在于：所述第六步注浆过程中，浆液的注浆压力为0.3Mpa。

6.根据权利要5所述的超大管棚施工方法，其特征在于：所述第八步施工过程中，在后钢管顶进前，必须确保与其相邻的在前钢管对应注浆区域的浆液达到24小时凝固强度，同时，在后钢管顶进后，通过在前钢管预留的注浆管为待加固区域重复注浆，弥补在后钢管顶进过程中引起的沉降。

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说 明 书超大管棚施工方法

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技术领域

本发明涉及一种浅埋暗挖等复杂地质条件下及具有特殊加固要求的地基加固技术领域，尤其是一种超大管棚施工方法。

[0001]

背景技术

管棚法也被称作伞拱法，是在地下工程某断面的一部分或全部断面上进行的以超前支护为目的的施工工艺，其实质是在未进行开挖的地下隧道或结构工程的衬砌拱圈外弧线以上钻孔，并安置注浆钢管注浆以起到临时超前支护作用。目的是为了防止土层坍塌和地表沉降变形，以保证后续工序安全正常施工，在浅埋暗挖时的超前支护结构是按环向布设以形成钢管棚护结构。总言之，管棚是为了在特殊地质等条件下安全开挖，进而预先提供增强地层承载力的临时支护结构，采用管棚技术可以加固和支护围岩，以确保安全进洞和顺利施工。

[0003] 下面对管棚施工原理及其在软弱围岩的隧道施工中起到的作用进行阐述，实际管棚在工程中起到的是简支梁作用，两端的支撑梁是简支梁的弹性支撑。在软弱地层隧道拱部的小管棚，要形成棚须具备的条件：(1)是管间的软弱围岩能形成拱微段；(2)是杆件结构的承载力能够消散上部传递的围岩压力。因此管棚能有效抑制围岩松动和垮塌，并将浆液注入围岩使松散岩体胶结凝固，从而改善了软弱破碎围岩的物理力学性能，增强了围岩的自承受能力，从而达到了加固管棚周边围岩的目的。管棚亦能耗散因掌子面爆破所产生的冲击波，从而降低了因反向波的拉伸所造成的岩体破坏和扰动，并能缓冲塌方时间确保工人施工安全。

[0004] 地表及其上部构筑物的变形主要包括管棚和地表之间的土体变形、管棚的挠曲变形和其端头支撑梁的变形，之前的变形控制主要通过提高管棚和端头支撑梁的刚度来实现。随着基础设施使用功能精确性的提高和人们对环境保护要求的动态发展，传统的加固措施在一定程度内已不能满足现实需求，加固效果不能承担施工所带来的不利影响，造成了巨大的经济负担，本发明有效提高了变形精度，开挖引起的变形量非常小，得以使工程顺利施工。

[0002]

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超大管棚施工方法，使用所述施工工法进行

施工能最大程度的保证结构原有的使用功能要求，使沉降等变形最小化，而且超大管棚施工工法操作简单稳定，具有可靠的安全性和整体稳定性。相对传统的大管棚支护，该法具有加固方式更加灵活、更能高效明显地实现特殊工况下的加固效果，并取得良好的经济社会效益等特点。

[0005] [0006]

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：超大管棚施工方法，包括以下

步骤：

第一步：开挖，在待加固区域两端开挖工作坑，工作坑的深度大于等于管棚设计高度，

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说 明 书

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宽度大于管棚设计宽度；

第二步：钻孔，遵循从两侧向中心的顺序钻孔，每次只钻一个顶进孔，顶进孔的直径大于等于待顶进钢管的外径；

第三步：钢管顶进，将待顶进钢管插入顶进孔内，并使用顶进设备将钢管逐步顶进，在钢管插入至顶进孔孔底时，人工进入钢管内开挖掌子面，遵循开挖、出土和顶进的顺序进行，直至钢管贯穿待加固区域；

第四步：布线，在顶进就位的钢管内布设照明线路和注浆管线；第五步：安装注浆管，人工进入顶进就位的钢管内，在钢管侧壁上沿其长度方向依次开设注浆孔，注浆孔的轴线正对待加固区域，并利用千斤顶将注浆管穿过注浆孔后顶入待加固区域；

第六步：注浆，保证浆液泵对待加固区域注浆管的注浆数量不少于单根钢管内注浆孔总数的70%；

第七步：重复第二步至第六步直至布满设计断面；第八步：通过预留注浆管注入浆液使待加固区域形成连续结构，待浆液达到24小时凝固强度时，完成管棚施工。

[0007] 所述钢管的直径大于700mm，所述注浆管侧壁上绕其轴线均布至少两列通孔，其一端螺纹连接球阀，另外一端设有顶尖。[0008] 所述第三步顶进过程中，每次开挖深度控制在 2 m以内。[0009] 所述第五步安装注浆管时，相邻注浆管的间距为4.5 m。[0010] 所述第六步注浆过程中，浆液的注浆压力为0.3Mpa。[0011] 所述第八步施工过程中，在后钢管顶进前，必须确保与其相邻的在前钢管对应注浆区域的浆液达到24小时凝固强度，同时，在后钢管顶进后，通过在前钢管预留的注浆管为待加固区域重复注浆，弥补在后钢管顶进过程中引起的沉降。[0012] 本发明的有益效果如下：使用大直径钢管作为主要构件，并设置穿过钢管侧壁的注浆管进行注浆，待超大管棚施工完毕后，在保证下部结构正常施工的情况下，可以随时根据现场监测的反馈信息，通过预留注浆孔注浆及其注浆压力进行时时跟踪调整，以便预防抵制下部施工所带来的沉降影响，充分地保证了管棚上部原状土的原位受力状态，因此，不会对既有地表结构物产生异常影响，通过现场实测数据可以得出，使用该施工工法的实际工程结构的位移变化量非常小，从而充分保证了原有结构的稳定性，以至于不影响其正常使用功能。附图说明

[0013]

图1是本发明的施工断面示意图；图2是本发明大直径钢管内布设详图；

图3是本发明实施例1的待加固区域横向沉降趋势线；图4是本发明实施例1的待加固区域纵向沉降趋势线；

图5是本发明实施例1的待加固区域横向沉降叠加曲线叠加前状态；图6是本发明实施例1的待加固区域横向沉降叠加曲线叠加后状态；图7是本发明实施例1的注浆管位置示意图；

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图8是本发明实施例1的两端注浆管注浆示意图；

图9是本发明实施例1注浆叠加后待加固区域示意图；在附图中：1、钢管；2、照明线路；3、注浆管线；5、千斤顶；6、注浆管；7、球阀；8、作业小车。

具体实施方式

[0014] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。[0015] 综上所述，本发明公开了超大管棚施工方法，包括以下步骤：

第一步：开挖，在待加固区域两端开挖工作坑，工作坑的深度大于等于管棚设计高度，宽度大于管棚设计宽度；

第二步：钻孔，遵循从两侧向中心的顺序钻孔，每次只钻一个顶进孔，顶进孔的直径大于等于待顶进钢管的外径；

第三步：钢管顶进，将待顶进钢管插入顶进孔内，并使用顶进设备将钢管逐步顶进，在钢管插入至顶进孔孔底时，人工进入钢管内开挖掌子面，遵循开挖、出土和顶进的顺序进行，直至钢管贯穿待加固区域，顶进过程中，每次开挖深度控制在 2 m以内；

第四步：布线，在顶进就位的钢管内布设照明线路和注浆管线；第五步：安装注浆管，人工进入顶进就位的钢管内，在钢管侧壁上沿其长度方向依次开设注浆孔，注浆孔的轴线正对待加固区域，并利用千斤顶将注浆管穿过注浆孔后顶入待加固区域，安装注浆管时，相邻注浆管的间距为4.5 m；

第六步：注浆，保证浆液泵对待加固区域注浆管的注浆数量不少于单根钢管内注浆孔总数的70%，注浆过程中，浆液的注浆压力为0.3Mpa；

第七步：重复第二步至第六步直至布满设计断面；第八步：通过预留注浆管注入浆液使待加固区域形成连续结构，待浆液达到24小时凝固强度时，完成管棚施工，在后钢管顶进前，必须确保与其相邻的在前钢管对应注浆区域的浆液达到24小时凝固强度，同时，在后钢管顶进后，通过在前钢管预留的注浆管为待加固区域重复注浆，弥补在后钢管顶进过程中引起的沉降；本发明中所采用的钢管的直径大于700mm，所述注浆管侧壁上绕其轴线均布至少两列通孔，注浆管一端螺纹连接球阀，另外一端设有顶尖，方便顶入土体。[0016] 在具体施工过程中，本发明以门形管棚（如图1所示）为例进行说明，其沉降趋势参见附图3-6，具体操作步骤如下：

第一步：开挖，在待加固区域两端开挖工作坑，工作坑的深度大于等于管棚设计高度，宽度大于管棚设计宽度；

第二步：钻孔，本实施例为门形管棚，包括一排水平排布的钢管1和两侧的两列竖向排布的钢管，钻孔施工可以从两侧的两列竖向排布的最低位的钢管对应的位置开始，也可以两侧同时施工；

第三步：钢管顶进，将待顶进钢管插入顶进孔内，并使用顶进设备将钢管逐步顶进，在钢管插入至顶进孔孔底时，人工进入钢管内开挖掌子面，遵循开挖、出土和顶进的顺序进行，直至钢管贯穿待加固区域，每次开挖深度不得大于2m，在顶进过程中，由于使用的钢管为标准钢管，其长度为标准值，而且长度还收到工作坑的，在顶进过程中需要接管，接

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说 明 书

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管可以采用焊接方式，但是接管平顺度应保持在±40cm/100m的范围内；

第四步：布线，在顶进就位的钢管内布设照明线路2和注浆管线3，照明线路2的作用是为后续注浆管6安装和注浆提供照明用电和工具用电，注浆管线3的长度应该确保所有注浆管6均能够与其正常连接，同时注浆管线3承压能力应该高于注浆压力，确保注浆过程安全进行（参见附图2）；

第五步：安装注浆管，人工进入顶进就位的钢管1内，在钢管1侧壁上沿其长度方向依次使用焊割机4开设注浆孔，注浆孔的轴线正对待加固区域，注浆孔也可以提前预制在钢管上，预制的注浆孔安装单向封堵，利用千斤顶5将注浆管6穿过注浆孔后顶入待加固区域，安装注浆管时，相邻注浆管6的间距为4.5m,在安装注浆管时，可以利用小车8将使用设备送入钢管内（参见附图2），小车8还可以作为作业平台；本实施例为门形管棚，只在水平排列的钢管上侧壁上安装注浆管，将水平排列的钢管上方作为待加固区域，因此，注浆管只安装在水平排列的钢管内，而且注浆管竖直向上安装。[0017] 第六步：注浆，保证浆液泵对待加固区域注浆管的注浆数量不少于单根钢管内注浆孔总数的70%，注浆过程中，浆液的注浆压力为0.3Mpa；

第七步：本实施例中的钢管为对称结构，而且在两列竖向排布的钢管上不安装注浆管，因此，对于两列竖向排布的钢管，只需按设计要求完成顶进即可，可以在两列之间间隔施工，完成两列竖向排布的钢管顶进后，水平排布的钢管也可以从两侧向内间隔施工，水平钢管的施工结束是以完成注浆，而且浆液达到24小时强度后为准，在注浆过程中，预留一部分注浆管，只使用部分注浆管注浆，但不能少于单根钢管内注浆管总数的70%；

第八步：重复第二步至第七步，直至所有水平排布的钢管完成顶进和注浆，待注入待加固区域的浆液达到24小时凝固强度时（参见附图7-9），完成管棚施工，可以开始后续开挖施工。

[0018] 总之，本发明使用大直径钢管作为主要构件，并设置穿过钢管侧壁的注浆管进行注浆，待超大管棚施工完毕后，在保证下部结构正常施工的情况下，可以随时根据现场监测的反馈信息，通过预留注浆孔注浆及其注浆压力进行时时跟踪调整，以便预防抵制下部施工所带来的沉降影响，充分地保证了管棚上部原状土的原位受力状态，因此，不会对既有地表结构物产生异常影响，通过现场实测数据可以得出，使用该施工工法的实际工程结构的位移变化量非常小，从而充分保证了原有结构的稳定性，以至于不影响其正常使用功能。

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说 明 书 附 图

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图1

图2

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说 明 书 附 图

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图3

图4

图5

图6

图7

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说 明 书 附 图

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图8

图9

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