專利名稱：管棚或小導管靜壓頂入方法
技術領域：
本發(fā)明涉及隧道預支護措施的施工方法，具體涉及一種管棚或小導管靜壓頂入方法。
背景技術：
在淺埋暗挖法施工中，對于自穩(wěn)能力較差的圍巖，常采用預支護措施，以達到加固圍巖、穩(wěn)定工作面的目的。經(jīng)常采用的預支護措施包括超前管棚預支護以及小導管注漿加固。管棚法通過向擬開挖土層中打入鋼管并注漿，以提高土層自穩(wěn)能力，穩(wěn)定土拱并且減少開挖引起地層損失；同時，鋼管與格柵形成鋼管棚架體系，可以傳遞荷載、控制圍巖的變形。 管棚預支護和小導管預支護措施通常含有注漿加固，注漿加固可以改變圍巖的松散結構， 提高粘結力和內(nèi)摩擦角，封閉裂隙，使圍巖強度顯著提高。小導管注漿加固一般配合管棚超前支護使用，具有造價低、施工便捷等優(yōu)點，廣泛應用于淺埋工程中。管棚施作一般采用先鉆孔后進管法、導向管跟管鉆進法、回拖法等方法。先鉆孔后進管的施工方法為施工套拱一一鉆機鉆孔——清孔——安裝鋼管——注漿，該方法適用于一般巖土層中，圍巖較穩(wěn)定情況下。導向管跟管鉆進法施工方法為施工套拱——鉆機鉆進——鋼管頂進——鉆機鉆進——鋼管頂進——循環(huán)——注漿，跟管鉆進過程配合鉆頭糾偏，以滿足精度要求，該方法適用于長距離打設管棚?；赝戏ㄊ┕ぴ谝欢怂綄蜚@進形成導向孔然后從另一端回拖鋼管，最后進行注漿封閉，該方法一般用于一次超長管棚施工，應用于車站等長距離工程，在長距離隧道開挖中需要多次施工管棚、短距離洞室開挖成本較尚ο目前，大量淺埋工程處于軟土地層中，土層結構性差、土體含水量高。采用常規(guī)鉆孔安裝鋼管法管棚成孔困難且易失水導致沉降較大，不易采用?；赝戏ㄟm用一定距離的管棚施作，但對于短距離的過街通道和長距離的地體區(qū)間隧道等工程只能減少部分管棚工作室，經(jīng)濟效益不明顯。導向管跟管鉆進法在軟土層中糾偏次數(shù)要求增加，設備和操作復雜， 造價高，在軟土層長、短距離管棚施工中使用較少。小導管施工較少采用回拖法和跟管鉆進法，主要為鉆孔安裝鋼管，在軟土層中易導致較大的成孔沉降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)上述管棚和小導管在軟土層中施工技術的不足之處，提出一種管棚或小導管靜壓頂入方法，主要通過靜力頂入鋼管達到擠密土體、局部固結等目的，頂入設備可以安置在隧道開挖斷面內(nèi)，節(jié)約管棚工作室空間，靜力提供裝置通過外部導向裝置和內(nèi)部定向裝置控制管棚或者小導管的施工精度，起到良好的加固效果。本發(fā)明提出的管棚或小導管靜壓頂入方法，由靜壓提供裝置5、土體外部導向裝置 4和土體內(nèi)部定向裝置3實現(xiàn)鋼管頂入施工，鋼管1管身上均勻分布有注漿孔2，鋼管1由位于頂部的鋼管單元12、位于中部的進入土體內(nèi)部鋼管單元13、位于尾部的插入土體鋼管單元14和土體外側擬打設鋼管單元15依次連接組成，鋼管單元12、進入土體內(nèi)部鋼管單元13、插入土體鋼管單元14和土體外側擬打設鋼管單元15之間通過螺紋連接，鋼管1打入隧道開挖拱頂線7上方一定范圍內(nèi)；鋼管單元12頂部處理成錐形，插入土體鋼管單元14受到土體內(nèi)部定向裝置3的作用，土體內(nèi)部定向裝置3插入土體0. 4-1. 0單根鋼管長度，土體外側擬打設鋼管單元15受到土體外部導向裝置4作用，土體外側擬打設鋼管單元15尾部連接靜壓連接裝置5，靜壓力連接裝置5另一端和靜壓力提供裝置6接觸；具體步驟如下靜壓提供裝置6以管棚或者小導管設計角度傳遞靜壓力至靜壓連接裝置5，靜壓連接裝置5在土體外部導向裝置4的作用下傳遞靜壓力至擬打入鋼管單元15，鋼管1的各個單元之間通過力的傳遞擠壓進入土體，插入土體鋼管單元14受土體內(nèi)部定向裝置3的作用進入土體， 直至土體外側擬打設鋼管單元15變?yōu)槲膊坎糠植迦胪馏w鋼管單元14，同時原插入土體鋼管單元14變?yōu)橹胁窟M入土體內(nèi)部鋼管單元13，進而連接施工下一鋼管單元。本發(fā)明中，所述鋼管1為管棚或小導管。上述鋼管單元在以設計角度頂入土體過程中，尾部部分插入土體鋼管單元14受到土體內(nèi)部定向裝置3作用，土體外側擬打設鋼管單元15和靜壓連接裝置連接受到土體外側導向裝置4的作用。本發(fā)明中，土體內(nèi)部定向裝置3 —般為套拱，插入土體深度為0.4-1.0倍的單根管棚長度。本發(fā)明的優(yōu)點是，靜壓頂入鋼管擠密排水固結、頂入方法簡單、頂入和導向裝置方便易施工、管棚和小導管的施工精度易控制、頂入過程土體擾動少、沉降小。綜上，該方法可以增強管棚或者小導管注漿預支護效果，同時節(jié)約成本。將管棚頂入視為勻速過程，根據(jù)受力平衡鋼管受到反力裝置的靜壓力與周圍土體對管棚或者小導管提供阻力平衡。受鋼管的擠壓作用周圍一定范圍內(nèi)的土體體積壓縮，產(chǎn)生固結效果，同時體積壓縮導致土體內(nèi)部超空隙水壓力，管棚或者小導管上的注漿孔的排水滲透作用以及鋼管與周圍土體存在的空隙提供了較好的滲流通道。因此，靠近鋼管土體產(chǎn)生排水固結，超孔隙水壓力消散，加固圍巖。


圖1為靜壓頂入方法結構示意圖。圖2為管棚或者小導管靜壓頂入擠密排水示意圖。圖中標號1為鋼管，2為注漿孔，3為管棚或者小導管土體內(nèi)部定向裝置，4為管棚或者小導管單元土體外部導向裝置，5為靜壓力連接裝置，6為靜壓力提供裝置，7為隧道開挖面拱頂線，8為隧道開挖掌子面，9鋼管擠土壓力，10為靜壓頂入土體排水線，11為靜壓頂入擠密土體影響線，12為鋼管單元，13為進入土體內(nèi)部鋼管單元，14為插入土體鋼管單元， 15為土體外側擬打設鋼管單元。
具體實施例方式以下結合附圖通過具體實施對本發(fā)明特征及相關特點做進一步詳細說明，以便于同行業(yè)研究、技術人員理解
附圖1-2中標號1-15代表的是管棚或者小導管鋼管1、注漿孔2、管棚或者小導管土體內(nèi)部定向裝置3、管棚或者小導管單元土體外部導向裝置4、靜壓力連接裝置5、靜壓力提供裝置6、隧道開挖面拱頂線7、隧道開挖掌子面8、鋼管擠土壓力9、靜壓頂入土體排水線10、 靜壓頂入擠密土體影響線11，鋼管1由頂部鋼管單元12、中部進入土體內(nèi)部鋼管單元13、尾部部分插入土體鋼管單元14、土體外側擬打設鋼管單元15組成。附圖1為發(fā)明的實現(xiàn)結構示意圖，即縱剖面圖。由圖1可知，該方法動力是由千斤頂?shù)褥o壓提供裝置6提供，經(jīng)由靜壓連接裝置5傳遞到管棚或者小導管上。該靜壓力連接裝置5主要實現(xiàn)靜壓力傳遞和土體外側擬打設鋼管單元15的固定。土體外部導向裝置4位于擬打設鋼管單元15和靜壓力連接裝置5下方，主要實現(xiàn)控制擬打設鋼管單元15靜壓力傳遞的方向。隨著土體外側擬打設鋼管單元15的頂進，插入土體鋼管單元14受土體內(nèi)部定向裝置3的作用進入土體成為中部進入土體內(nèi)部鋼管單元13，然后施作下一鋼管單元。圖2為圖1的A-A剖面圖，垂直于管棚或者小導管橫斷面有靜壓力作用。從圖2 可見，鋼管1在靜壓力作用下，打入圍巖，根據(jù)靜壓頂入擠密土體影響線11，看到壓縮周圍范圍內(nèi)的土體，起到擠密效果。同時，鋼管1與圍巖的光面接觸及鋼管本身的注漿孔2可以提供滲水通道，通過靜壓頂入土體排水線10內(nèi)的孔隙水，達到排水固結的效果。此外，鋼管頂入荷載作用下會導致鋼管周圍土體產(chǎn)生超孔隙水壓力，利于孔隙水從注漿孔、接觸面等通道排出。該發(fā)明實現(xiàn)非開挖施作管棚或者小導管，對土體產(chǎn)生了擠密、排水的加固效果。該發(fā)明的實現(xiàn)裝置結構簡單，操作方便，所需的施工空間較小，可取消工作室，對于長、短距離管棚或者小導管預支護施作，可在開挖洞室內(nèi)多次施作管棚或者小導管，本發(fā)明的管棚或者小導管一次施作的長度應控制在15m-20m范圍內(nèi)，一次施作過長將會導致施作精度不易控制。該發(fā)明針對軟土層中預支護鋼管的施工，尤其對于高含水量的粘土、粉土。軟土層中，圍巖自穩(wěn)能力差，常規(guī)管棚成孔困難，而且易導致過大的沉降。采用靜壓頂入過程減少圍巖擾動，兼具擠壓排水效果。本發(fā)明適用于軟土層，頂入過程不會出現(xiàn)圍巖裂縫、隆起等現(xiàn)象。
權利要求
1.一種管棚或小導管靜壓頂入方法，其特征在于由靜壓提供裝置(5)、土體外部導向裝置(4)和土體內(nèi)部定向裝置(3)實現(xiàn)管棚或小導管頂入施工，鋼管(1)管身上均勻分布有注漿孔O)，鋼管(1)由位于頂部的鋼管單元(12)、位于中部的進入土體內(nèi)部鋼管單元 (13)、位于尾部的插入土體鋼管單元(14)和土體外側擬打設鋼管單元(1 依次連接組成， 鋼管單元(12)、進入土體內(nèi)部鋼管單元(13)、插入土體鋼管單元(14)和土體外側擬打設鋼管單元(15)之間通過螺紋連接，鋼管(1)打入隧道開挖拱頂線(7)上方一定范圍內(nèi)；鋼管單元(1 頂部處理成錐形，插入土體鋼管單元(14)受到土體內(nèi)部定向裝置C3)的作用，土體內(nèi)部定向裝置C3)插入土體0. 4-1.0單根鋼管長度，土體外側擬打設鋼管單元(1 受到土體外部導向裝置(4)作用，土體外側擬打設鋼管單元(1 尾部連接靜壓連接裝置(5)， 靜壓力連接裝置( 另一端和靜壓力提供裝置(6)接觸；具體步驟如下靜壓提供裝置(6) 以鋼管(1)設計角度傳遞靜壓力至靜壓連接裝置(5)，靜壓連接裝置( 在土體外部導向裝置的作用下傳遞靜壓力至擬打入鋼管單元(15)，鋼管(1)的各個單元之間通過力的傳遞擠壓進入土體，插入土體鋼管單元(14)受土體內(nèi)部定向裝置(3)的作用進入土體，直至土體外側擬打設鋼管單元(15)變?yōu)槲膊坎糠植迦胪馏w鋼管單元(14)，同時原插入土體鋼管單元(14)變?yōu)橹胁窟M入土體內(nèi)部鋼管單元(13)，進而連接施工下一鋼管單元。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種管棚或小導管靜壓頂入方法，其特征在于所述鋼管(1) 為管棚或小導管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種管棚或小導管靜壓頂入方法，本發(fā)明專利針對軟土層中管棚和小導管施工成孔困難、沉降大等問題，利用牛頓第三定律和土力學原理發(fā)明了管棚和小導管施工的靜壓頂入法，鋼管擠壓土體成孔，起到擠密、排水等目的，鋼管頂入力采用靜壓力，較其他方式可以減少土體擾動。本發(fā)明由靜力提供裝置、土體外部鋼管導向裝置、土體內(nèi)部管棚和小導管定向裝置實現(xiàn)。靜力裝置將靜壓力以一定角度作用在擬打入管棚或者小導管單元上，靜力作用下鋼管被頂入土體，開挖面外側擬打設鋼管受到靜力導向裝置作用，鋼管頂入圍巖后在管棚和小導管導向裝置作用下沿一定角度頂進，上一單元頂進完成后循環(huán)施作下一鋼管單元，該發(fā)明可以擠密土體、固結排水，同時減少施工擾動，從而加強管棚或者小導管的預支護效果。
文檔編號E21D9/00GK102168563SQ20111006573
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權日2011年3月18日
發(fā)明者周順華, 王炳龍, 石景山, 賈劍 申請人:同濟大學