一种用于隧道超前支护的型钢管幕结构的制作方法

本实用新型专利涉及一种隧道超前支护的型钢管幕结构，适用于隧道管幕的施工，属于地下工程施工及其技术领域。

背景技术：

在开挖大断面隧道的过程中，首先要在岩土断面中水平打入钢管，形成管幕，作为初期支护结构，然后，在管幕形成的围护区域内进行土方开挖和隧道支护结构施工，最终形成隧道。现有技术中，用于隧道超前支护的管幕结构主要有2种类型，第一种为最常见的圆形钢管管幕，如图1所示；第二种为专利“一种用于地下工程超前支护的大直径管棚结构及施工方法”(申请号：CN201210146314.3)所述的管幕结构，如图2所示。图2所示管幕钢管支护结构为，首先将钢筋笼置于圆形钢管内部，然后在钢管内部进行注浆，形成钢筋笼与钢管共同受力的钢管管幕支护结构。

现有技术中，存在如下问题：

(1)现有技术1为目前最常见的管幕支护结构，即水平打入厚壁钢管(或再在管内注入混凝土)，形成钢管管幕支护结构。若管幕上部荷载较大或地面及地下管线变形要求严格，则需不断增加钢管直径或厚度以满足其抗弯剪刚度要求。若增大钢管直径，则不可避免地会减少管幕与地下既有管线之间的净间距，从而增大管幕施工对地下既有管线的损伤机率，诱发灾害；若钢管厚度增加，则会增大钢材用量，从而增大工程投资。

(2)现有技术2将钢筋笼置于圆形钢管内部，可在一定程度上增加管幕钢管刚度，但钢筋笼的绑扎、安装和运输通常比较繁琐，需要花费大量的时间和占用场地空间，且因钢筋笼长细比很大使其置入较长钢管内难度加大，从而使管幕刚度增加有一定局限。

本实用新型专利设计了一种直径小、施工周期短、施工质量易保证、刚度大且分布均匀的型钢管幕结构，在增加隧道管幕支护长度同时，可大大提高管幕的抗弯剪刚度，有效限制地面及地下管线沉降，并承担地面车辆较大荷载往复作用，降低管幕施工对地层中既有管线的损伤机率及灾害发生机率。有利的保障了地面正常运行条件下，下穿隧道施工的顺利进行。

技术实现要素：

本实用新型专利是一种用于隧道超前支护的型钢管幕结构，主要解决了隧道施工过程中遇到的如下技术问题：

(1)隧道管幕上部车辆荷载较大或地表及地下管线变形要求严格情况下，需要不断增加钢管直径和厚度以满足其抗弯剪刚度要求时，钢管直径增加，则不可避免地增加管幕施工对地下既有管线的损伤机率；钢管厚度增加，则会增大钢材用量，从而增加工程投资。

(2)现有技术2所述钢管管幕施工工序复杂，钢筋笼绑扎、安装和运输需要花费大量的时间，并占用场地空间，且因钢筋笼长细比很大置入钢管内难度较高，使管幕钢管刚度增加有限。

本实用新型隧道超前支护型钢管幕结构，具有管幕直径小、刚度大、工期短、质量高、易施工和造价低等特点、可有效限制地面和管线沉降，能够承担地面荷载往复作用，减少管幕与地下既有管线之间的净距离，降低管幕施工对地下既有管线的损伤机率，从而大大降低灾害发生的机率。

本实用新型采用的技术方案为一种用于隧道超前支护的型钢管幕结构包括薄壁钢管1、型钢2、混凝土3和支架4，如图3所示。型钢2放置在薄壁钢管1内部，支架4等间隔焊接于型钢2的底部，型钢2与薄壁钢管1之间的空隙内灌注有混凝土3；

型钢2带支架4共同沿水平方向置入已打入已被固定的薄壁钢管1内部，型钢2的腹板方向与型钢管幕结构的荷载方向一致，即，型钢2的两翼分别位于管幕结构的两个拉压区域处，混凝土3通过凝固连接薄壁钢管1和型钢2，成为内外一体受力结构。

混凝土3能够用水泥浆替换。

本实用新型的关键技术：

1、将型钢2置于薄壁钢管1内部，并在型钢2与薄壁钢管1空隙内灌注混凝土(或水泥浆)3密实，由此形成的结构体系在大大提高管幕刚度、增加支护距离的同时，可保证直径较小的管幕具有较大的刚度，达到限制地面变形，降低管幕施工对地下既有管线损伤机率；

2、用型钢2代替厚壁钢管，型钢两翼被充分用于管幕受力断面上下抗拉压区域边缘，可有效减少钢材使用量，降低工程造价；

3、用型钢2代替钢筋笼，可有效减少施工步序与周期，保证小直径管幕具有较大抗弯剪刚度，且其刚度沿轴向均匀分布。

附图说明

图1现有技术1(a管幕钢管b混凝土(无充填))

图2现有技术2(c通长钢管、d箍筋、f纵向钢筋、b混凝土、e支架)

图3型钢管幕结构断面示意图

图4型钢管幕结构配置示意图

图5型钢管幕组合示意图

具体实施方式

本实用新型采用的技术方案为一种隧道超前支护的型钢管幕结构具体实施工程如下：

(1)将支架4焊接于型钢2底部；

(2)通过水平定向钻孔工艺，将薄壁钢管1打入地层固定位置中；

(3)将型钢2带支架4插入薄壁钢管1内部，并保持型钢腹板与外部荷载方向一致；

(4)在型钢2与薄壁钢管1之间空隙内灌注混凝土(或水泥浆)3，通过混凝土(或水泥浆)3的凝固，使薄壁钢管1、型钢2及混凝土(或水泥浆)3形成协同受力的型钢管幕结构。