[发明专利]全断面受力的离散方钢管管排支护结构及其施工方法

说明书

本发明公开了全断面受力的离散方钢管管排支护结构及其施工方法，包括填充高强度混凝土并由多个角管和多个方钢管围成的管状结构；管状结构的内壁设有一层后浇防水混凝土层；角管设置于管状结构的横截面的转角位置，与相邻的方钢管之间均通过连接锁扣连接；多个方钢管分别对应管状结构的横截面的各条直边设置；每两个相邻的方钢管之间均通过连接锁扣连接；对应管状结构的横截面的直边的多个方钢管，以及相应的两个角管内均采用后张法设置钢绞线作为预应力束。施工时，先分批顶进所有的角管和方钢管；逐一设置波纹管、填充高强混凝土，张拉钢绞线；开挖土体后，设置后浇防水混凝土层。本发明使预应力张拉更便捷合理、适用范围更广、标准化更好。

技术领域

本发明涉及地下工程施工技术领域，特别涉及全断面受力的离散方钢管管排支护结构及其施工方法。

背景技术

随着城市化进程加快，常规的明挖法在城市核心区应用面临着交通、管线、周边环境等系列难题。因此，突破传统工法，探索地下工程暗挖技术势在必行。目前我国北京、沈阳、广州、贵阳等城市在岩石、硬土地层中以暗挖法建设地下工程较普遍。上海作为典型的富水软土地区，土层具有地下水位高、强度低的特点。目前应用较为广泛的主要有盾构法、顶管法和管幕法等。盾构法和顶管法受施工设备制约，存在断面尺寸小、不灵活，空间利用率低，拼缝导致渗漏隐患多的问题。管幕法由于施工阶段初期型钢支护无法整体横向受力，存在较多临时型钢支撑、开挖效率低的问题，而且使用阶段初期型钢支护无法利用，投资大。

一些学者提出借助微型顶管机，通过插槽定位，顶进方钢管后，横向穿预应力管道、浇筑方钢管内及之间混凝土、张拉预应力，从而使混凝土方钢管形成可以横向承载的整体结构。揭示的做法存在以下问题：首先，张拉的预应力筋的形式与布置，需根据简化模型计算弯矩分布后，结合正负弯矩分布，将一根预应力筋由负弯矩区弯折到正弯矩区，尽量确保预应力筋位于截面受拉区，属于混凝土结构原理中的受弯预应力构件。一是正负弯矩分布是由简化梁模型计算得到，模拟由离散混凝土型钢管张拉形成整体的实际情况可靠度需进一步研究；二是正负弯矩由于结构跨度不同不完全相等，但一根预应力筋提供了相同的拉力，会影响各截面受力状态，从而使正负弯矩分布更难以确定；三是由于预应力筋弯折，造成了部分预应力靠近截面中部，而除了弯矩零点截面外，其余截面均存在受拉区，从而可能引起开裂较为严重。其次，按照受弯预应力构件设计导致位于角部的方钢管需设置隔板并填充一部分混凝土，从而保证一部分角部负弯矩区受力性能，但隔板的设置减少了方钢管的内部人工施工空间，因此角部方钢管需扩大并采用异形截面。又次，采用的“C-T”插槽或“双L”插槽导致了各方钢管翼缘无法闭合形成连续受力，从而大幅度减小截面计算高度，造成不必要的浪费。最后，弯折的预应力筋需在各方钢管外壁不停位置留设开孔，从而造成各钢管均需在工程内进一步开孔加工，标准化低、工序繁琐。

因此，针对上述问题，如何使预应力张拉更便捷合理、适用范围更广、标准化更好、施工效率更高成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供全断面受力的离散方钢管管排支护结构及其施工方法，实现的目的是能够适应各种富水软土地区大断面、快速化地下工程的暗挖施工，同时达到离散钢管全断面受力的要求，解决预应力张拉更便捷合理、适用范围更广、标准化更好、施工效率更高的问题。

为实现上述目的，本发明公开了全断面受力的离散方钢管管排支护结构，包括多个角管、多个方钢管、多根预应力束，以及用于填充于所述角管和所述方钢管的高强度混凝土。

其中，多个所述角管和多个所述方钢管围成横截面成凸多边形的管状结构；

所述管状结构的内壁设有一层后浇防水混凝土层；

每一所述角管均设置于所述管状结构的横截面的转角位置；每一所述角管与相邻的所述方钢管之间均通过接触面两侧边缘位置的连接锁扣进行连接；

多个所述方钢管分别对应所述管状结构的横截面的各条直边设置；每两个相邻的所述方钢管之间均通过接触面两侧边缘位置的所述连接锁扣进行连接；