一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构及其施工方法与流程

1.本发明涉及联络通道修建技术领域。具体地说是一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构及其施工方法。

背景技术：

2.冻结法是用人工制冷的方法，将待开挖地下空间周围的土体中水冻结为冰并与土体胶结在一起，形成一个按设计轮廓的冻土墙或密闭的冻土体，用于抵抗土体压力，隔绝地下水，并在冻土墙的保护下，进行地下工程的施工，首先进行冻结管钻孔定位，钻孔结束后，在冻结孔内布置冻结器，安装冻结管，使冻结管与冻结系统相互连接，最后进行冻结。利用冻结管在土中的循环冷量，将土中的水凝结为冰，使岩土变为冻土，从而达到增强土体稳定性及强度的目的，使之形成完整性更好，防水性能更佳的临时加固体；循环冻结就必然，会造成冻胀与融沉，伴随着冻土的冻胀一般均有相当可观的融化下沉，从而导致地表不均匀隆起或沉陷，引起土层的压密沉降。
3.联络通道是连接上下行线盾构隧道的连接通道，其主要作用是保证运营期盾构隧道的防灾需要及区间排水需要，目前国内联络通道的修建主要采用冻结法进行地层加固，矿山暗挖法施工，由于在联络通道内施工基坑，施工空间狭小，初期支护多采用“型钢支撑+木背板+喷砼”或“钢格栅支撑+喷砼”方式，施工顺序为：开挖
→
型钢或钢格栅支撑
→
喷砼封闭
→
开挖，喷砼作业、开挖及初期支护安装工序间转换耗时长，施工效率低，且喷砼后现场作业环境差，工程风险高。

技术实现要素：

4.为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种将波纹钢板应用于地铁联络通道冻结初期支护结构中，并注浆提高冻结壁结合力的低放热高聚物注浆材料，取消喷砼作业工序的地铁联络通道波纹钢初期支护结构，施工作业中运输方便、装配简单、易于堆放，开挖过程中随挖随支，改善工作面环境，提高工程质量，确保安全施工。
5.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
6.一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构，围岩开挖面内侧形成有冻结壁，支护结构由两个或两个以上的单榀波纹钢板件依次沿冻结壁的环形内侧壁搭接拼装形成，支护结构上设有注浆孔，支护结构将冻结壁暴露面封闭；单榀波纹钢板件由两个或两个以上的波纹钢板依次搭接形成。
7.更进一步的，单榀波纹钢板件是由至少4块波纹钢板依次通过高强螺栓连接形成与冻结壁的环形内侧壁适配的闭环状结构，单榀波纹钢板件的纵向壁宽为500-800mm。
8.更进一步的，至少4块波纹钢板中的相邻两块波纹钢板之间搭接拼装并由高强螺栓连接，且相邻两块波纹钢板之间的搭接长度不小于50mm。
9.更进一步的，两个或两个以上的单榀波纹钢板件中的相邻两个单榀波纹钢板件之间搭接拼装并由高强螺栓连接，且相邻两个单榀波纹钢板件之间的搭接长度不小于100mm。
10.更进一步的，波纹钢板采用q345钢材质，波纹钢板的厚度为5-10mm，波纹钢板的波距为150-300mm，波纹钢板的波深为50-110mm。
11.更进一步的，单榀波纹钢板件设有四个或四个以上，每间隔两个单榀波纹钢板件的邻接的单榀波纹钢板件上设有均匀排布的两个或两个以上注浆孔，设有注浆孔的单榀波纹钢板件之间间距1500-2400mm，注浆孔通过无缝钢管连接有注浆管。
12.更进一步的，注浆管向注浆孔内注入低放热高聚物注浆材料以粘结冻结壁与支护结构。
13.更进一步的，低放热高聚物注浆材料的密度为0.08-0.20g/cm3，体积自由膨胀率为20-25倍，粘度≤500mpa
·
s，表面反应温度≤40℃，导热系数≤0.05w/，固化时间≤15min。
14.地铁联络通道波纹钢初期支护结构的施工方法，围岩开挖面内侧形成有冻结壁，支护结构由两个或两个以上的单榀波纹钢板件依次沿冻结壁的环形内侧壁搭接拼装形成，支护结构上设有注浆孔，支护结构将冻结壁的暴露面封闭；单榀波纹钢板件由两个或两个以上的波纹钢板依次搭接形成；施工方法包括如下步骤：
15.s1、开挖联络通道的土体，开挖步距为500-800mm，且与单榀波纹钢板件的宽度一致；
16.s2、土体开挖完成后，按先下后上顺序进行单榀波纹钢板件的拼装，使得拼装后形成的支护结构封闭冻结壁的暴露面；
17.s3、沿开挖方向，每3个单榀波纹钢板件设置一圈注浆孔，注浆孔位于第3个单榀波纹钢板件上，该3个单榀波纹钢板件安装完成后按照由上至下的顺序依次通过注浆孔向波纹钢板后的空间注入低放热高聚物注浆材料，冻结壁、波纹钢板及低放热高聚物注浆材料粘接形成联合承载；
18.s4、注浆完成后按照s1-s3的顺序进入开挖、支护及注浆循环。
19.本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
20.1、本发明提供的一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构及其施工方法，与传统联络通道初期支护形式相比，厚度减薄，强度加大，韧度更强，简化施工工序。
21.2、本发明提供的一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构及其施工方法，与传统初期支护形式相比，本发明初期支护厚度有较大程度的减小，可减小开挖断面尺寸，加快施工进度，降低施工风险。
22.3、本发明提供的一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构及其施工方法，采用低放热高聚物注浆材料，借助局部反应热不断侵蚀冻结壁，在冻结壁上形成微熔冻通道而又不影响冻结壁的强度，使得注浆材料与冻结壁形成相互镶嵌微观结构，从而大幅提高与冻结壁的结合力，高聚物材料完全反应后会封堵注浆孔口，使注浆孔内处于封闭状态。
附图说明
23.图1本发明一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构示意图；
24.图2是图1的横剖面示意图；
25.图3是图2的局部示意图；
26.图4本发明支护结构平面示意图；
27.图5本发明一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构的联络通道横断面示意图；
28.图6本发明一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构的联络通道纵断面示意图。
29.图中附图标记表示为：1-波纹钢板；2-冻结壁；3-围岩；4-低放热高聚物注浆材料；5-高强螺栓；6-注浆孔。
具体实施方式
30.实施例1
31.图1是本发明一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构示意图，图2是图1的横剖面示意图，图3是图2中的横截面局部示意图，图4是支护结构的平面示意图，图5是联络通道横断面示意图，图6是联络通道纵断面示意图。
32.本实施例如图1-6所示，一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构，在围岩3开挖面内侧形成有冻结壁2，在隧道内冻结法加固壁层,使联络通道外围土体冻结,形成强度高、封闭性好的冻土墙,然后在冻土墙中使用类矿山法进行联络通道的开挖构筑施工，随挖随支护，冻结过程中,隧道受冻胀力的作用会发生隧道横向断面变形,从而影响隧道的椭圆度，为减少这一变形,在冻结隧道内安装预应力支撑结构,以控制隧道的变形。
33.支护结构由多个单榀波纹钢板件依次沿冻结壁2的环形内侧壁搭接拼装形成，支护结构将冻结壁2暴露面封闭，单榀波纹钢板件由波纹钢板1依次搭接形成，其中单榀波纹钢板件是由4块波纹钢板1依次通过高强螺栓5依次连接形成与冻结壁2的环形内侧壁适配的闭环状结构，单榀波纹钢板件的纵向壁宽为500mm，也即单个波纹钢板的宽度为500mm，相邻单榀波纹钢板件之间搭接拼装并由高强螺栓5连接，沿开挖后的通道内冻结壁搭接以形成支护结构，其中波纹钢板1采用q345钢材质，波纹钢板1的厚度为5mm，波纹钢板1的波距为150mm，波纹钢板1的波深为50mm，相邻波纹钢板1之间的搭接长度不小于50mm，相邻单榀波纹钢板件之间的搭接长度不小于100mm，波纹钢板自身强度高、受力性能好、抗变形能力强，相邻波纹钢板之间彼此的圆拱部和波谷部处分别对应搭接并用高强螺栓垂直向固定，高强螺栓大于8.8级，并进行热镀锌防腐处理，对应通道内顶部的呈拱形的冻结壁顶则采用弯制的波纹钢板与壁顶形状适配并与竖直向的波纹钢板顶部处呈圆弧过渡搭接，对应通道内底部的冻结壁底与竖直向的波纹钢板底部处呈圆弧过渡搭接，在圆弧过渡处通过并排的多个高强螺栓共同固定。
34.支护结构上设有均匀排布的注浆孔6，每3榀(间距1500mm)设置一圈注浆孔，单个波纹钢板上开设2个注浆孔，注浆孔一般下入φ45
×
3mm的无缝钢管作为注浆管，注浆孔同时作为二衬结构施工完成后的融沉注浆孔，注浆孔是为了减少融沉对通道及地面建筑和地下管线的不利影响,以及时跟踪注浆,或根据观测到的通道及地层沉降情况及时地对地层进行补偿注浆。
35.设有注浆孔的单榀波纹钢板件安装完成通过注浆管和注浆孔及时向波纹钢板后的空间进行低放热高聚物注浆材料注浆，以使冻结壁、波纹钢板及低放热高聚物材料粘接形成联合承载。
36.其中低放热高聚物注浆材料选用现有技术中的聚氨酯注浆材料，注浆材料的密度范围在0.08-0.20g/cm3，材料粘度低，可注性好，可以降低反应温度，减小材料本身膨胀力对冻结壁及波纹钢板的影响，体积自由膨胀率20-25倍，可快速将3个单榀波纹钢板件的空
间填充完成，粘度小于500mpa
·
s，可注性好，表面最高反应温度低于40℃，放热温度低，放热量少，减小放热反应对外侧冻结壁的影响，反应温度低，对冻结壁影响小，导热系数小于0.05w/(m
·
k)，保温效果好，固化时间小于15min，固化反应时间可调，可根据不同环境条件进行调整，反应时间短，可在短时间内与冻结壁及波纹钢板填充并增强密实度，粘结性好，可与冻结壁及波纹钢板较好的结合成整体。
37.注浆材料的密度范围在0.08-0.20g/cm3，不会达到质变的程度，对注浆层的各项指标影响较小，密度的影响：随着高聚物注浆材料密度越大，相应的中心和表面最高反应温度也越大，注浆材料产生的膨胀力也越大，主要是由于反应物底料浓度的增大，增加了反应物分子之间的有效碰撞，提高了整个化学反应的最大限度，使高聚物固化反应释放热量增加；放热量高的情况下分子具有较大的势能，同时分子间接触几率增加，导致膨胀力增大；当密度大于这个范围时，相应的中心和表面反应温度越大，对冻结壁产生“热熔”的不利影响，膨胀力越大，对冻结壁和波纹钢板的自身性能产生不利影响；当密度小于这个范围时，材料的抗压、抗拉强度明显降低，注浆层受外力影响可能产生破坏。
38.本实施例低放热高聚物注浆材料选用聚氨酯注浆材料，混合后发生加聚反应形成固化过程，加聚过程的反应包括凝胶反应、发泡反应和三聚反应，由于这三种反应都是放热反应，所以在固化过程中会释放一定的热量，由于高聚物固化放热导致自身温度升高与周围介质之间产生温差，由于冻结壁对温度敏感性较强，在温差作用下，高聚物固化产生的热量会通过热传导、热对流以及热辐射等方式进入冻结壁内，且反应温度低于40℃，不容易引起热量积累，自身热效应对周围环境产生的影响较弱，对冻土壁温度场的影响范围有限，借助局部反应热不断侵蚀冻结壁，在冻结壁上形成微熔冻通道，使得注浆材料与冻结壁形成相互镶嵌结构，提高注浆材料与冻结壁的结合力。实施例2
39.一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构的施工方法，如图1-6所示，围岩3开挖面内侧形成有冻结壁2，支护结构由至少一个单榀波纹钢板件依次沿冻结壁2的环形内侧壁搭接拼装形成，支护结构上设有注浆孔6，支护结构将冻结壁2暴露面封闭；单榀波纹钢板件由至少一个波纹钢板1依次搭接形成，施工方法包括如下步骤：
40.s1、开挖联络通道的土体，开挖步距为500-800mm，且与单榀波纹钢板件宽度一致；
41.s2、土体开挖完成后，按先下后上顺序进行单榀波纹钢板件的拼装，使得拼装后形成的支护结构封闭冻结壁2的暴露面；
42.按设计参数场外预制竖直向的侧波纹钢板、具有拱形的顶波纹钢板和两端具有圆弧的底波纹钢板，各个波纹钢板等宽且宽度为500mm，等厚且厚度为5mm，等波距且波距为150mm，等波深且波深为50mm，其纵向长度根据冻结壁的各个纵向长度测量制定，至少2个侧波纹钢板、至少1个顶波纹钢板和至少1个底波纹钢板彼此对应搭接并用高强螺栓固定成一个与冻结壁内侧壁适配的环状封闭结构，成为一个单榀波纹钢板件，其中环向的单榀波纹钢板件的各依次搭接的波纹钢板之间的搭接长度不小于50mm，纵向上的各单榀波纹钢板件之间的波纹钢板间的搭接长度不小于100mm，且沿通道深度方向延伸的纵向上搭接位置不同，即相邻的各单榀闭环错峰搭接；
43.s3、沿开挖方向，每3个单榀波纹钢板件设置一圈注浆孔6，该3个单榀波纹钢板件安装完成后按照由上至下的顺序依次通过注浆孔6向波纹钢板1后的空间注入低放热高聚物注浆材料4，冻结壁2、波纹钢板1及低放热高聚物注浆材料4粘接形成联合承载；
44.每个注浆孔注浆量不超过50l，按照底波纹钢板-侧波纹钢板-顶波纹钢板的顺序依次向注浆孔内注浆，直至有浆液从顶部注浆孔溢出，待高聚物注浆材料完全反应后会封堵注浆孔口，使注浆孔内处于封闭状态，待3个单榀波纹钢板件与冻土壁之间的区域被浆液填充满后，在注浆压力及材料膨胀力的持续作用下浆液会继续沿内部进行膨胀扩散直至整个区域被填充；
45.s4、注浆完成后按照s1-s3的顺序进入开挖、支护及注浆循环，得到一个支护结构。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

技术特征：

1.一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构，其特征在于，围岩(3)开挖面内侧形成有冻结壁(2)，支护结构由两个或两个以上的单榀波纹钢板件依次沿冻结壁(2)的环形内侧壁搭接拼装形成，支护结构上设有注浆孔(6)，支护结构将冻结壁(2)暴露面封闭；单榀波纹钢板件由两个或两个以上的波纹钢板(1)依次搭接形成。2.根据权利要求1的一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构，其特征在于，单榀波纹钢板件是由至少4块波纹钢板(1)依次通过高强螺栓(5)连接形成与冻结壁(2)的环形内侧壁适配的闭环状结构，单榀波纹钢板件的纵向壁宽为500-800mm。3.根据权利要求2的一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构，其特征在于，至少4块波纹钢板(1)中的相邻两块波纹钢板(1)之间搭接拼装并由高强螺栓(5)连接，且相邻两块波纹钢板(1)之间的搭接长度不小于50mm。4.根据权利要求1的一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构，其特征在于，两个或两个以上的单榀波纹钢板件中的相邻两个单榀波纹钢板件之间搭接拼装并由高强螺栓(5)连接，且相邻两个单榀波纹钢板件之间的搭接长度不小于100mm。5.根据权利要求1的一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构，其特征在于，波纹钢板(1)采用q345钢材质，波纹钢板(1)的厚度为5-10mm，波纹钢板(1)的波距为150-300mm，波纹钢板(1)的波深为50-110mm。6.根据权利要求1的一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构，其特征在于，单榀波纹钢板件设有四个或四个以上，每间隔两个单榀波纹钢板件的邻接的单榀波纹钢板件上设有均匀排布的两个或两个以上注浆孔(6)，设有注浆孔(6)的单榀波纹钢板件之间间距1500-2400mm，注浆孔(6)通过无缝钢管连接有注浆管。7.根据权利要求6的一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构，其特征在于，注浆管向注浆孔(6)内注入低放热高聚物注浆材料(4)以粘结冻结壁(2)与支护结构。8.根据权利要求6的一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构，其特征在于，低放热高聚物注浆材料(4)的密度为0.08-0.20g/cm3，体积自由膨胀率为20-25倍，粘度≤500mpa
·
s，表面反应温度≤40℃，导热系数≤0.05w/(m
·
k)，固化时间≤15min。9.地铁联络通道波纹钢初期支护结构的施工方法，其特征在于，围岩(3)开挖面内侧形成有冻结壁(2)，支护结构由两个或两个以上的单榀波纹钢板件依次沿冻结壁(2)的环形内侧壁搭接拼装形成，支护结构上设有注浆孔(6)，支护结构将冻结壁(2)的暴露面封闭；单榀波纹钢板件由两个或两个以上的波纹钢板(1)依次搭接形成；施工方法包括如下步骤：s1、开挖联络通道的土体，开挖步距为500-800mm，且与单榀波纹钢板件的宽度一致；s2、土体开挖完成后，按先下后上顺序进行单榀波纹钢板件的拼装，使得拼装后形成的支护结构封闭冻结壁(2)的暴露面；s3、沿开挖方向，每3个单榀波纹钢板件设置一圈注浆孔(6)，注浆孔(6)位于第3个单榀波纹钢板件上，该3个单榀波纹钢板件安装完成后按照由上至下的顺序依次通过注浆孔(6)向波纹钢板(1)后的空间注入低放热高聚物注浆材料(4)，冻结壁(2)、波纹钢板(1)及低放热高聚物注浆材料(4)粘接形成联合承载；s4、注浆完成后按照s1-s3的顺序进入开挖、支护及注浆循环。

技术总结

本发明公开一种地铁联络通道波纹钢初期支护结构，围岩开挖面内侧形成有冻结壁，支护结构由两个或两个以上的单榀波纹钢板件依次沿冻结壁的环形内侧壁搭接拼装形成，支护结构上设有注浆孔，支护结构将冻结壁暴露面封闭；单榀波纹钢板件由两个或两个以上的波纹钢板依次搭接形成；还提供支护结构的施工方法，包括S1、开挖联络通道的土体；S2、拼装单榀波纹钢板件的支护结构，封闭冻结壁暴露面；S3、每3个单榀波纹钢板件设置一圈注浆孔，注入低放热高聚物注浆材料；S4、注浆完成后进入开挖循环；本发明提供的地铁联络通道波纹钢初期支护结构及其施工方法，将波纹钢板用于初期支护结构中，并注浆低放热高聚物聚氨酯注浆材料，取消喷砼作业工序，开挖过程中随挖随支，改善工作面环境，确保安全施工。确保安全施工。确保安全施工。