一种预应力管幕结构的制作方法

1.本实用新型涉隧道及地下工程技术领域，特别是涉及一种预应力管幕结构。


背景技术：

2.交通运输作为经济发展的中流砥柱，与城市发展联系十分紧密。随着经济增长，城市范围不断扩张，横跨城市的铁路成为阻碍市内经济交流的障碍。为避免“隔轨相望”这一发展困局，新建道路沟通铁轨两侧片区成为市政道路规划的重点工程。在确定新建道路工程跨越形式时，由于隧道工程施工时具有对周边环境影响小，施工时铁路仍可不间断运行，能够合理应用地下空间，节约城市空间等优势，目前，城市中利用隧道下穿既有道路的情况已经越来越普遍。
3.但是，采用暗挖形式下穿既有线路很难不对地层造成扰动，致使隧道施工时产生地表沉降。为改善开挖时地表沉降，控制地面变形，在隧道施工之前，可以将带有锁口的钢管依次顶入拟建隧道周围，并将混凝土等止水材料注入管幕锁口内，形成不透水的管排，这种超前支护的形式称为管幕法。
4.虽然，管幕法已有几十年的发展，但仍存在一些技术问题有待提高：第一、管幕直径较大的问题。为了提高管幕的承载力，目前主要采用增大管幕直径的措施，但增加管幕直径后，不仅工程投资会迅速提高，工程施工的难度也会随之增大；第二、钢管内填充物承载力较低的问题。目前管幕法钢管内一般填充混凝土或者钢筋混凝土，形成钢管混凝土结构，其承载力较低；第三、变形控制效果差。管幕在上覆土层荷载的作用下，会产生管幕向洞内变形，并进一步引起土层和周边邻近建构筑物的变形和破坏。
5.如公开号为cn 109707397 b的管幕施工方法中，对环形管幕结构的多个钢管按空间位置从上到下进行分层；对分层后的管幕结构从最上层依次向下进行施工直至最底层；在对每一层上的钢管进行施工时，先从中间的钢管进行施工然后向位于其两侧的钢管同时进行施工；在各个钢管的长度方向上，从钢管的两端同时向中间位置进行施工，最后填筑混凝土。其中钢管采用的仍是混凝土填筑，形成钢管混凝土结构，承载力较低，容易造成管幕向洞内变形。又如公开号为cn109488314a的管幕施工方法采用的同样是钢管混凝土结构，其存在问题与上述相同。
6.为了解决上述问题，本实用新型提供一种预应力管幕结构，来解决管幕承载能力较差的问题。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是提供一种预应力管幕结构，达到提高管幕承载力的目的。
8.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
9.一种预应力管幕结构，包括若干并排连接且截面形成闭合的管桩，所述管桩包括钢管和设置在所述钢管两端的锚具，所述钢管具有用于填充混凝土的中空结构，所述中空结构中设置若干预应力钢筋，所述锚具用于所述预应力钢筋的张拉。
10.优选地，相邻所述管桩通过连接件连接，所述连接件包括分别设置在相邻所述钢管上的母锁扣和公锁扣，所述母锁扣包括一对第一角钢，两个所述第一角钢一边的端部均与所述钢管外壁连接，两个所述第一角钢的另外一边相向设置，所述公锁扣包括一对第二角钢，两个所述第二角钢一边的端部均与所述钢管外壁连接，两个所述第二角钢的另外一边相背设置,两个所述第二角钢卡接在两个所述第一角钢形成的卡接槽内。
11.优选地，还包括分别设置在若干所述钢管两端的第一环梁和第二环梁，所述第一环梁上开设有用于安装若干所述钢管的若干第一安装孔，所述第二环梁上开设有用于安装若干所述钢管的若干第二安装孔，若干所述钢管的两端分别安装在所述第一安装孔和第二安装孔内。
12.优选地，所述第一环梁和第二环梁的尺寸相同，沿所述钢管走向的长度为1m至2m。
13.优选地，所述锚具包括锚垫板和锚头，所述锚垫板设置在所述钢管的端部，所述锚头设置在所述锚垫板上，所述预应力筋依次通过所述锚垫板和锚头进行张拉。
14.优选地，所述锚垫板的直径大于所述钢管的直径，所述锚垫板与所述钢管的端部焊接。
15.优选地，所述钢管直径1.6m-1.8m，壁厚16mm-20mm的钢管，所述钢管的长度不小于6m，相邻所述钢管之间采用双面坡口围焊连接。
16.优选地，所述混凝土为c30混凝土。
17.本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
18.1.本实用新型采用在钢管内设置预应力筋并填筑混凝土的方式，通过对预应力筋进行张拉施加预应力，达到增强管桩的抗弯能力的目的，进而增强管幕结构的承载能力，保证整体的管幕结构对上部既有线路支撑的稳定性，避免以往的管幕结构承载能力有限，容易发生变形，为后续的施工带来影响的问题。
19.2.本实用新型中相邻管桩通过连接件连接，连接件包括分别设置在相邻钢管上的母锁扣和公锁扣，母锁扣包括一对第一角钢，两个第一角钢一边的端部均与钢管外壁连接，两个第一角钢的另外一边相向设置，公锁扣包括一对第二角钢，两个第二角钢一边的端部均与钢管外壁连接，两个第二角钢的另外一边相背设置,两个第二角钢卡接在两个第一角钢形成的卡接槽内；施工人员在进行操作时，只需将两个第二角钢卡接在两个第一角钢内即可，操作简单方便，且便于安装和拆卸。
20.3.本实用新型中还包括分别设置在若干钢管两端的第一环梁和第二环梁，第一环梁上开设有用于安装若干钢管的若干第一安装孔，第二环梁上开设有用于安装若干钢管的若干第二安装孔，若干钢管的两端分别安装在第一安装孔和第二安装孔内；第一环梁和第二环梁一方面用于支撑钢管的端部并未为钢管提供支点，另一方面所有钢管通过第一环梁和第二环梁加强了彼此之间连接的稳定性，使得整个管幕结构的承载能力加强。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.附图1为管桩的结构示意图；
23.附图2为a-a截面图；
24.附图3为第一环梁或第二环梁与钢管的连接示意图；
25.其中，1、第一角钢；2、第二角钢；3、钢管；4、预应力钢筋；5、锚头；6、锚垫板；7、混凝土；8、第一加强环梁；9、箱涵。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.本实用新型的目的是提供一种预应力管幕结构，达到提高管幕承载力的目的。
28.参考图1至图2，一种预应力管幕结构，包括若干并排连接且截面形成闭合的管桩，管桩包括钢管3和设置在钢管3两端的锚具，钢管3具有用于填充混凝土7的中空结构，中空结构中设置若干预应力钢筋4，锚具用于预应力钢筋4的张拉；本实用新型采用在钢管3内设置预应力筋并填筑混凝土7的方式，通过对预应力筋进行张拉施加预应力，达到增强管桩的抗弯能力的目的，进而增强管幕结构的承载能力，保证整体的管幕结构对上部既有线路支撑的稳定性，避免以往的管幕结构承载能力有限，容易发生变形，为后续的施工带来影响的问题；进一步的，若干预应力钢筋4布置在钢管3中空结构的中部区域，其中一根预应力钢筋4布置在钢管的轴线上，其它预应力钢筋4沿该根预应力钢筋4的周向均匀布置，预应力钢筋4在张拉完毕并解除锁定后，使得预应力钢筋收缩产生的预紧力均匀施加在混凝土中，使得钢管3中的每部分混凝土7所受到的挤压力均衡，形成的混凝土结构更加的稳定致密；预应力钢筋4的数量可以根据钢管3的截面面积进行选择，钢管3的截面积越大，所选用的预应力钢筋4的数量越多，常用的为7束、9束或15束。
29.参考图2，相邻管桩通过连接件连接，连接件包括分别设置在相邻钢管3上的母锁扣和公锁扣，母锁扣包括一对第一角钢1，两个第一角钢1一边的端部均与钢管3外壁连接，两个第一角钢1的另外一边相向设置，公锁扣包括一对第二角钢2，两个第二角钢2一边的端部均与钢管3外壁连接，两个第二角钢2的另外一边相背设置,两个第二角钢2卡接在两个第一角钢1形成的卡接槽内；施工人员在进行操作时，只需将两个第二角钢2卡接在两个第一角钢1内即可，操作简单方便，且便于安装和拆卸。
30.参考图3，还包括分别设置在若干钢管3两端的第一加强环梁8和第二环梁，第一环梁上开设有用于安装若干钢管3的若干第一安装孔，第二环梁上开设有用于安装若干钢管3的若干第二安装孔，若干钢管3的两端分别安装在第一安装孔和第二安装孔内；第一加强环梁8和第二环梁一方面用于支撑钢管3的端部并未为钢管3提供支点，另一方面所有钢管3通过第一环梁和第二环梁加强了彼此之间连接的稳定性，使得整个管幕结构的承载能力加强。
31.进一步的，第一加强环梁8和第二环梁的尺寸相同，沿钢管3走向的长度为1m至2m，保证钢管3在第一环梁和第二环梁内具有足够的贯入长度，进而增强钢管3与第一环梁和第二环梁连接的稳定性。
32.参考图1，锚具包括锚垫板6和锚头5，锚垫板6设置在钢管3的端部，锚头5设置在锚垫板6上，预应力钢筋4依次通过锚垫板6和锚头5进行张拉；进一步的，当预应力钢筋4张拉完毕后，切掉多余的预应力钢筋4，并采用砂浆对锚头5位置进行封堵，直到将锚头5覆盖住为止。
33.参考图1，锚垫板6的直径大于钢管3的直径，锚垫板6与钢管3的端部焊接；为了防止张拉过程中，锚头5对钢管3内的混凝土7产生的力量过大导致混凝土7开裂或者锚头5陷入到混凝土7中的问题，通过锚垫板6扩大锚头5与钢管3内混凝土7的接触面积，使得张拉力均匀的分散至锚垫板6并传递到混凝土7上，保证混凝土7在承受反力时不会拉裂。
34.进一步的，钢管3直径1.6m-1.8m，壁厚16mm-20mm的钢管3，钢管3的长度不小于6m，相邻钢管3之间采用双面坡口围焊连接，钢管3壁厚设置成16mm-20mm的目的在于控制混凝土7浇筑后的微膨胀不会导致钢管3发生形变，避免钢管3的局部起陇形变造成上部既有线路的起拱，进一步的，当钢管3壁厚为18mm时，能限制强度为c25至c40的混凝土，并保证钢管不会发生膨胀，同时，钢管18mm的壁厚选择，在满足上述要求的同时，其相对于18mm以上的壁厚钢管3，节约了施工成本。
35.进一步的，混凝土7为c30混凝土。
36.本实用新型预应力管幕结构的施工流程如下：
37.先在箱涵9进口和出口两端分别施工第一加强环梁8和第二加强环梁，并分别预留第一安装孔和第二安装孔，加强环梁采用c35钢筋混凝土；
38.在钢管3的外壁两侧分别焊接长度与钢管3一致的公锁扣和母锁扣；
39.待第一加强环梁8和第二加强环梁达到设计强度时，在箱涵9顶进前，采用泥水平衡管幕机对钢管3进行顶进施工，相邻钢管3通过公锁扣和母锁扣固定；
40.钢管3施工完成后，插入预应力钢筋4，在钢管3两端安装垫板和锚头，并进行张拉，达到设计预应力后锁定锚头。
41.向钢管3内注入c30钢纤维混凝土，待钢纤维混凝土强度达到设计强度75％时，松开锚头5，预应力钢筋4将发生收缩，并挤密钢管3内混凝土，使混凝土处于压密状态。
42.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
43.根据实际需求而进行的适应性改变均在本实用新型的保护范围内。
44.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。