用于水平组合顶管的顶部管片叠合梁组合结构及施工方法

技术领域

本发明涉及顶管施工技术领域，尤其涉及用于水平组合顶管的顶部管片叠合梁组合结构及施工方法。

背景技术

在建筑工程中，大城市地下空间工程开发越来越多。目前，顶管法施工主要用于地铁车站联络通道等小断面结构施工；通过矩形管节顶推形成通道主体结构。该工艺受制于顶管机及单个矩形管节尺寸；如需采用顶管法施工大宽度地下空间结构，则需采用多条顶管平行组合的方式进行施工。相邻顶管会在管片顶部连接处留下一道纵向通缝，需要对该位置结构进行补强以保证结构完整度及耐久性。

目前针对顶管法施工大宽度地下空间的应用实例较少，主要问题均出在无法保证多条顶管并联后结构完整性及耐久性方面。

针对此问题，目前采取有两种做法：

1）部分工程不采取左右密贴的形式施工顶管，顶管间不进行刚性连接，每条顶管单独形成整体受力结构；这种方式施工难度较低，但存在长期使用后顶管不均匀沉降造成结构整体性破坏的风险；

2）另一种施工方式是改变顶管管节材料，使用钢箱混凝土结构制作管节，各顶管间接缝采用焊接工艺进行连接，该工艺虽然在一定程度上解决了结构完整性的问题，但由于钢结构直接同土体接触，无法保证结构耐久性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中，多条顶管并联后存在结构完整性及耐久性的问题，而提出的用于水平组合顶管的顶部管片叠合梁组合结构及施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

用于水平组合顶管的顶部管片叠合梁组合结构，包括位于管片顶板中缝位置的型钢混凝土纵梁，以及位于管片顶板中缝下部外包的U型叠合梁；

所述型钢混凝土纵梁包括与管片顶板一体成型的混凝土基体，所述混凝土基体内设置有预留孔，所述预留孔内插设有连接体，并灌注有自密实混凝土；

所述混凝土基体向下方延伸，形成下凸部。

在一些实施例中，所述连接体插入相邻两节管片顶板的预留孔内。

在一些实施例中，所述U型叠合梁包括外壳钢板，以及外壳钢板内腔灌注的自密实混凝土。

在一些实施例中，所述外壳钢板的两侧设置翼板与管片顶板相连接。

在一些实施例中，所述外壳钢板的内底部设置有加强型钢；

所述型钢混凝土纵梁的下方设置有连接钢筋。

在一些实施例中，所述管片顶板的中缝内灌注有柔性止水材料。

在一些实施例中，所述管片顶板的中缝位置开设有对称设置的内凹槽。

在一些实施例中，所述管片顶板的中缝上方位置设置有旋喷桩。

用于水平组合顶管的顶部管片叠合梁组合结构的施工方法，包括如下步骤：

S1、完成两侧顶推施工；

S2、施工型钢混凝土纵梁：向预留孔内插入型钢，到位后灌注自密实混凝土；

S3、施工中缝止水：向管片顶板的中缝内灌注环氧树脂，填充密实；

S4、组装U型叠合梁：将U型叠合梁的外壳钢板提升至安装位置并固定；

S5、U型叠合梁灌注：完成全部外壳钢板的安装后，在外壳钢板内腔灌注自密实混凝土，形成完整的U型叠合梁结构。

在一些实施例中：

在步骤S2中，施工型钢混凝土纵梁前，清理预留孔，保证型钢混凝土纵梁的浇筑质量；

在步骤S2中，使用前拉后顶的方式，将型钢插入预留孔内；单根型钢长度不足时，进行接长处理；

在步骤S3中，施工中缝止水前，使用高压水枪将顶板中缝清理干净；

在步骤S4中，将外壳钢板提升至安装位置，通过预埋螺栓将外壳钢板同两侧的管片顶板连接；调整好位置后，将外壳钢板与预埋钢板焊接牢固；

在步骤S4中，重复操作将多个外壳钢板安装到位；将每节外壳钢板的接缝进行焊接，保证完整性，防止后续灌注时发生漏浆。。

与现有技术相比，本发明提供了用于水平组合顶管的顶部管片叠合梁组合结构及施工方法，具备以下有益效果。

1、本发明，通过叠合梁结构解决常规混凝土水平组合顶管顶部贯通纵缝的结构强度及耐久度问题，使多道水平顶管形成整体受力体系，并降低后期维护成本。

2、本发明，设计的叠合梁组合结构可以适用于常规混凝土矩形管片施工的水平组合顶管，无需改变管片材质，具有很好的适应性。

3、本发明，通过叠合梁组合结构可以使水平组合顶管形成整体受力结构，防止因不均匀沉降造成的管片损坏，结构完整性更好。

4、本发明，叠合梁位于管片接缝位置下方，可以有效对顶板纵向通缝进行封堵，防止地下水沿纵缝进入结构内，提升结构防水性能及耐久性。

5、本发明，本工艺充分考虑了洞内受限空间内施工，施工相对简单，无需大型设备；外壳钢板利用预埋吊钩和电动葫芦即可安装，混凝土均使用自密实混凝土进行灌注，具备较好的操作性。

本发明的其他优点、目标和特征，在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述；并且在某种程度上，基于对下文的考察研究，对本领域技术人员而言将是显而易见的；或者，可以从本发明的实践中得到教导。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中A处的放大结构示意图。

图3为本发明的端部结构示意图。

图4为本发明的部分结构示意图。

图5为外壳钢板的结构示意图。

图6为型钢混凝土纵梁、U型叠合梁的第一状态结构示意图。

图7为型钢混凝土纵梁、U型叠合梁的第二状态结构示意图。

图8为图7中B处的放大结构示意图。

图中：

1、型钢混凝土纵梁；101、混凝土基体；1011、下凸部；102、预留孔；103、连接体；

2、U型叠合梁；201、外壳钢板；202、翼板；

3、自密实混凝土；

4、加强型钢；

5、连接钢筋；

6、柔性止水材料；

7、内凹槽；701、加强板；

8、旋喷桩；

1000、管片顶板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-6，用于水平组合顶管的顶部管片叠合梁组合结构，包括位于管片顶板1000中缝位置的型钢混凝土纵梁1，以及位于管片顶板1000中缝下部外包型钢混凝土纵梁1的U型叠合梁2。

具体的，如图2、6所示；型钢混凝土纵梁1包括与管片顶板1000一体成型的混凝土基体101，混凝土基体101内设置有随延伸方向贯穿的预留孔102；同时，在预留孔102内插设有连接体103，并灌注有自密实混凝土3。

可以理解的是，在管片预制时，预先在管片顶板1000预留空腔作为预留孔102；顶推后，插入连接体103，之后灌注自密实混凝土3，形成完整的型钢混凝土纵梁1结构。

对于连接体103，采用型钢或钢筋；优选的，采用工字钢，具有良好的承压、抗拉性能。

如图2、6所示；混凝土基体101向下方延伸，形成下凸部1011置入U型叠合梁2的内部，使其连接更加紧密、可靠。

在一些实施例中，连接体103插入相邻两节管片顶板1000的预留孔102内，将两节管片顶板1000连为一体。

需要说明的是，型钢混凝土纵梁1主要负责将各节管节串联形成一个整体受力结构，防止由于不均匀沉降造成结构位移变形，影响结构完整性；通过连接体103的插入连接，相邻的管片顶板1000紧密结合在一起。

可以理解的是，也可设置连接体103的长度大于两节管片顶板1000的长度，一次穿过多节；同样的，可多个连接体103焊接为一体，全面连接。

此外，在施工中可采用型钢、钢筋，或其他满足抗拉强度要求的材料，只需保证型钢混凝土纵梁1的结构强度即可。

在一些实施例中，U型叠合梁2包括外壳钢板201，以及外壳钢板201内腔灌注的自密实混凝土3。

该结构设计中，外壳钢板201作为模板的同时，也构成U型叠合梁2的一部分，使其拥有更高的强度。

需要说明的是，U型叠合梁2主要承担将两侧的顶管结构进行连接固定的作用；通过U型叠合梁2包裹住两侧的管片顶板1000，承受变形时的水平力，防止两侧顶管结构不均匀沉降造成结构位移变形。

同时，由于U型叠合梁2包裹住了管片顶板1000的纵向通缝（中缝），也能起到防止外部水体渗入结构内的效果。

在一些实施例中，外壳钢板201的两侧设置翼板202与管片顶板1000相连接。

其中，U型叠合梁2的两端与管片顶板1000下端的预埋螺栓相连接；优选的，在翼板202上开设有与预埋螺栓相对应的条形孔，更便于调整位置。

进一步的，在管片顶板1000的下端设置有与U型叠合梁2匹配的预埋钢板；在调整、固定位置后，将U型叠合梁2与预埋钢板焊接连接。

在一些实施例中，外壳钢板201的内底部设置有加强型钢4。

优选的，加强型钢4采用T型钢，焊接在外壳钢板201的内底部；如图4所示，设置有多排T型钢，充分保证U型叠合梁2的结构强度。

在一些实施例中，型钢混凝土纵梁1的下方设置有连接钢筋5，更进一步提高型钢混凝土纵梁1与U型叠合梁2的连接。

在一些实施例中，管片顶板1000的中缝内灌注有柔性止水材料6，以更好的防止中缝位置渗漏水。

优选的，柔性止水材料6采用环氧树脂。

在一些实施例中，管片顶板1000的中缝位置开设有对称设置的内凹槽7；从而，柔性止水材料6在内凹槽7内形成扩大部分，增加接触面，获得更好的防漏效果。

参照图7、8；两侧的内凹槽7组合构成圆柱结构。

进一步的，在内凹槽7内插设有加强板701。

优选的，加强板701采用工字钢或钢板结构，以进一步提高整体的水平抗拉强度。

在一些实施例中，管片顶板1000的中缝上方位置设置有随延伸方向的旋喷桩8，更进一步提升提升止水效果。

可以理解的是，在结构外向内水平施作旋喷桩8；旋喷桩8的范围覆盖柔性止水材料6的上方。

用于水平组合顶管的顶部管片叠合梁组合结构的施工方法，包括如下步骤：

S1、完成两侧顶管的顶推施工；

S2、施工型钢混凝土纵梁：向预留孔内插入型钢，到位后灌注自密实混凝土，使管节连成整体；

S3、施工中缝止水：向管片顶板的中缝内灌注环氧树脂，填充密实；

S4、组装U型叠合梁：将U型叠合梁的外壳钢板提升至安装位置，并固定；

S5、U型叠合梁灌注：完成全部外壳钢板的安装后，在外壳钢板内腔灌注自密实混凝土，形成完整的U型叠合梁结构。

优选的：

在步骤S2中，施工型钢混凝土纵梁前，清理型钢混凝土纵梁的预留孔：使用高压水枪清理掉预留孔内壁残留的泥浆，保证型钢混凝土纵梁的浇筑质量。

在步骤S2中，使用前拉后顶的方式，将型钢插入预留孔内；为防止插入过程中卡在预留孔的接缝位置，型钢的最前端安装一组小轮；此外，单根型钢长度不足时，进行接长处理。

在步骤S3中，施工中缝止水前，使用高压水枪将顶板中缝清理干净。

在步骤S4中，利用电动葫芦将外壳钢板提升至安装位置，通过管片顶板下端的预埋螺栓，将外壳钢板同两侧的管片顶板连接；调整好位置后，将外壳钢板与管片预埋钢板焊接牢固。

在步骤S4中，U型钢板分成5m一节，外壳钢板201的两侧翼板202上设置与预埋螺栓相对应的条形孔。

在步骤S4中，重复操作将多个外壳钢板安装到位；将每节外壳钢板的接缝进行焊接，保证完整性，防止后续灌注时发生漏浆。

本发明提供了一种适用于水平组合顶管的顶部管片叠合梁组合结构及施工方法；通过叠合梁结构解决常规混凝土水平组合顶管顶部贯通纵缝的结构强度及耐久度问题，使多道水平顶管形成整体受力体系，并降低后期维护成本。

本发明中，具有以下有益效果：

1、本发明设计的叠合梁组合结构，可以适用于常规混凝土矩形管片施工的水平组合顶管，无需改变管片材质，具有很好的适应性；

2、通过叠合梁组合结构，可以使水平组合顶管形成整体受力结构，防止因不均匀沉降造成的管片损坏，结构完整性更好；

3、叠合梁位于管片接缝位置下方，可以有效对顶板纵向通缝进行封堵，防止地下水沿纵缝进入结构内，提升结构防水性能及耐久性；

4、本工艺充分考虑了洞内受限空间内施工，施工相对简单，无需大型设备；外壳钢板利用预埋吊钩和电动葫芦即可安装，混凝土均使用自密实混凝土进行灌注，具备较好的操作性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。