[发明专利]管幕预筑结构及其设计方法

说明书

本发明提供了一种管幕预筑结构及其设计方法，属于隧道工程技术领域，包括：多个沿隧道轴线方向布设的切割钢管；多个成对设置的衔接钢板，分别对应设于相邻的两个切割钢管之间，多个切割钢管和多个衔接钢板围合形成环状连通空腔；以及多个立柱，在隧道径向面上，每两个立柱共同设于一对衔接钢板之间；在每个切割钢管内，切割钢管位于隧道径向线方向上的中心线两侧均设有若干个对拉钢筋。如此设置，使得切割钢管能够在其圆弧范围内最大程度地发挥作用，同时使衔接钢板更大程度地参与支撑作用，可以替代传统的箍筋，提高在隧道径向面上的抗剪承载能力，提高整个管幕预筑结构的承载能力，并降低配筋率，提高经济效益。

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，更具体地说，是涉及一种管幕预筑结构及其设计方法。

背景技术

随着我国社会经济的快速发展，城市不断地扩大，导致交通压力增大，修建地铁及地下通道工程、使城市交通立体化是缓解交通压力的有效手段。随着城市地下工程的大规模建设，工程中遇到了大跨度、大空间、超浅埋、下穿既有建筑物等实际问题，而这些问题是任何一种传统的单一施工方法无法完成的，需要在现有的基础上进一步研究超大空间或超浅埋的地下施工方法。

为此，出现了一种管幕预筑工法，也称为新管幕工法。通常，管幕预筑结构是由钢管、钢板、混凝土、立柱组成的结构体系，此类结构体系可以用于修改地铁车站、下穿既有建筑等地下工程中。在施工时，先将钢管顶进，切割钢管两侧，用两块钢板将切割后相邻钢管焊接，在两块钢板之间焊接立柱，在所形成的空间内浇筑混凝土。将此类结构应用于地下工程中不仅提高了结构可靠性，而且能够有效减少对既有建筑的影响，降低地表沉降，在地下工程中具有广泛的应用前景。

传统管幕预筑结构的设计方法按照传统钢筋混凝土结构进行设计，结构体系的承载能力相对较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管幕预筑结构及其设计方法，旨在解决传统管幕预筑结构的设计方法按照传统钢筋混凝土结构进行设计，结构体系的承载能力相对较差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

在第一方面，本发明提供一种管幕预筑结构，包括：多个沿隧道轴线方向布设的切割钢管；多个成对设置的衔接钢板，分别对应设于相邻的两个所述切割钢管之间，多个所述切割钢管和多个所述衔接钢板围合形成环状连通空腔；以及多个立柱，在隧道径向面上，每两个所述立柱共同设于一对所述衔接钢板之间；在每个所述切割钢管内，所述切割钢管位于隧道径向线方向上的中心线两侧均设有若干个对拉钢筋。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，在所述中心线两侧分别设有两组所述对拉钢筋，对于所述中心线一侧的两组所述对拉钢筋，在所述衔接钢板与所述切割钢管的连接处至所述中心线的范围内，定义所述切割钢管的圆弧为全长度，其中一组所述对拉钢筋设于所述全长度的二分之一处，其中另一组所述对拉钢筋设于所述全长度靠近所述衔接钢板的四分之一处。

本发明提供的管幕预筑结构至少具有以下技术效果：与传统技术相比，本发明提供的管幕预筑结构，在每个切割钢管内，切割钢管位于隧道径向线方向上的中心线两侧均设有若干个对拉钢筋，使得切割钢管能够在其圆弧范围内最大程度地发挥作用，同时使衔接钢板更大程度地参与支撑作用，可以替代传统的箍筋，提高在隧道径向面上的抗剪承载能力，提高整个管幕预筑结构的承载能力，并降低配筋率，提高经济效益。

在第二方面，本发明还提供一种管幕预筑结构的设计方法，用以设计如上任一实施例所述的管幕预筑结构，包括以下步骤：

建立管幕预筑结构有限元模型；

根据所述管幕预筑结构有限元模型，计算在所述切割钢管不同位置设置所述对拉钢筋时的承载力；

根据承载力和施工布置位置，确定所述对拉钢筋在所述切割钢管内的位置；

建立管幕预筑结构实际模型，验证所述管幕预筑结构有限元模型的正确性；