本發(fā)明的實施例屬于軌道交通工程技術領域，更具體地，涉及一種適用于地鐵深基坑的空心鋼管混凝土支撐結構。

背景技術：

在地鐵深基坑施工中，主要是窄長型基坑。目前，對于地鐵基坑采用的主要支撐體系一般為鋼筋混凝土或鋼管支撐，尤其是鋼管支撐應用較為廣泛，其優(yōu)勢是鋼支撐可以重復利用，但是鋼結構的失穩(wěn)問題是承載力的重要制約因素。

為了解決鋼管支撐存在的承載力不夠、容易失穩(wěn)等問題，有專利提出了采用鋼管混凝土支撐，可以有效解決鋼支撐的失穩(wěn)問題，但填充混凝土重量大，引起支撐彎矩加大，實際對支撐的受壓承載力存在很大影響。

常規(guī)鋼支撐重量輕、便于運輸及安裝，但存在在軸壓力較大時失穩(wěn)的問題；鋼管混凝土支撐，有效解決了失穩(wěn)問題，但因填充混凝土重量大，引起支撐彎矩加大，也制約支撐受壓壓設計承載力。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供一種適用于地鐵深基坑的空心鋼管混凝土支撐結構，可以避免常規(guī)鋼支撐及鋼管混凝土支撐存在的問題，即可充分發(fā)揮支撐的抗壓承載力，又可避免鋼管混凝土支撐重量大、運輸及安裝不便等問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種適用于地鐵深基坑的空心鋼管混凝土支撐結構，包括第一鋼管、第二鋼管和混凝土層；

其中，所述第一鋼管設于最外層，直徑為600～1200mm，用于直接承載外界載荷作用；

所述第二鋼管設于所述第一鋼管內部，其直徑根據(jù)所述第一鋼管和混凝土層的厚度確定，用于壓緊所述混凝土層；

所述混凝土層，其設于所述第一鋼管和第二鋼管之間，厚度為50～200mm，用于連接所述第一鋼管和第二鋼管，從而形成整體鋼管混凝土支撐結構。

進一步地，所述混凝土層為微膨脹混凝土，用于在凝固后體積膨脹實現(xiàn)對所述第一鋼管和第二鋼管的約束作用。

進一步地，所述混凝土層為輕質混凝土，用于減輕所述鋼管混凝土支撐結構的重量。

進一步地，所述第一鋼管的壁厚為8～16mm，用于保證足夠的強度和剛度。

進一步地，所述第二鋼管的壁厚為8～16mm。

總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發(fā)明的空心管混凝土支撐結構，采用新的空心鋼管混凝土支撐設計，可以在減小支撐尺寸的條件下，達到及超過原鋼支撐的承載力，同時也能減少支撐的自重，方便支撐的運輸及安裝。

(2)本發(fā)明的空心管混凝土支撐結構，可以有效減小支撐直徑，提高支撐的受壓承載力，避免鋼支撐存在的穩(wěn)定性問題，也避免鋼管混凝土支撐存在的自重過大，受壓承載力限制的問題。

(3)本發(fā)明的空心管混凝土支撐結構，方便運輸簡化支撐安裝，可加快施工速度，改善施工條件，經濟合理，技術成熟，應用前景廣闊，具備良好的社會效益和經濟效益。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術中常規(guī)鋼管支撐斷面示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術中常規(guī)鋼管混凝土支撐斷面示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例的一種空心鋼管混凝土支撐斷面示意圖。

在所有附圖中，同樣的附圖標記表示相同的技術特征，具體為：1-第一鋼管、2-混凝土層、3-第二鋼管。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

在地鐵深基坑施工中，主要是窄長型基坑。圖1為現(xiàn)有技術中常規(guī)鋼管支撐斷面示意圖。如圖1所示，這種支撐結構可以重復使用，而且吊裝方便，施工效率高，可以大大節(jié)約施工成本。但是這種支撐結構，由于鋼管是中空結構，內部無任何支撐物體，在基坑側壁土體及水壓力較大的載荷作用下，該支撐鋼管容易產生彈性變形，甚至是塑性變形，從而導致支撐結構失穩(wěn)，承載力急劇下降，極易造成軌道交通基坑重大安全事故。

為了解決上述問題，出現(xiàn)了鋼管混凝土支撐結構。圖2為現(xiàn)有技術中常規(guī)鋼管混凝土支撐斷面示意圖。如圖2所示，在外層第一鋼管內部，填充混凝土結構，從而大大增強了這種支撐結構的承載能力，此外，由于鋼管內填充了混凝土形成了鋼管混凝土結構，這種結構即使在較大載荷的工況下，也不會發(fā)生變形，不會導致支撐結構失穩(wěn)，具備很高的可靠性，有效解決了失穩(wěn)問題，但因填充混凝土重量大，引起支撐彎矩加大，也制約支撐受壓壓設計承載力，此外，這種結構填充的混凝土體量巨大，工程成本非常高。

因此，為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種空心鋼管混凝土支撐結構。圖3為本發(fā)明實施例的一種空心鋼管混凝土支撐斷面示意圖。如圖3所示，該支撐結構外層采用第一鋼管、內層采用第二鋼管，在第一鋼管和第二鋼管之間填充混凝土，第二鋼管內部采用中空結構，從而形成空心鋼管混凝土支撐結構。這種空心鋼管混凝土支撐結構，利用內外鋼管之間的混凝土，參與支撐受壓。內部鋼管主要作用是參與約束混凝土，可以大幅度提高混凝土的受壓承載力，同時減小了支撐的自重。內外鋼管同時存在對混凝土的約束，可以提高混凝土延性，提高混凝土的受壓承載力。因為內外鋼管之間混凝土的存在，內外鋼管也受到約束，可以有效避免鋼管的失穩(wěn)。綜合利用鋼管及混凝土材料的性能的方法，可以減小支撐尺寸及重量，方便施工及運輸、安裝。

如圖3所示，在本發(fā)明的一個實施例中，外側第一鋼管的直徑根據(jù)實際需求確定，優(yōu)選為600～1200mm。該第一鋼管的壁厚根據(jù)實際需求確定，一般為8～16mm，保證足夠的強度和剛度。

在本發(fā)明的一個實施例中，中間混凝土的厚度為50～200mm。在滿足支撐結構承載力的情況下，混凝土層的厚度越薄越有助于減輕整個鋼管混凝土支撐結構的重量，節(jié)省混凝土用量。具體混凝土層的厚度根據(jù)外界載荷確定，保證足夠的承載力。

在本發(fā)明的一個實施例中，中間混凝土層可以采用輕質混凝土或微膨脹混凝土，進一步減輕鋼管混凝土結構的重量。此外，微膨脹混凝土在凝固后，體積膨脹，填充混凝土對第一鋼管和第二鋼管形成很強的約束作用，牢固的將其連接成一個整體，克服鋼支撐失穩(wěn)的風險，可以有效減少支撐的總重量及截面尺寸，方便運輸及安裝，提高使用效率。

在本發(fā)明的一個實施例中，內層第二鋼管的直徑根據(jù)第一鋼管及混凝土層的厚度確定。第二鋼管的厚度根據(jù)實際需求確定，一般為8～16mm，保證足夠的強度和剛度。

在本發(fā)明的一個實施例中，第一鋼管和第二鋼管的厚度不同，內側第二鋼管的存在，為內部填充的混凝土提供有效的約束，提高混凝土的受壓承載力；同時可以避免混凝土的大量填充，減少支撐構件的總重量。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明公開了一種適用于地鐵深基坑的空心鋼管混凝土支撐結構，包括第一鋼管(1)、第二鋼管(3)和混凝土層(2)；其中，所述第一鋼管(1)設于最外層，直徑為600～1200mm，用于直接承載外界載荷作用；所述第二鋼管(3)設于所述第一鋼管(1)內部，其直徑根據(jù)所述第一鋼管(1)和混凝土層(2)的厚度確定，用于壓緊所述混凝土層(2)；所述混凝土層(2)，其設于所述第一鋼管(1)和第二鋼管(3)之間，厚度為50～200mm，用于連接所述第一鋼管(1)和第二鋼管(3)，從而形成整體鋼管混凝土支撐結構。本發(fā)明的鋼管混凝土支撐結構，在減小尺寸的條件下，達到及超過鋼管支撐的承載力，同時也能減少結構的自重，方便支撐的運輸及安裝。

技術研發(fā)人員：林蓼;雷崇;費金新;楊宗元
受保護的技術使用者：中鐵第四勘察設計院集團有限公司
技術研發(fā)日：2017.07.13
技術公布日：2017.09.29