可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构论文和设计-夏瑞萌

全文摘要

一种可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构，包含矩形顶管导洞、第二导洞、第三导洞、第四导洞、横向棚护结构、侧面成孔桩以及中间成孔桩，所述矩形顶管导洞竖向平行于城市道路路面设置，所述横向棚护结构从矩形顶管导洞的上端横向向两侧延伸，所述第二导洞、第三导洞和第四导洞平行于矩形顶管导洞设置且位于横向棚护结构的下方，第二导洞及第四导洞内设有多个侧面成孔桩，矩形顶管导洞及第三导洞内设有多个中间成孔桩；由此，本实用新型能机械化施工大跨度地下空间结构，能配合适用我国绝大部分地区，采用多导洞、横向棚护结构、成孔桩的有效支护配合，能保证操作过程的安全可靠，有效降低施工风险，提高操作人员的安全防护。

主设计要求

1.一种可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构，包含矩形顶管导洞、第二导洞、第三导洞、第四导洞、横向棚护结构、侧面成孔桩以及中间成孔桩，其特征在于：所述矩形顶管导洞竖向平行于城市道路路面设置，所述横向棚护结构从矩形顶管导洞的上端横向向两侧延伸，所述第二导洞、第三导洞和第四导洞平行于矩形顶管导洞设置且位于横向棚护结构的下方，两侧的第二导洞及第四导洞内设有多个竖直向下延伸的侧面成孔桩，位于中间的矩形顶管导洞及第三导洞内设有多个竖直向下延伸的中间成孔桩。

设计方案

1.一种可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构，包含矩形顶管导洞、第二导洞、第三导洞、第四导洞、横向棚护结构、侧面成孔桩以及中间成孔桩，其特征在于：

所述矩形顶管导洞竖向平行于城市道路路面设置，所述横向棚护结构从矩形顶管导洞的上端横向向两侧延伸，所述第二导洞、第三导洞和第四导洞平行于矩形顶管导洞设置且位于横向棚护结构的下方，两侧的第二导洞及第四导洞内设有多个竖直向下延伸的侧面成孔桩，位于中间的矩形顶管导洞及第三导洞内设有多个竖直向下延伸的中间成孔桩。

2.如权利要求1所述的可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构，其特征在于：所述横向棚护结构为横向设置的多根紧密排列的微型型钢结构。

3.如权利要求1所述的可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构，其特征在于：所述横向棚护结构采用微型型钢结构。

4.如权利要求1所述的可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构，其特征在于：微型型钢结构采用直径400mm以下的微型钢管。

5.如权利要求1所述的可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构，其特征在于：中间成孔桩通过钢管柱形成对横向棚护结构的中间支撑结构。

6.如权利要求1所述的可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构，其特征在于：所述矩形顶管导洞的周壁为薄壁钢纤维混凝土结构。

7.如权利要求1所述的可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构，其特征在于：第二导洞、第三导洞及第四导洞采用U型结构。

8.如权利要求1所述的可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构，其特征在于：所述矩形顶管导洞的水平尺寸为3m以内，竖向高度为3m以内。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及地下空间施工的技术领域，尤其涉及一种可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构。

背景技术

随着我国城市化进程的加速，城市地下空间的开发率及开发规模日渐增高，轨道交通、综合管廊、地下车库及各种一体化设施等正在我国地下空间大规模建设。我国地下工程的建设进入了一个全新的时代，其建设规模及建设速度在世界地下工程建设史上也是少有的。通常建设地下工程的建设方法有明挖法、盖挖法及暗挖法。

但现有的技术依赖人工开挖，在土体开挖过程中，总会出现人直接面对未支护土体的情况，施工风险大。同时施工过程中的喷射混凝土作业会在洞内引起大量的粉尘，致使洞内作业环境差，难以实现绿色文明施工。

为此，本实用新型的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构，以克服上述缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构，其结构简单，操作方便，能解决现有技术中施工方法依赖人工开挖，作业环境差、施工风险高、施工质量难以保证、工程进度慢、用工紧缺的问题。

为解决上述问题，本实用新型公开了一种可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构，包含矩形顶管导洞、第二导洞、第三导洞、第四导洞、横向棚护结构、侧面成孔桩以及中间成孔桩，其特征在于：

其中：所述横向棚护结构为横向设置的多根紧密排列的微型型钢结构。

其中：所述横向棚护结构采用微型型钢结构。

其中：微型型钢结构采用直径400mm以下的微型钢管。

其中：中间成孔桩通过钢管柱形成对横向棚护结构的中间支撑结构。

其中：所述矩形顶管导洞的周壁为薄壁钢纤维混凝土结构。

其中：第二导洞、第三导洞及第四导洞采用U型结构。

其中：所述矩形顶管导洞的水平尺寸为3m以内，竖向高度为3m以内。

通过上述结构可知，本实用新型的可机械化施作大跨度地下空间结的支护结构具有如下效果：

1、即避免对道路正常应用产生较大影响，还能机械化施工大跨度地下空间结构，能配合适用我国绝大部分地区。

2、采用多导洞、横向棚护结构、成孔桩的有效支护配合，能保证操作过程的安全可靠，有效降低施工风险，提高操作人员的安全防护。

本实用新型的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本实用新型的可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构的横剖图。

图2显示了本实用新型的平面图。

具体实施方式

参见图1至图2，显示了本实用新型的可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构。

其中，可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构包含矩形顶管导洞11、第二导洞12、第三导洞13、第四导洞14、横向棚护结构15、侧面成孔桩16以及中间成孔桩17，所述矩形顶管导洞11垂直于地下结构主受力方向竖向平行于城市道路路面设置，所述矩形顶管导洞11的周壁为薄壁钢纤维混凝土结构，所述横向棚护结构15从矩形顶管导洞11的上端横向向两侧延伸，且所述横向棚护结构15为横向设置的多根紧密排列的钢结构(优选为微型型钢结构)，且所述横向棚护结构15采用微型型钢结构(根据统计我国大部分在施或预期施工的大型地下空间结构，覆土在8m左右，横向单跨宽度在7m左右，经计算可采用直径400mm以下的微型钢管或其它型钢结构形成横向棚护结构)，所述第二导洞12、第三导洞13和第四导洞14平行于矩形顶管导洞11设置且位于横向棚护结构15的下方，所述第二导洞12、第三导洞13和第四导洞14为横向棚护结构15的竖向支撑结构也为机械成孔桩的施工作业空间，其采用钢筋混凝土结构。

两侧的第二导洞12及第四导洞14内设有多个竖直向下延伸的侧面成孔桩16，位于中间的矩形顶管导洞11及第三导洞13内设有多个竖直向下延伸的中间成孔桩17，且中间成孔桩17通过钢管柱18形成对横向棚护结构15的中间支撑结构。

且，所述可机械化施作大跨度地下空间结构的支护结构可通过如下施工方法进行施工：

步骤一：施工竖井和横通道，以提供地下空间结构的出土及进料，具体而言，施工竖井应在不影响交通的情况下对先在城市道路边线两侧的空地上进行围挡，在围挡内施工暗挖多个间隔设置的竖井，在各竖井内的城市道路路面的下方一定距离施工水平的横通道，从而用于地下空间结构暗挖施作期间的出土及进料。施工竖井及横通道的数量，由建设者综合地下结构的长度、高度、宽度、施工工期及场地情况决定。

步骤二：在各横通道内利用顶管法施作竖向设置的矩形顶管导洞11，所述矩形顶管导洞11的水平尺寸控制在3m以内，竖向高度控制在3m左右，以降低顶进施工的难度。因矩形顶管导洞11的断面尺寸与大直径管幕法施工的管幕或大直径雨污水管尺寸接近，同时导洞周边的土体状体亦与其相似，因此采用同传统管幕法施工或雨污水管施工相同的顶进工艺。矩形顶管导洞11的分节长度由横通道的宽度决定。为便于后期横向棚护结构的机械化施工及保证横向棚护结构施工中矩形顶管导洞11的整体稳定性，矩形顶管导洞11的材料采用薄壁钢纤维混凝土结构，分节顶进矩形顶管导洞11直至达到预定长度，利用小型挖土机实现矩形顶管导洞11内的出土作业。

其中，-实现了矩形顶管导洞11的机械化作业，避免了依赖人工开挖，施工人员直接面对开挖土体，施工风险高、作业环境差、施工质量难以保证、工程进度慢、用工紧缺的问题。

形成矩形顶管导洞11后，在矩形顶管导洞11的上端顶进垂直开挖方向的横向棚护结构15，所述横向棚护结构15为横向设置的多根紧密排列的钢结构，且所述横向棚护结构15采用微型型钢结构(根据统计我国大部分在施或预期施工的大型地下空间结构，覆土在8m左右，横向单跨宽度在7m左右，经计算可采用直径400mm以下的微型钢管或其它型钢结构形成横向棚护结构)，具体尺寸根据覆土及结构跨度计算确定。可结合工程工期情况，在矩形顶管导洞11内同时设置多台微型顶管机以实现横向棚护的顶进，横向微型型钢结构布设方式的选用，减小了顶进结构的周长尺寸及长度，避免了传统管幕施工顶进过程中面临着顶进难度大、顶进设备能力不足、顶进作业空间需求大、对施工场地面积要求高、施工沉降难以控制、造价高的问题。

步骤三：在垂直结构开挖方向的横向棚护结构15形成后，在横向棚护结构15的保护下，顶进施工形成第二导洞12、第三导洞13及第四导洞14，所述第二导洞12、第三导洞13及第四导洞14这三个导洞采用低标号的钢筋混凝土结构。为避免传统管幕施工顶进过程中面临着顶进难度大、顶进设备能力不足、顶进作业空间需求大、对施工场地面积要求高、施工沉降难以控制、造价高的问题。采用以下方法

因棚护结构的存在，第二导洞12、第三导洞13及第四导洞14采用U型结构(也可采用封闭结构)，故顶进摩阻力减少约1\/4。

因横向棚护结构的存在，在第二导洞12、第三导洞13及第四导洞14前行约10m后，可对第二导洞12、第三导洞13及第四导洞14间进行取土作业，进行取土作业的开挖取土面距离导洞最前端工作面的距离不小于导洞高度即可，取土采用小型挖土机，从而有效降低顶进施工的顶推力。

通过上述两个方式进行第二导洞12、第三导洞13及第四导洞14的施工，顶进长度越长效果越明显，以顶进100m为例，可节约顶进力60％～70％。

步骤四：在位于两侧的第二导洞12及第四导洞14内利用洞内成桩机械施作多个竖直向下延伸的侧面成孔桩16，以实现竖向传力及水平挡土。在位于中间的矩形顶管导洞11及第三导洞13内利用洞内成桩机械施作多个竖直向下延伸的中间成孔桩17，且中间成孔桩17通过钢管柱18形成对横向棚护结构15的中间支撑结构。从而形成整体的支护结构，通过整个支护结构的完成，避免了依赖人工开挖的问题，实现了竖向支护结构的机械化施工。

由此，本实用新型的优点在于：

1、即避免对道路正常应用产生较大影响，还能机械化施工大跨度地下空间结构，能配合适用我国绝大部分地区。

2、采用多导洞、横向棚护结构、成孔桩的有效支护配合，能保证操作过程的安全可靠，有效降低施工风险，提高操作人员的安全防护。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本实用新型的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本实用新型不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本实用新型的教导的特定例子，本实用新型的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

设计图

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主设计要求

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