CN102536273A - 26m大跨度空间一次成型建造工法 - Google Patents

Abstract

一种26m大跨度空间一次成型建造工法，将上围合部分的钢管沿拟开挖地下空间上轮廓线跳格顶入延伸方向的土体，同时进行管间注浆，并挖除管内的土体；依次从上向下沿拟开挖地下空间外轮廓将下围合部分的钢管跳格顶入延伸方向的土体，同时进行管间注浆，并挖除管内的土体；然后将钢管两两相邻部分进行切割，并连接切口支护，形成相互连通的管排夹壁空腔，然后进行管排填充结构的施工，形成围护结构；围护结构完成后，按照从上向下的顺序进行拟开挖地下空间土方开挖，并施做内部结构。本发明对地表及周边管线和建筑的影响小，减少格栅、锚喷、超前导管注浆等诸多工序，从而提高了施工效率，使整个施工过程安全、可靠。

Description

26m大跨度空间一次成型建造工法

技术领域

 本发明涉及一种地下空间建造工法，特别是一种大跨度地下空间的建造工法。

背景技术

受城市建设用地的限制，现有的交通方式已不能承载如此巨大的客流量，地下空间的开发和利用已成为城市发展的一大趋势。 但城市中林立的建筑物、密集的路面交通以及纵横的密布的各类地下管网，使得城市的周边环境越来越复杂，既要合理开和发利用城市的地下空间，又要妥善保护周边现有的环境，这就对地下工程施工技术提出了更高的要求。以往的那种直接开挖施作结构的方法由于会造成周围土体扰动，施工安全难以保证而逐渐被人摒弃,一些非直接开挖方法日益受人推崇, 避免或尽可能地减少对周边环境的影响已经成为地下空间结构施工专业人士的共识。

 经检索发现,美国专利说明书US4365913中公开了一种用于修筑从一个地下通道开始的地下垂直墙结构的方法和装置，该方法是与欲建筑的地下通道横断面宽度相等地开挖两条入口竖井，从竖井底部用大功率液压推进器将预制管推入地层中，预制管的直径可达2米，其下部设有足以供后续工序操作使用的开口，然后沿所述开口向下开挖建筑垂直墙的纵沟，并在纵沟内设置钢支撑件，最后向纵沟及预制管内灌注混凝土，至此完成垂直墙。再用同样的方法在已完成的垂直墙的上部呈拱形地推入其他预制管，并将其相互连续并注入混凝土，即形成地下通道的断面，在其支护下开挖其中的土层即可。该方法在向下开挖建筑垂直墙纵沟的过程中需要设置大量的钢支撑、钢支撑件；预制管下部设的开口打开至第一道支撑架设完毕期间钢管受力转换存在沉降隐患；其预制管从竖井底部推入，竖井底部平行于地下通道横断面顶部，不利于垂直墙及地下通道内部的土方运出。

发明内容

本发明的目的是提供一种26m大跨度空间一次成型建造工法，要解决现有的大跨度空间一次成型的建造方法虽可为地下隧道内部的土体开挖提供安全的支护方式，但其施工过程复杂，存在沉降隐患，地下通道内土方外运困难等的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种26m大跨度空间一次成型建造工法，其特征在于：步骤如下：

步骤一，随竖井的土方开挖，将上围合部分的钢管沿拟开挖地下空间上轮廓线跳格顶入延伸方向的土体，同时进行相邻两钢管的管间注浆，并挖除上围合部分钢管内的土体；

步骤二，竖井的土方继续开挖，依次从上向下沿拟开挖地下空间外轮廓线将下围合部分的钢管跳格顶入两侧延伸方向的土体，同时，进行相邻钢管的管间注浆，并挖除下围钢管内的土体；

步骤三，将上围合部分的钢管两两相邻部分进行切割，并在切口位置处连接切口支护，使上围合部分的钢管形成相互连通的管排夹壁空腔，同时在下围合部分的钢管之间进行补充注浆；

步骤四，在上围合部分形成的管排夹壁空腔内进行上管排填充结构的施工，同时将下围合部分的钢管两两相邻部分进行切割，并在切口位置处连接切口支护，使下围合部分的钢管形成相互连通的管排夹壁空腔；

步骤五，在下围合部分的钢管形成的管排夹壁空腔内进行下管排填充结构的施工，管排夹壁空腔与管排填充结构一起形成围护结构；

步骤六，围护结构完成后，按照从上向下的顺序进行拟开挖地下空间土方开挖，并施做内部结构。

所述步骤一和步骤二，所述上围合部分的钢管和下围合部分的钢管的顶进方式相同，均为从拟建造地下空间的一端竖井顶进或从拟建造地下空间的两端竖井同时相对顶进；顶进过程中，后续钢管与先顶进钢管焊接连接。

所述步骤一，所述相邻两钢管的管间注浆自管顶向管周进行。

所述步骤三，下围合部分的钢管之间进行的补充注浆形成下层侧墙扩大头，其施工工序为：先分段绑扎钢筋，后进行浇筑混凝土，最终，管排夹壁、管排填充结构和下层侧墙扩大头一起形成外部结构。

所述步骤三，切口支护包括固定钢板、防水钢板和管间支护, 所述防水钢板设置后施工的内部结构的外侧，作为内部结构的防水层；所述固定钢板设置在后施工的内部结构的内侧；所述管间支护支顶在固定钢板和防水钢板之间，并与其同时进行施工。

所述管间支护包括支护钢管，支护钢管内充填微膨胀细石混凝土。

所述步骤三和步骤四，上围合部分的钢管和下围合部分的钢管的切割分两次进行，第一次采用跳割方式，隔一段切一段；第一次切割完成后，再进行二次切割。

所述步骤五，外部结构的截面形状与拟建造地下空间的截面形状相同，为矩形或拱形。

所述步骤五，上管排填充结构的施工包括在管排夹壁空腔内分段设置管内支撑、架设模板，然后在模板内进行钢筋绑扎，并在浇筑混凝土前预埋注浆管，最后管排夹壁空间内浇筑混凝土，并在浇筑完成后通过注浆管补充注浆。

所述步骤六中，施做内部结构时先挖外部结构内的土方至结构中板的设计位置并施做结构中板，再施做结构底板；或挖外部结构内的土方至结构底板的设计位置先施做结构底板，再施做结构中板，所述结构中板和结构底板之间设置或不设置结构中柱。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

首先，本发明通过采用DN1800mm以上的大直径钢管顶进形成管排，将管排钢管横向贯通连接成一体，可为大跨度地下空间结构的施工提供安全的外部围护结构，整个施工基本全部在钢管、管排内操作，大大降低地下空间施工安全风险。整个施工过程不用占用道路，无需管线改移，环保性能强。

其次，在钢管管间切割支护过程中，迎水侧焊有止水钢板，因此整个地下空间结构外侧全部有钢材外包，加上自身混凝土结构的自防水，防水效果良好，确保防水万无一失。有水地层可带水作业无需通过降低地下水位来保证施工正常进行。

再者，本发明所述方法的施工过程对地面沉降影响较小，可以实现零沉降，施工时对周边建（构）物影响很小，无需对其进行地基加固等处理，可有效加快施工工期，节约施工成本。

另外，本发明所述施工方法在施工过程中主要的辅助构件大多可采用钢材，施工完毕均可回收反复利用，符合现代工程施工中环保节能理念，从而大幅度降低系列工程的施工成本。

本发明可广泛应用于地下工程施工，尤其适用于周边建筑物众多，地下管线丰富区段的地下工程施工。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明实施例一施工步骤一示意图。

图2是本发明实施例一施工步骤二示意图。

图3是图2中切口支护详图。

图4是本发明实施例一施工步骤三和步骤四示意图。

图5是本发明实施例一施工步骤五示意图。

图6是本发明实施例一施工步骤六示意图。

图7是本发明实施例二施工步骤一示意图。

图8是本发明实施例二施工步骤二示意图。

图9是本发明实施例二施工步骤三示意图。

图10是本发明实施例二施工步骤四示意图。

图11是本发明实施例二施工步骤五之在管廊内架设管内支撑示意图。

图12是本发明实施例二施工步骤五之管廊内结构施工示意图。

图13是本发明实施例二施工步骤六之内部结构的结构中板示意图。

图14是本发明实施例二施工步骤六之内部结构的结构底板示意图。

图15是本发明施工流程图。

附图标记：1－工作竖井、2－上围合部分的钢管、3－管间注浆、4－切口支护、4.1－固定钢板、4.2－防水钢板、4.3－管间支护、5－上管排填充结构、5.1－管内支撑、6－结构底板、7－结构中板、8－下层侧墙扩大头、9－结构中柱、10－下围合部分的钢管、11－上管排填充结构、12－管内支撑。

具体实施方式　  

实施例一参见图1至图6及图15所示，一种26m大跨度空间一次成型建造工法，其特征在于：步骤如下：

步骤一参见图1，随竖井1的土方开挖，将上围合部分的钢管2沿拟开挖地下空间上轮廓线跳格顶入延伸方向的土体，同时进行相邻两钢管的管间注浆3，并挖除上围合部分钢管内的土体；所述步骤一，所述相邻两钢管的管间注浆3自管顶向管周进行。所述顶进钢管从拟建造地下空间的一端竖井顶进或从拟建造地下空间的两端竖井同时相对顶进；顶进过程中，每顶进一节钢管进行管间同步注浆，后续钢管与先顶进钢管焊接连接，每根钢管顶进完成后，对钢管和其周边土间隙从管顶向管周进行充填注浆。所述钢管的顶进方式为人工或小型推进器。钢管顶进前的准备工作包括：布置顶管作业工作面，反力墙设置、导轨铺设、后设H型钢支撑反力架、千斤顶安装、千斤顶调试、千斤顶液压系统调试、顶铁设置。钢管顶进过程中包括：将钢管吊入施工作业面就位，用小型装载机或人工进入钢管内进行土方挖运作业，每次顶进后检查钢管的进尺与线形，用连接环焊接后续钢管同时对已顶进的钢管进行同步注浆。所述钢管每节长4~6m，直径为1800mm、2000mm、2200mm、2300mm的螺旋焊管，壁厚一般为18mm、20mm，其上间隔开有注浆孔。钢管顶进前的准备工作包括：布置顶管作业工作面，反力墙设置、导轨铺设、后设H型钢支撑反力架、千斤顶安装、千斤顶调试、千斤顶液压系统调试、顶铁设置。在工作竖井井壁上设置反力墙作为钢管顶进时提供反力的结构，反力墙结构可以为素混凝土、钢筋混凝土或钢结构。为了保证受力均匀，反力墙与围护结构之间应密贴无空隙。反力墙外设置反力件，反力件由H型钢-400×408×21×21加工制作，为了增加刚度，在H型钢的翼缘之间焊接加劲肋，加劲肋采用15mm厚钢板制作；H型钢外垫60mm厚钢板，在钢板外设置千斤顶。为保证钢管顶进的线形，在钢管下设置两排导轨。导轨采用H型钢制作，相邻钢管的导轨之间铺设花纹钢板，作为施工踏板。所述上围钢管指结构中板以上部分的钢管。

步骤二参见图2和图3，竖井的土方继续开挖，依次从上向下沿拟开挖地下空间外轮廓线将下围合部分的钢管10跳格顶入两侧延伸方向的土体，同时，进行相邻钢管的管间注浆3，并挖除下围钢管内的土体；所述上围合部分的钢管2和下围合部分的钢管10的顶进方式相同，均为从拟建造地下空间的一端竖井顶进或从拟建造地下空间的两端竖井同时相对顶进；顶进过程中，后续钢管与先顶进钢管焊接连接。

步骤三参见图4，将上围合部分的钢管2两两相邻部分进行切割，并在切口位置处连接切口支护4，使上围合部分的钢管2形成相互连通的管排夹壁空腔，同时在下围合部分的钢管10之间进行补充注浆；下围合部分的钢管10之间进行的补充注浆形成下层侧墙扩大头8，其施工工序为：先分段绑扎钢筋，后进行浇筑混凝土，最终，管排夹壁、管排填充结构和下层侧墙扩大头8一起形成外部结构。

所切口支护4包括固定钢板4.1、防水钢板4.2和管间支护4.3, 所述防水钢板4.2设置后施工的内部结构的外侧，作为内部结构的防水层；所述固定钢板4.1设置在后施工的内部结构的内侧；所述管间支护4.3支顶在固定钢板4.1和防水钢板4.2之间，并与其同时进行施工。所述管间支护4.3包括支护钢管，支护钢管内充填微膨胀细石混凝土。

步骤四参见图4，在上围合部分形成的管排夹壁空腔内进行上管排填充结构5的施工，同时将下围合部分的钢管10两两相邻部分进行切割，并在切口位置处连接切口支护4，使下围合部分的钢管10形成相互连通的管排夹壁空腔。所述上管排填充结构5的施工包括在管排夹壁空腔内分段设置管内支撑12、架设模板，然后在模板内进行钢筋绑扎，并在浇筑混凝土前预埋注浆管，最后管排夹壁空间内浇筑混凝土，并在浇筑完成后通过注浆管补充注浆。

所述步骤三和步骤四，上围合部分的钢管2和下围合部分的钢管10的切割分两次进行，第一次采用跳割方式，隔一段切一段；第一次切割完成后，再进行二次切割。

步骤五参见图5，在下围合部分的钢管10形成的管排夹壁空腔内进行下管排填充结构11的施工，管排夹壁空腔与管排填充结构一起形成围护结构；外部结构的截面形状与拟建造地下空间的截面形状相同，为矩形或拱形。

步骤六参见图6，围护结构完成后，按照从上向下的顺序进行拟开挖地下空间土方开挖，并施做内部结构。施做内部结构时先挖外部结构内的土方至结构中板7的设计位置并施做结构中板7，再施做结构底板6；或挖外部结构内的土方至结构底板6的设计位置先施做结构底板6，再施做结构中板7，所述结构中板7和结构底板6之间设置或不设置结构中柱13。结构底板的施工包括底板防水层、绑扎底板钢筋、浇筑底板混凝土，结构底板底部土体还可进行注浆加固。内部结构的土方开挖为机械开挖或人工开挖。

对于拱形结构，外部结构内土体开挖的过程中为保证盾构机过站，通过对外部结构下层位置大量注浆形成下层侧墙扩大头8，其施工工序为：先分段绑扎钢筋，后进行浇筑混凝土，最终，管廊内结构、管廊和下层侧墙扩大头8一起形成外部结构。

实施例二，参见图7至图14，其中，图7是施工步骤一示意图；图8是二施工步骤二示意图；图9是施工步骤三示意图；图10是施工步骤四示意图；图11是施工步骤五之在管廊内架设管内支撑示意图；图12是施工步骤五之管廊内结构施工示意图；图13是步骤六之内部结构的结构中板示意图；图14是施工步骤六之内部结构的结构底板示意图。与实施例一不同的是，拟建造地下空间的截面形状为矩形，施工步骤可完全按实施例一所述方法进行，也可在从上往下钢管顶进后，钢管间的切割支护、管廊内的结构施工从下往上分层分段进行，具体施工顺序可在实施例所述范围内进行。

本发明所述施工工法可实现最大跨度为26米的地下空间建造。

Claims (10)

1.一种26m大跨度空间一次成型建造工法，其特征在于：步骤如下：

步骤一，随竖井（1）的土方开挖，将上围合部分的钢管（2）沿拟开挖地下空间上轮廓线跳格顶入延伸方向的土体，同时进行相邻两钢管的管间注浆（3），并挖除上围合部分钢管内的土体；

步骤二，竖井的土方继续开挖，依次从上向下沿拟开挖地下空间外轮廓线将下围合部分的钢管（10）跳格顶入两侧延伸方向的土体，同时，进行相邻钢管的管间注浆（3），并挖除下围钢管内的土体；

步骤三，将上围合部分的钢管（2）两两相邻部分进行切割，并在切口位置处连接切口支护（4），使上围合部分的钢管（2）形成相互连通的管排夹壁空腔，同时在下围合部分的钢管（10）之间进行补充注浆；

步骤四，在上围合部分形成的管排夹壁空腔内进行上管排填充结构（5）的施工，同时将下围合部分的钢管（10）两两相邻部分进行切割，并在切口位置处连接切口支护（4），使下围合部分的钢管（10）形成相互连通的管排夹壁空腔；

步骤五，在下围合部分的钢管（10）形成的管排夹壁空腔内进行下管排填充结构（11）的施工，管排夹壁空腔与管排填充结构一起形成围护结构；

步骤六，围护结构完成后，按照从上向下的顺序进行拟开挖地下空间土方开挖，并施做内部结构。

2.根据权利要求1所述的26m大跨度空间一次成型建造工法，其特征在于：所述步骤一和步骤二，所述上围合部分的钢管（2）和下围合部分的钢管（10）的顶进方式相同，均为从拟建造地下空间的一端竖井顶进或从拟建造地下空间的两端竖井同时相对顶进；顶进过程中，后续钢管与先顶进钢管焊接连接。

3.根据权利要求1所述的26m大跨度空间一次成型建造工法，其特征在于：所述步骤一，所述相邻两钢管的管间注浆（3）自管顶向管周进行。

4.根据权利要求1所述的26m大跨度空间一次成型建造工法，其特征在于：所述步骤三，下围合部分的钢管（10）之间进行的补充注浆形成下层侧墙扩大头（8），其施工工序为：先分段绑扎钢筋，后进行浇筑混凝土，最终，管排夹壁、管排填充结构和下层侧墙扩大头（8）一起形成外部结构。

5.根据权利要求1所述的26m大跨度空间一次成型建造工法，其特征在于：所述步骤三，切口支护（4）包括固定钢板（4.1）、防水钢板（4.2）和管间支护（4.3）, 所述防水钢板（4.2）设置后施工的内部结构的外侧，作为内部结构的防水层；所述固定钢板（4.1）设置在后施工的内部结构的内侧；所述管间支护（4.3）支顶在固定钢板（4.1）和防水钢板（4.2）之间，并与其同时进行施工。

6.根据权利要求4所述的26m大跨度空间一次成型建造工法，其特征在于：所述管间支护（4.3）包括支护钢管，支护钢管内充填微膨胀细石混凝土。

7.根据权利要求1所述的26m大跨度空间一次成型建造工法，其特征在于：所述步骤三和步骤四，上围合部分的钢管（2）和下围合部分的钢管（10）的切割分两次进行，第一次采用跳割方式，隔一段切一段；第一次切割完成后，再进行二次切割。

8.根据权利要求1所述的26m大跨度空间一次成型建造工法，其特征在于：所述步骤五，外部结构的截面形状与拟建造地下空间的截面形状相同，为矩形或拱形。

9.根据权利要求1所述的26m大跨度空间一次成型建造工法，其特征在于：所述步骤五，上管排填充结构（5）的施工包括在管排夹壁空腔内分段设置管内支撑（12）、架设模板，然后在模板内进行钢筋绑扎，并在浇筑混凝土前预埋注浆管，最后管排夹壁空间内浇筑混凝土，并在浇筑完成后通过注浆管补充注浆。

10.根据权利要求1所述的26m大跨度空间一次成型建造工法，其特征在于：所述步骤六中，施做内部结构时先挖外部结构内的土方至结构中板（7）的设计位置并施做结构中板（7），再施做结构底板（6）；或挖外部结构内的土方至结构底板（6）的设计位置先施做结构底板（6），再施做结构中板（7），所述结构中板（7）和结构底板（6）之间设置或不设置结构中柱（13）。

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