CN103912011B - 明挖预制装配式地下结构 - Google Patents

Abstract

一种明挖预制装配式地下结构，它包括有：预制构件、连接元件、辅助元件、防水元件、接头补强件；预制构件是具有一定几何形状和构造的预制实体块；连接元件是连接相邻的预制构件，使之形成空间结构体；辅助元件是协助预制构件的快速和精准的拼装以及使用功能上的便捷；防水元件是在预制构件拼装时安装在构件接头处的防水密封垫防水装置；接头补强件是在预制构件之间的环向或纵向接头的缝隙中填充材料。本发明的有益效果是：可实现地下工程的高效率、高品质、低资源消耗和低环境影响；明挖预制装配式结构可实现多层多跨；预制构件质量高，耐久性和防水效果好，可实现施工现场快速拼装；可以有效提高工程冬季施工质量，消除安全隐患。

Description

明挖预制装配式地下结构

技术领域

本发明涉及地下工程建造技术领域，尤其涉及在明挖基坑内采用多块预制构件装配形成地下结构的技术。

背景技术

目前，我国城市地下工程进入飞速发展时期，地下工程的施工一般采用明挖法、浅埋暗挖法、盾构法等。明挖法和浅埋暗挖法一般采用现浇混凝土结构体系施工。现浇混凝土结构施工，从搭建脚手架、支模、绑扎钢筋到混凝土浇筑，大多数工作由手工劳动完成，存在着如下一系列问题：噪声扰民，粉尘污染；模板周转消耗大；施工人员多，手工劳动多，劳动强度大，且熟练程度要求较高；施工速度慢，建设周期长，受自然条件影响大；混凝土外观及内在质量控制难；现场的建筑材料浪费严重等缺陷；结构防水性较差；机械化程度不高等。特别是在寒冷地区，地下结构施工所面临的突出问题有：冬季施工质量难于保证；跨越冬休期，施工周期长；冬季施工采用暖棚等措施易引起火灾；明挖法无法在一年度内完成，造成跨年度的占路施工；社会和经济效益较差。盾构法机械化程度较高，管片采用预制化构件，施工速度快，质量好，经济环保，是轨道交通工程建设的发展趋势。

随着国民环保意识的增强、人口老龄化问题以及大量工程建设的需求，目前地下工程结构的设计和施工需进行创新性的工作以适用未来工程建设。采用预制装配式地下结构形式，是解决城市地下工程建设的必然选择。预制装配式结构具有如下优点：建造速度快，施工方便，模板和现浇混凝土作业很少，有利于环境保护和减少施工扰民，更可以减少材料和能源浪费；劳动力需求量小，机械化施工程度高；预制结构构件标准，工业化生产效率高，质量保证率高；经济和社会环境效益好。

目前，国内预制装配式构件已经广泛用于工业与民用建筑、桥梁道路、水工建筑、大型容器等工程结构领域，但微小量应用于地下工程领域（仅盾构管片）。

本发明提出的明挖预制装配式地下结构，适用于工厂化结构构件生产，建造由小型到大型多种地下结构，诸如地铁车站、各类地下空间开发利用等，可以有效缩短施工工期，减小施工对城市环境和居民的影响，避免气候环境影响和冬季施工的困扰，并大幅度提高结构物和工程施工质量，实现工程建设的高效率、高品质、低资源消耗和低环境影响，具有显著的技术、经济和社会效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种明挖预制装配式地下结构，它采用预制装配式构件修建地下结构可实现工程的高效率、高品质、低资源消耗和低环境影响；明挖预制装配式结构可实现多层多跨，结构形式灵活多变，满足多种建筑功能需求，具有较强的适用性；预制构件采用高精度钢模和工厂化生产，结构质量高、自身耐久性和防水效果较好；可实现现场快速拼装，提高施工效率和工程质量，减小对周边环境的影响；明挖预制装配式地下结构可以有效提高工程冬季施工质量，同时避免传统现浇结构冬季施工存在的火灾等安全隐患。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种明挖预制装配式地下结构，它包括有：预制构件、连接元件、辅助元件、防水元件、接头补强件；

所述的预制构件是具有一定几何形状和构造的预制实体块；所述的预制构件根据地下结构的使用功能和形式，预制构件的外观几何形状是长方体、弧形体、带肋板式的多面体或者其他不规则多面体，其内部为实心或者闭合空腔式，预制构件端部设置各种构造，有凹凸榫口式、台阶式、平板式或现浇灌缝式连接构造，设置抗浮和连接内部楼板的牛腿构造，预制构件的材料为钢筋混凝土、型钢混凝土、纤维混凝土、钢结构或上述材料复合的材料；

所述的连接元件是连接相邻的预制构件，使之形成空间结构体；所述的连接元件主要包含环向和纵向元件，具有一定的抗拉和抗剪作用，环向元件设置在预制构件的内外面侧，纵向元件设置在预制构件实体内部，连接元件的材质是预应力或非预应力钢棒、钢索、钢丝或者其他高强度合成材料；

所述的辅助元件是协助预制构件的快速和精准的拼装以及地下结构使用功能上的便捷；所述的辅助元件包括吊装元件、定位元件和沟槽元件；吊装元件根据构件制作脱模、吊装运输、施工拼装综合因素考虑设置，实现构件的快速吊装；定位元件包括各种形式的定位销棒、定位标识，在预制构件之间的环向或纵向相邻面设置，解决拼装时环向和纵向定位的问题；沟槽元件预埋在预制构件的表面，用于建筑内部各种使用设备和管线的快捷安装；

所述的防水元件是在预制构件拼装时安装在构件接头处的防水密封垫防水装置；所述防水元件布置在预制构件的相邻面上，设置一道、二道甚至多道防水元件，防水材料选遇水膨胀橡胶条、加筋纤维橡胶条及其他防水材料；防水密封垫内部采用中空式或者密闭式，前者充填各种材料，注入空气、水、各种浆液；

所述接头补强件是在预制构件之间的环向或纵向接头的缝隙中填充材料，使预制构件接头得到加强；所述接头补强件通过在构件中预埋注浆管、排气管元件进行注浆填充；浆液是有机的或者无机的材料，环氧、环氧砂浆等各种高强度材料。

作为优选，本明挖预制装配式地下结构，是全预制构件组成的结构。

作为优选，本明挖预制装配式地下结构，是部分预制构件+部分现浇构件组装而成。

作为优选，本明挖预制装配式地下结构，它的断面形式为矩形、拱形或其他需要的形式；结构为单层或多层、单跨或多跨结构。

当需要在预制装配式明挖地下结构的侧墙上开口连接出入口或其他通道时，采用预制环框构件，或采用切割技术或局部钢结构技术。

根据地下结构需要的形式和使用功能，将其划分为多块独立的构件，构件与构件之间采用一定形式的连接构造组合成稳定的结构承载体系，或者通过构件与周围的基坑支护结构和地层的连接形成稳定的结构承载体系。在明挖基坑内将独立的预制构件通过各种元件及一定的方式装配在一起，完成基坑回填、恢复地面，形成整体稳定的明挖预制装配式地下结构。

本发明的有益效果是：

（1）采用预制装配式构件修建地下结构可实现工程的高效率、高品质、低资源消耗和低环境影响；

（2）明挖预制装配式结构可实现多层多跨，结构形式灵活多变，满足多种建筑功能需求，具有较强的适用性；

（3）预制构件采用高精度钢模和工厂化生产，结构质量高、自身耐久性和防水效果较好；

（4）可实现现场快速拼装，提高施工效率和工程质量，减小对周边环境的影响；

（5）明挖预制装配式地下结构可以有效提高工程冬季施工质量，同时避免传统现浇结构冬季施工存在的火灾等安全隐患。

附图说明

图1是单层单跨结构剖面示意图。

图2是多层多跨结构剖面示意图（多缝内部构件预制）。

图3是双层单跨结构剖面示意图（多缝内部构件预制）。

图4是双层单跨结构剖面示意图（多缝弧形断面内部构件现浇）。

图5是部分预制+部分现浇结构剖面示意图。

图6-1是预制榫口式接头单榫剖面示意图。

图6-2是预制榫口式接头双榫剖面示意图。

图6-3是预制榫口式接头多榫剖面示意图。

图7是预制台阶式接头剖面示意图（环向接头、纵向接头）。

图8是预制平板式接头剖面示意图。

图9是现浇灌缝式接头剖面示意图。

图10是预制平板实体式构件剖面示意图。

图11是预制闭合空腔式构件剖面示意图。

图12是预制肋板式构件剖面示意图。

图13是预制构件拼接面定位元件示意图。

图14是预制构件环向连接元件示意图。

图15是预制构件纵向连接元件示意图。

图16是预制构件接头防水元件剖面示意图。

图17-1是预制构件预埋注浆管、排气管元件剖面示意图。

图17-2是图17-1的左视示意图。

图18-1是预制构件预埋槽道元件剖面示意图。

图18-2是预制构件预埋槽道元件左视剖面示意图。

图19是预制装配式结构地铁车站横剖面示意图。

附图标记说明：

1、底板；

2、侧墙

3、顶板；

4、中板；

5、纵梁；

6、中柱；

7、杯口；

8、型钢托架；

9、现浇结构；

10、凹凸榫口式接头；

11、台阶式接头；

12、平板式接头；

13、现浇灌缝式接头；

14、实体式构件；

15、吊装元件；

16、闭合空腔式构件；

17、肋板式构件；

18、定位销棒；

19、定位标识；

20、环向连接元件；

21、纵向连接元件；

22、防水元件；

23、注浆管；

24、排气管；

25、注浆材料；

26、沟槽元件；

27、螺栓。

具体实施方式

参见图1至图19所示：地下结构有多种形式，下面以典型地铁车站结构为例，结合附图对本发明的具体实施方式作如下说明：

（1）根据主体结构的断面形式和受力特点，确定主体框架结构的分块数量和接头位置；

（2）根据主体结构的受力分析，确定结构断面形式（实体式构件14、闭合空腔式构件16、肋板式构件17）、尺寸及接头连接形式（凹凸榫口式接头10、台阶式接头11、平板式接头12、现浇灌缝式接头13）和连接元件（环向连接元件20、纵向连接元件21），满足受力要求；

（3）根据设计要求进行构件工厂流水化预制生产，预埋吊装元件15、定位标识19、定位销棒18的预留孔洞和沟槽元件26，达到设计强度后吊装运输至施工现场；

（4）施工围挡平整场地，打设施工降水井（如需降水施工），施做钻孔灌注桩（地下连续墙）等基坑支护结构；开挖基坑至基坑底设计标高处，铺设素混凝土垫层；

（5）结合分块位置和形式，按照由下至上的顺序，全预制结构先进行预制构件底板1拼装，然后再进行预制构件侧墙2和预制构件顶板3的拼装；部分预制+部分现浇结构，预制结构部分按照由下至上的顺序拼装，现浇结构9可灵活安排先后顺序，如底板现浇结构9作业可在预制构件侧墙2拼装前，也可在拼装后，预制构件侧墙2拼装利用下部型钢托架8完成；

（6）预制构件拼接对位后，通过千斤顶等设备提供外力张拉或顶进至接缝达到设计要求后，在构件体内或体外采用环向连接元件20和纵向连接元件21将构件间锁定；

（7）预制构件接缝两侧设置防水元件22，构件锁定就位后，防水元件22在外力挤压下达到设计防水要求，构件本身具备自防水能力，满足结构整体防水要求；

（8）预制构件接头拼接锁紧完成后，通过预埋注浆管23和排气管24对接缝进行加压注浆填充，注浆材料25硬化达到设计强度后形成接头补强件；

（9）车站拼装完成后进行覆土回填，然后再进行车站内部构件施做，内部中板4、纵梁5、中柱6等内部构件可以是预制或现浇结构，预制构件底板1可设置杯口7，预制构件可随主体结构拼装同步进行；

（10）车站土建结构完成后，在预埋沟槽元件26上通过螺栓27锁紧安装设备管线桥架，并投入使用。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种明挖预制装配式地下结构，其特征在于，它包括有：预制构件、连接元件、辅助元件、防水元件、接头补强件；

所述的预制构件是具有一定几何形状和构造的预制实体块；所述的预制构件根据地下结构的使用功能和形式，预制构件的外观几何形状是长方体、弧形体、带肋板式的多面体或者其他不规则多面体，其内部为实心或者闭合空腔式，预制构件端部设置各种构造，有凹凸榫口式、台阶式、平板式或现浇灌缝式连接构造，设置抗浮和连接内部楼板的牛腿构造，预制构件的材料为钢筋混凝土、型钢混凝土、纤维混凝土、钢结构或上述材料复合的材料；

所述的连接元件是连接相邻的预制构件，使之形成空间结构体；所述的连接元件主要包含环向和纵向元件，具有一定的抗拉和抗剪作用，环向元件设置在预制构件的内外面侧，纵向元件设置在预制构件实体内部，连接元件的材质是预应力或非预应力钢棒、钢索、钢丝或者其他高强度合成材料；

所述的辅助元件是协助预制构件的快速和精准的拼装以及地下结构使用功能上的便捷；所述的辅助元件包括吊装元件、定位元件和沟槽元件；吊装元件根据构件制作脱模、吊装运输、施工拼装综合因素考虑设置，实现构件的快速吊装；定位元件包括各种形式的定位销棒、定位标识，在预制构件之间的环向或纵向相邻面设置，解决拼装时环向和纵向定位的问题；沟槽元件预埋在预制构件的表面，用于建筑内部各种使用设备和管线的快捷安装；

所述的防水元件是在预制构件拼装时安装在构件接头处的防水密封垫防水装置；所述防水元件布置在预制构件的相邻面上，设置一道、二道甚至多道防水元件，防水材料选遇水膨胀橡胶条、加筋纤维橡胶条及其他防水材料；防水密封垫内部采用中空式或者密闭式，前者充填各种材料，注入空气、水、各种浆液；

所述接头补强件是在预制构件之间的环向或纵向接头的缝隙中填充材料，使预制构件接头得到加强；所述接头补强件通过在构件中预埋注浆管、排气管元件进行注浆填充；浆液是有机的或者无机的材料，环氧、环氧砂浆各种高强度材料；

根据设计要求进行构件工厂流水化预制生产，预埋吊装元件、定位标识、定位销棒的预留孔洞和沟槽元件，达到设计强度后吊装运输至施工现场。

2.根据权利要求1所述的明挖预制装配式地下结构，其特征在于，它是全预制构件组成的结构。

3.根据权利要求1所述的明挖预制装配式地下结构，其特征在于，它是部分预制构件+部分现浇构件组装而成。

4.根据权利要求2或3所述的明挖预制装配式地下结构，其特征在于，它的断面形式为矩形、拱形或其他需要的形式；结构为单层或多层、单跨或多跨结构。

5.根据权利要求4所述的明挖预制装配式地下结构，其特征在于，当需要在预制装配式明挖地下结构的侧墙上开口连接出入口或其他通道时，采用预制环框构件，或采用切割技术或局部钢结构技术。