CN104806274A - 一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构及建造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构及建造方法，包括以下步骤：在待建造的地下空间两端施工第一竖井和第二竖井；制作钢管节；将钢管节通过第一竖井侧壁的孔洞逐节顶入土体直至连通第二竖井；如此循环，直到将所有钢管节顶入规定位置；加工封头板，其设有排气孔、混凝土进料口及波纹管露头孔；在波纹管内穿入钢绞线，在封头板上安装锚具和穿心千斤顶，进行张拉并锁定锚具，拆除千斤顶后在波纹管内灌满混凝土；分段快速开挖土方，快速施工桩基；最后切除桩头，施作结构底板，形成完整的地下空间。本发明减少了甚至省去了地下空间建造过程中的支护结构，实现节约材料的目的，此外工序简单、对周边环境影响小、减少了坍塌事件。
Description
技术领域
本发明属于大跨度长距离地下空间建造技术领域，特别是涉及一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构，以及该结构的建造方法。
背景技术
随着我国城市化水平的不断提高,城市发展与土地资源短缺、城市环境保护之间的矛盾日益突出，开发利用地下空间将是解决这些矛盾的必然之路。但城市中林立的建构筑物、密集的路面交通以及纵横密布的各类地下管网，使得城市的周边环境越来越复杂，既要合理开发和利用城市的地下空间，又要妥善保护周边现有环境，这就对地下工程施工技术提出了更高的要求。为解决城市浅埋大跨度地下空间暗挖建造过程中存在的工序繁杂、临时支撑材料消耗量大、周边环境保护难度大、坍塌事件时有发生的难题，结合地层加固、开挖、支护、衬砌等关键工序，一些非直接开挖方法日益受人推崇，避免或尽可能减少对周围环境的影响已经成为地下空间结构施工专业人士的共识。
通常大跨度长距离地下空间采用的方法有盖挖法、明挖法，这些方法存在场地占用大，对周边交通及环境影响大的问题。明挖法还存在开挖过程中需要适当的基坑支护结构。国专利CN102536273中公开了一种26米大跨度空间一次成型建造工法，这种方法是操作人员进入钢管内部进行开挖，在钢管内部将钢管切割开绑扎钢筋浇筑混凝土。这种方法存在材料投入大，构造复杂、施工难度大、不经济环保的问题。
发明内容
本发明提供一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，所要解决的技术问题是现有的浅埋大跨度地下空间建造方法所遇到的工序繁杂、临时支撑材料消耗量大、周边环境保护难度大、坍塌事件时有发生、地下通道内土方外运困难
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，包括以下步骤：
步骤1，在待建造的地下空间两端施工第一竖井和第二竖井；随第一竖井和第二竖井的土方开挖，在第一竖井和第二竖井侧壁的预定位置开挖相邻孔洞；
步骤2，制作钢管节，每节长度为1～3米；在钢管节内按照预定曲度和倾斜方向铺设塑料波纹管，将塑料波纹管用支架固定在钢管节内；钢管节外壁焊接管间止水承插接头；制作的管间止水承插接头的作用是在钢管顶入土体过程中控制相邻钢管的相对位置（定位作用）和形成第一道水和土的渗漏屏障；
步骤3，将钢管节通过第一竖井侧壁的孔洞逐节顶入土体直至连通第二竖井；在第一根钢管节顶进后，随后顶进的所有钢管之间的管间止水承插接头必须相互套接；如此循环，直到将所有钢管节顶入规定位置；第一节钢管节内部的波纹管端部设置喷水出口；喷水出口端部要尽量贴近钢管内壁，以提高喷水软化土体和排土效果；
步骤4，加工封头板，所述封头板为圆形，直径与钢管外径相等；在封头板上设有排气孔、混凝土进料口，以及波纹管露头孔；在位于钢管两端的钢管节的波纹管上安装螺旋筋并固定，将封头板焊接在位于钢管两端的钢管节的端部；割除喷水出口和多余的波纹管以及多余的钢管；混凝土进料孔上连接泵管，向钢管内浇筑高流态自密实混凝土，并经过一个养护周期；
步骤5，在波纹管内穿入钢绞线，在封头板上安装锚具和穿心千斤顶，进行张拉并锁定锚具，拆除千斤顶后在波纹管内灌满混凝土，切除多余的钢绞线；重复步骤2到步骤5，直到所有波纹管内均灌入混凝土；
步骤6，破除部分第一竖井、第二竖井靠近待建造地下空间的侧壁，高度满足进行机械开挖和成桩机械施工的空间要求；
步骤7，分段快速开挖土方，快速施工桩基，在待形成的地下空间拱脚外侧注浆加固土体；在相邻的钢管下口外表面焊接钢筋；在相邻的钢管下口用钢板焊接连接，在相邻的钢管与钢板形成的空腔内填筑大流态自密实混凝土；
步骤8，重复步骤7开挖剩余土方；最后切除桩头，施作结构底板，形成完整的地下空间。
本发明如上所述的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，进一步，步骤2中，支架为采用钢筋制作成“井”字形，钢筋端头与钢管节内壁点焊固定；波纹管穿过“井”字形支架的中间孔洞。
本发明如上所述的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，进一步，步骤4中，所述排气孔靠近管壁。
本发明如上所述的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，进一步，最终铺设形成的整根塑料波纹管其两端和最底部三点以及地下空间的圆心处在同一个平面内。
本发明如上所述的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，进一步，第一节波纹管端部设置多个喷水出口，以提高冲击软土的效果。
本发明如上所述的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，进一步，步骤3，将钢管节通过第一竖井侧壁的孔洞逐节顶入土体时先将相邻钢管节内的波纹管对接连接在一起，然后将相邻两钢管节采用焊接连接。
本发明如上所述的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，进一步，还包括钢管节逐节顶进过程中，将高压水接入已经安装的塑料波纹管，利用水的冲击力将钢管节顶进一端的软土冲散呈泥状并通过钢管顶进一端排出。
本发明如上所述的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，进一步，步骤5中，所述钢绞线数量为1根或多根，或者为一束或多束。通过对钢绞线施加一定的拉应力，以抵抗地下空间开挖过程中结构及地层的沉降和变形，达到控制沉降值，有效保护周边环境的目的。
本发明还提供一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构，其包括：
钢管，所述钢管围成地下空间的上部轮廓；钢管的两端为封头板；
波纹管，安装在所述钢管内，钢管与波纹管之间的空间浇筑混凝土；
钢绞线，安装在所述波纹管内，钢绞线的两端通过锚具分别锁定在钢管两端的封头板；波纹管和钢绞线之间的空间浇筑混凝土；
止水承插接头，焊接在相邻钢管的外壁；
钢板，焊接在相邻的钢管的下口；钢板与止水承插接头之间的空间为钢筋和浇筑的混凝土；
结构底板，所述结构底板与所述钢管围成的上部轮廓衔接；
桩基，所述桩基支撑在所述结构底板的底部。
本发明如上所述的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构，进一步，所述钢绞线数量为1根或多根，或者为一束或多束。
本发明的有益效果是：
1、本发明所述的一体化结构，是指支护结构（主要为钢管）就是地下空间主体结构，也就是这种结构既是作为地下空间施工的支护结构，也是形成地下空间的结构主体。较常规结构相比，减少了甚至省去了地下空间建造过程中的支护结构，实现节约材料的目的。
2、本发明所述的一种大跨度长距离地下空间主体与支护一体化结构及建造工法，是以钢管+混凝土+建立结构体内预应力为特征的水平方向的体内预应力钢管混凝土结构，是一种新型的结构形式，是一种不同于钢-混组合结构、钢结构、混凝土结构、预应力混凝土结构等结构的新的结构形式。
3、本发明所述的一种大跨度长距离地下空间主体与支护一体化结构及建造工法，整个地下空间利用钢结构和混凝土结构两种材料形成两道刚性防水体系。较通常采用的防水做法耐久性更好，防水性能更好。
4、本发明所述的一种大跨度长距离地下空间主体与支护一体化结构及建造工法，通过预先计算结构在荷载作用下产生的变形以及为抵抗这种变形而需要的钢绞线型号及预加应力，从而极大的减少地面的沉降，施工时对周边建构筑物影响很小，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。
5、本发明所述方法所使用的钢管直径相对于传统大管幕一次成型建造技术有较大的减小，大大的降低了钢材的使用量，从而大幅度降低了系列工程施工成本。
本发明可广泛应用于地下工程施工，尤其适用于周边建构筑物众多、地下管线丰富、软弱土地区的大跨度长距离地下空间的设计与建造。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法的步骤1示意图；
图2为本发明实施例提供的一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法的步骤2示意图；
图3为本发明实施例提供的一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法的步骤2示意图；
图4为本发明实施例提供的一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法的步骤2示意图；
图5为本发明实施例提供的一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法的步骤3示意图；
图6为本发明实施例提供的一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法的步骤4示意图；
图7为本发明实施例提供的一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法的步骤5示意图；
图8为本发明实施例提供的一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法的步骤7示意图；
图9为本发明实施例提供的一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法的步骤7示意图；
图10为本发明实施例提供的一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法的步骤8示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、第一竖井，11、第二竖井，2、待建造的地下空间，3、钢管，31、第一根钢管节，32、中间钢管节，33、末根钢管节，34、封头板，35、排气孔，36、混凝土进料口，37、螺旋筋，38、支架，39、波纹管露头孔，4、塑料波纹管，41、喷水出口，5、钢绞线，51、锚具，6、混凝土，7、管间止水承插接头，71、钢筋，72、钢板，8、结构底板，9、桩基，91、下层侧墙扩大头。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明实施例需要解决的问题是现有的浅埋大跨度地下空间建造方法所遇到的工序繁杂、临时支撑材料消耗量大、周边环境保护难度大、坍塌事件时有发生、地下通道内土方外运困难。
一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，包括以下步骤：
步骤1，如图1所示，在待建造的地下空间2两端施工第一竖井1和第二竖井11；随第一竖井和第二竖井的土方开挖，在第一竖井和第二竖井侧壁的预定位置开挖相邻孔洞；孔洞直径≦钢管直径+20mm。
步骤2，如图2、图3、图4所示，制作钢管节，所述钢管节分为第一根钢管节31、中间钢管节32、末根钢管节33，每节长度为1～3米；在钢管节内按照预定曲度和倾斜方向铺设塑料波纹管4，将塑料波纹管用支架38固定在钢管节内（优选地支架之间间隔0.3～0.5m距离）；钢管节外壁焊接管间止水承插接头7；制作的管间止水承插接头的作用是在钢管顶入土体过程中控制相邻钢管的相对位置（定位作用）和形成第一道水和土的渗漏屏障；
步骤3，如图5所示，将钢管节通过第一竖井侧壁的孔洞逐节顶入土体直至连通第二竖井形成连接第一竖井和第二竖井的钢管3；在第一根钢管节顶进后，随后顶进的所有钢管之间的管间止水承插接头必须相互套接；如此循环，直到将所有钢管节顶入规定位置；第一节钢管节内部的波纹管端部设置喷水出口41；在更优选的实施例中，喷水出口为多个，其端部要尽量贴近钢管内壁，以提高喷水软化土体和排土效果；
步骤4，如图6所示，加工封头板34，所述封头板为圆形，直径与钢管外径相等；在封头板上设有排气孔35、混凝土进料口36，以及波纹管露头孔39；在位于钢管两端的钢管节的波纹管上安装螺旋筋37并固定，将封头板焊接在位于钢管两端的钢管节的端部；割除喷水出口和多余的波纹管以及多余的钢管；混凝土进料孔上连接泵管，向钢管内浇筑高流态自密实混凝土，并经过一个养护周期；
步骤5，如图7所示，在波纹管4内穿入钢绞线5，在封头板上安装锚具51和穿心千斤顶，进行张拉并锁定锚具，拆除千斤顶后在波纹管内灌满混凝土，切除多余的钢绞线；重复步骤2到步骤5，直到所有波纹管内均灌入混凝土6；所述钢绞线数量为1根或多根，或者为一束或多束。通过对钢绞线施加一定的拉应力，以抵抗地下空间开挖过程中结构及地层的沉降和变形，达到控制沉降值，有效保护周边环境的目的。
步骤6，破除部分第一竖井、第二竖井靠近待建造地下空间的侧壁，高度满足进行机械开挖和成桩机械施工的空间要求；
步骤7，如图8、图9所示，分段快速开挖土方，快速施工桩基9，在待形成的地下空间拱脚外侧注浆加固土体，形成下层侧墙扩大头91。；在相邻的钢管下口外表面焊接钢筋71；在相邻的钢管下口用钢板72焊接连接，在相邻的钢管与钢板形成的空腔内填筑大流态自密实混凝土6；
步骤8，如图10所示，重复步骤7开挖剩余土方；最后切除桩头，施作结构底板8，形成完整的地下空间。
本发明上述实施例的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法的具体实施过程中，步骤2中，支架为采用钢筋制作成“井”字形，钢筋端头与钢管节内壁点焊固定；波纹管穿过“井”字形支架的中间孔洞。
本发明上述实施例的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法的具体实施过程中，最终铺设形成的整根塑料波纹管其两端和最底部三点以及地下空间的圆心（当地下空间为矩形时为其中心）处在同一个平面内。
本发明上述实施例的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法的具体实施过程中，步骤3，将钢管节通过第一竖井侧壁的孔洞逐节顶入土体时先将相邻钢管节内的波纹管对接连接在一起，然后将相邻两钢管节采用焊接连接。
本发明上述实施例的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法的具体实施过程中，还包括钢管节逐节顶进过程中，将高压水接入已经安装的塑料波纹管，利用水的冲击力将钢管节顶进一端的软土冲散呈泥状并通过钢管顶进一端排出。
本发明实施例还提供一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构，其包括：
钢管3，所述钢管围成地下空间的上部轮廓；钢管的两端为封头板；
波纹管4，安装在所述钢管内，钢管与波纹管之间的空间浇筑混凝土；
钢绞线5，安装在所述波纹管内，钢绞线的两端通过锚具51分别锁定在钢管两端的封头板34；波纹管和钢绞线之间的空间浇筑混凝土6；所述钢绞线数量为1根或多根，或者为一束或多束。
止水承插接头7，焊接在相邻钢管的外壁；
钢板72，焊接在相邻的钢管3的下口；钢板与止水承插接头之间的空间为钢筋71和浇筑的混凝土6；
结构底板8，所述结构底板与所述钢管围成的上部轮廓衔接；
桩基9，所述桩基支撑在所述结构底板的底部。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，包括以下步骤：
步骤1，在待建造的地下空间两端施工第一竖井和第二竖井；随第一竖井和第二竖井的土方开挖，在第一竖井和第二竖井侧壁的预定位置开挖相邻孔洞；
步骤2，制作钢管节；在钢管节内按照预定曲度和倾斜方向铺设塑料波纹管，将塑料波纹管用支架固定在钢管节内；钢管节外壁焊接管间止水承插接头；
步骤3，将钢管节通过第一竖井侧壁的孔洞逐节顶入土体直至连通第二竖井；在第一根钢管节顶进后，随后顶进的所有钢管之间的管间止水承插接头必须相互套接；如此循环，直到将所有钢管节顶入规定位置；第一节钢管节内部的波纹管端部设置喷水出口；
步骤4，加工封头板，在封头板上设有排气孔、混凝土进料口，以及波纹管露头孔；在位于钢管两端的钢管节的波纹管上安装螺旋筋并固定，将封头板焊接在位于钢管两端的钢管节的端部；向钢管内浇筑高流态自密实混凝土，并经过一个养护周期；
步骤5，在波纹管内穿入钢绞线，在封头板上安装锚具和穿心千斤顶，进行张拉并锁定锚具，拆除千斤顶后在波纹管内灌满混凝土，切除多余的钢绞线；重复步骤2到步骤5，直到所有波纹管内均灌入混凝土；
步骤6，破除部分第一竖井、第二竖井靠近待建造地下空间的侧壁，高度满足进行机械开挖和成桩机械施工的空间要求；
步骤7，分段快速开挖土方，快速施工桩基，在待形成的地下空间拱脚外侧注浆加固土体；在相邻的钢管下口外表面焊接钢筋；在相邻的钢管下口用钢板焊接连接，在相邻的钢管与钢板形成的空腔内填筑大流态自密实混凝土；
步骤8，重复步骤7开挖剩余土方；最后切除桩头，施作结构底板，形成完整的地下空间。
2.根据权利要求1所述的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，其特征在于，步骤2中，支架为采用钢筋制作成“井”字形，钢筋端头与钢管节内壁点焊固定；波纹管穿过“井”字形支架的中间孔洞。
3.根据权利要求1所述的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，其特征在于，步骤4中，所述排气孔靠近管壁。
4.根据权利要求1所述的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，其特征在于，最终铺设形成的整根塑料波纹管其两端和最底部三点以及地下空间的圆心处在同一个平面内。
5.根据权利要求1所述的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，其特征在于，第一节波纹管端部设置多个喷水出口，以提高冲击软土的效果。
6.根据权利要求1所述的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，其特征在于，步骤3，将钢管节通过第一竖井侧壁的孔洞逐节顶入土体时先将相邻钢管节内的波纹管对接连接在一起，然后将相邻两钢管节采用焊接连接。
7.根据权利要求1所述的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，其特征在于，还包括钢管节逐节顶进过程中，将高压水接入已经安装的塑料波纹管，利用水的冲击力将钢管节顶进一端的软土冲散呈泥状并通过钢管顶进一端排出。
8.根据权利要求1所述的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构的建造方法，其特征在于，步骤5中，所述钢绞线数量为1根或多根，或者为一束或多束。
9.一种大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构，其特征在于，所述结构包括：
钢管，所述钢管围成地下空间的上部轮廓；钢管的两端为封头板；
波纹管，安装在所述钢管内，钢管与波纹管之间的空间浇筑混凝土；
钢绞线，安装在所述波纹管内，钢绞线的两端通过锚具分别锁定在钢管两端的封头板；波纹管和钢绞线之间的空间浇筑混凝土；
止水承插接头，焊接在相邻钢管的外壁；
钢板，焊接在相邻的钢管的下口；钢板与止水承插接头之间的空间为钢筋浇筑混凝土；
结构底板，所述结构底板与所述钢管围成的上部轮廓衔接；
桩基，所述桩基支撑在所述结构底板的底部。
10.根据权利要求9所述的大跨度长距离地下空间主体支护一体化结构，其特征在于，所述钢绞线数量为1根或多根，或者为一束或多束。
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