CN105240018B - 竖井施工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种竖井施工装置及方法，属于基础工程建设施工领域，包括圈梁、支护、支撑体系和抗浮结构，所述圈梁设置于隧道上方的土体中，所述支护施加于竖井侧壁上，所述支撑体系为多层结构，包括沿竖直方向设置的钢支撑结构和中隔板结构，所述支撑体系垂直于竖井长度方向设置，所述支撑体系与竖井两侧支护固定连接，所述抗浮结构位于隧道的上方及左右两侧。这种装置，因竖井跨度小，并安装有多层支撑体系，且该竖井施工装置的结构性强，能够很好的传递隧道两侧的土体压力，对地铁隧道周围的土体干扰小，能够有效的控制隧道的隆起量满足设计要求。此外，还可采用对称平行作业，多工作面同时施工安装该装置，减少施工工期。

Description

竖井施工装置及方法

技术领域

本发明涉及基础工程建设施工领域，具体而言，涉及一种防止既有线隆起的竖井施工装置及方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，基础工程设施的不断建设，地铁线路在每一个发达城市将会越来越多，越来越密集。然而地表面结构物的修建肯定会地铁既有线产生影响，特别是深基坑上跨既有线施工时，会对既有线产生特别大的影响。然而在已有的多种施工方法中，存在着很多弊端，比如施工速度，经济造价，影响范围都需要很大的提高。

对于地铁保护的施工，现在主要方案为对地铁保护进行注浆加固后，逐级放坡喷锚开挖，但常规施工方法都存在很多问题，如注浆效果难以控制，放坡开挖一次性卸载土方较多，导致地铁抗隆起量不能满足设计要求。

发明内容

本发明提供了一种竖井施工装置和方法，旨在改善在既有线上方施工时易导致地铁抗隆起量不能满足设计要求的问题。

本发明是这样实现的：

竖井施工装置，包括圈梁、支护、支撑体系和抗浮结构，所述圈梁设置于隧道上方的土体中，所述支护施加于竖井侧壁上，所述支撑体系为多层结构，包括沿竖直方向设置的钢支撑结构和中隔板结构，所述支撑体系垂直于竖井长度方向设置，所述支撑体系与竖井两侧支护固定连接，所述抗浮结构位于隧道的上方及左右两侧。

该竖井的结构高度为地面至抗浮板底的距离，圈梁的长度和宽度均比抗浮板的长度和宽度大0.4-0.6m。该竖井施工装置的结构简单，完整性强，安装难度低，施工的可行性大。该竖井施工装置的结构性强，能够很好的传递隧道两侧的土体压力，能够有效的控制地铁的隆起量，使其满足设计要求。

进一步的，所述钢支撑结构和中隔板结构均设置于竖井长度方向的三等分点处。

在这种结构的竖井施工装置中，钢支撑结构和中隔板结构均设置于竖井长度方向的1/3处和2/3处。这样设计的好处在于，在竖井长度方向的三等分点处设置的钢支撑结构和中隔板结构，在保证支撑强度满足要求的同时，又能节省物料，减少工序，降低施工难度。

进一步的，所述钢支撑结构距离地面的高度为2.5-3.5m。

在距离地面高度小于2.5m时，由于竖井侧壁上支护的存在，能够确保竖井两侧的土体稳定。而当竖井深度大于3.5m时，竖井两侧的土体压力增大，因此，在距离地面2.5-3.5m处设置钢支撑结构，有利于增加施工的安全性和该装置的稳定性。

进一步的，所述中隔板结构依次固定相连，形成中隔墙，所述中隔墙的顶端距离地面的高度为4.5-5.5m。

在距离地面高度为4.5-5.5m处，在竖井长度方向1/3处和2/3处设置第一层中隔板结构，在安装该竖井施工装置中，随着竖井逐渐加深，在第一层中隔板结构的下方依次层层加设中隔板结构，并保证上下两层中隔板之间依次固定相连，在竖井内形成稳定的中隔墙，保证施工的安全性和该装置的稳定性。

进一步的，所述抗浮结构包括抗浮板和抗浮桩，所述抗浮板水平设置于隧道的上方，所述抗浮桩有多根，间隔设置于隧道两侧，所述抗浮桩的上端与抗浮板相连。

此处设置的抗浮桩不是一般的基础桩，而是一种抗拔桩，主要依靠桩身与土层的摩擦力来抵抗轴向拉力。抗浮桩的受力自桩顶向桩底传递，桩体受力大小会随着地下水位的变化而变化。在隧道两侧间隔设置多根抗浮桩后，在隧道上方水平设置一层抗浮板，并使抗浮桩的上端与抗浮板稳定相连，有效防止地铁既有线的隆起，保护地铁既有线设施。

进一步的，所述中隔墙底端距离抗浮板顶端的高度为1-1.5m。

中隔墙由数层中隔板结构组成，停止安装中隔板的位置为中隔墙低端距抗浮板顶端高度的1-1.5m处，在其二者之间留出的空隙，为人行通道，便于施工人员在竖井中施工。

进一步的，所述支护为经混凝土喷射的钢筋格栅。

钢筋格栅的强度高，防腐蚀能力强，且便于安装。在支护的安装过程中，首先采用焊接固定或者安装夹固定的方式安装钢筋格栅，再喷射混凝土加固。这种结构的支护，强度大，稳定性强，能够保证在施工过程中竖井的安全性。

一种竖井施工方法，包括以下步骤：

a.在隧道上方保护区开挖并施工圈梁；

b.在圈梁内开挖土体，开挖至40-60cm后安装支护，后逐层开挖并安装钢筋格栅，喷射混凝土后形成支护；

c.支护安装深度至2.5-3.5m时，在竖井长度方向的三等分点处设置两个钢支撑结构后，重复步骤b；

d.支护安装深度至4.5-5.5m时，在竖井长度方向的三等分点处设置两个中隔板结构；

e.重复步骤d,每次开挖0.4-0.6m后，确保安装的上下中隔板结构之间固定连接形成中隔墙，在中隔墙底端距抗浮板顶端的距离为1-1.5m处，停止安装中隔板结构；

f.重复步骤b至达到设计抗浮板标高处，施工抗浮板。

按照这种竖井施工方法进行施工，便能得到上述竖井施工装置，这种施工方法，对地铁既有线周围的土体扰动小，能够很好的传递隧道两侧的压力，从而避免地铁抗隆起量不能满足设计要求。且该方法采用有效的单一支撑结构，施工难度低，可操作性强。

进一步的，步骤d中，所述中隔板结构为钢筋结构，包括主筋，所述主筋为中隔板结构的主要承重钢筋，所述中隔板结构的主筋与支护中的钢筋格栅相连接。

中隔板结构中的主要承重钢筋固定连接于支护的钢筋格栅上，使由多层中隔板结构形成的中隔墙稳定的立于竖井长度方向的三等分点处，该中隔墙的支撑强度更大，竖井的安全性更高。

进一步的，钢支撑结构和中隔板结构组成支撑体系，当抗浮板安装完成后，从上至下逐层拆除支撑体系和支护。

这种方法采用的支护及支撑体系没有大型构造物，而且两个竖井之间不用再施工竖井，极大节约了造价，当抗浮结构施工完成后，将竖井破除，竖井钢筋可以回收，降低了施工成本。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的竖井施工装置，使用时，首先平整场地，施工抗浮桩，并开挖指定范围与深度的矩形槽，确定竖井开挖长度、宽度及深度，其次，设置圈梁，竖井边开挖边设置支护，设置钢支撑结构，在深度4.5-5.5m处开始采用在竖井内设置多层中隔板来抵消土体压力，开挖至设计深度后，在隧道上方施工抗浮板。

在地铁保护区域范围内，圈梁设置于隧道上方的土体中，因竖井跨度小，并安装有多层支撑体系，可以保证该装置在不良地质条件下或者在超深基坑内安装，且该竖井施工装置的结构性强，能够很好的传递隧道两侧的土体压力，对地铁隧道周围的土体干扰小，与传统的放坡开挖的方法相比更有利于保护地铁。采用该竖井施工装置移除地铁上方体，能够有效的控制地铁的隆起量，使其满足设计要求。

该竖井施工装置的结构简单，完整性强，安装难度低，施工的可行性大。此外，该竖井施工方法的施工作业面小，同时施工的竖井间距小，且影响的工作面小，因此，可采用对称平行作业，多工作面同时施工，即第一个竖井为地铁保护段中间，当竖井施工到一定程度后，在间隔一定距离的位置对称施工另外两个竖井。这样就能极大的减少施工工期，加快整体工程进度，减少工程的时间和经济成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的竖井施工装置的剖视图；

图2是本发明实施方式提供的竖井施工装置的俯视图。

图中标记分别为：

土体101、圈梁102、支护103、钢支撑结构104、中隔板结构105、人行通道106、抗浮板107、抗浮桩108、隧道109。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参阅图1和图2，

本实施方式提供的竖井施工装置，包括圈梁102、支护103、支撑体系和抗浮结构，所述圈梁102设置于隧道109上方的土体101中，所述支护103施加于竖井侧壁上，所述支撑体系为多层结构，包括沿竖直方向设置的钢支撑结构104和中隔板结构105，所述支撑体系垂直于竖井长度方向设置，所述支撑体系与竖井两侧支护103固定连接，所述抗浮结构位于隧道109的上方及左右两侧。

使用时，首先平整场地，施工抗浮桩108，并开挖指定范围与深度的矩形槽，确定竖井开挖长度、宽度及深度，即该竖井的结构高度为地面至抗浮板107底的距离，圈梁102的长度和宽度均比抗浮板107的长度和宽度大0.4-0.6m。在一些具体的实施例中，竖井的宽度和长度均为抗浮板107外延0.5m。其次，设置圈梁102，竖井边开挖边设置支护103后，在距离地面高度2.5-3.5m处设置钢支撑结构104，在深度4.5-5.5m处开始采用在竖井内设置多层中隔板来抵消土体101压力，开挖至设计深度后，在隧道109上方施工抗浮板107。

该装置的有益效果为，在地铁保护区域范围内，圈梁102设置于隧道109上方的土体101中，因竖井跨度小，并安装有多层支撑体系，可以保证该装置在不良地质条件下或者在超深基坑内安装，且该竖井施工装置的结构性强，能够很好的传递隧道109两侧的土体101压力，对地铁隧道109周围的土体101干扰小，与传统的放坡开挖的方法相比更有利于保护地铁。采用该竖井施工装置移除地铁上方体，能够有效的控制地铁的隆起量，使其满足设计要求。

该竖井施工装置的结构简单，完整性强，安装难度低，施工的可行性大。此外，该竖井施工方法的施工作业面小，同时施工的竖井间距小，且影响的工作面小，因此，可采用对称平行作业，多工作面同时施工，即第一个竖井为地铁保护段中间，当竖井施工到一定程度后，在间隔一定距离的位置对称施工另外两个竖井。这样就能极大的减少施工工期，加快整体工程进度，减少工程的时间和经济成本。

优选的，所述钢支撑结构104和中隔板结构105均设置于竖井长度方向的三等分点处。这样设计的好处在于，在竖井长度方向的三等分点处设置的钢支撑结构104和中隔板结构105，在保证支撑强度满足要求的同时，又能节省物料，减少工序，降低施工难度。

优选的，所述钢支撑结构104距离地面的高度为2.5-3.5m。在距离地面高度小于2.5m时，由于竖井侧壁上支护103的存在，能够确保竖井两侧的土体101稳定。而当竖井深度大于3.5m时，竖井两侧的土体101压力增大，因此，在距离地面2.5-3.5m处设置钢支撑结构104，有利于增加施工的安全性和该装置的稳定性。在某些具体的实施例中钢支撑结构104距离地面的高度为3m。

再者，所述中隔板结构105依次固定相连，形成中隔墙，所述中隔墙的顶端距离地面的高度为4.5-5.5m。在这个高度范围内于竖井长度方向1/3处和2/3处设置第一层中隔板结构105，在安装该竖井施工装置中，随着竖井逐渐加深，在第一层中隔板结构105的下方依次层层加设中隔板结构105，并保证上下两层中隔板之间依次固定相连，在竖井内形成稳定的中隔墙，保证施工的安全性和该装置的稳定性。在某些具体的实施例中中隔墙顶端距离地面的高度为5m。

优选的，所述抗浮结构包括抗浮板107和抗浮桩108，所述抗浮板107水平设置于隧道109的上方，所述抗浮桩108有多根，间隔设置于隧道109两侧，所述抗浮桩108的上端与抗浮板107相连。此处设置的抗浮桩108不是一般的基础桩，而是一种抗拔桩，桩体承受拉力，抗浮桩108的受力自桩顶向桩底传递，桩体受力大小会随着地下水位的变化而变化。在隧道109两侧间隔设置多根抗浮桩108后，在隧道109上方水平设置一层抗浮板107，并使抗浮桩108的上端与抗浮板107稳定相连，有效防止地铁既有线的隆起，保护地铁既有线设施。

再者，所述中隔墙底端距离抗浮板107顶端的高度为1-1.5m。中隔墙由数层中隔板结构105组成，停止安装中隔板的位置为中隔墙低端距抗浮板107顶端高度的1-1.5m处，在其二者之间留出的空隙，为人行通道106，便于施工人员在竖井中施工。在某些具体的实施例中此人行通道106的高度为1m。

优选的，所述支护103为经混凝土喷射的钢筋格栅。钢筋格栅的强度高，防腐蚀能力强，且便于安装。在支护103的安装过程中，首先采用焊接固定或者安装夹固定的方式安装钢筋格栅，再喷射混凝土加固。这种结构的支护103，强度大，稳定性强，能够保证在施工过程中竖井的安全性。

一种竖井施工方法，包括以下步骤：

a.在隧道109上方保护区开挖并施工圈梁102；

b.在圈梁102内开挖土体101，开挖至40-60cm后安装支护103，后逐层开挖并安装钢筋格栅，喷射混凝土后形成支护103；

c.支护103安装深度至2.5-3.5m时，在竖井长度方向的三等分点处设置两个钢支撑结构104后，重复步骤b；

d.支护103安装深度至4.5-5.5m时，在竖井长度方向的三等分点处设置两个中隔板结构105；

e.重复步骤d,每次开挖0.4-0.6m后，确保安装的上下中隔板结构105之间固定连接形成中隔墙，在中隔墙底端距抗浮板107顶端的距离为1-1.5m处，停止安装中隔板结构105；

f.重复步骤b至达到设计抗浮板标高处，施工抗浮板。

按照这种竖井施工方法进行施工，便能得到上述竖井施工装置，这种施工方法，对地铁既有线周围的土体101扰动小，能够很好的传递隧道109两侧的压力，从而避免地铁抗隆起量不能满足设计要求。且该方法采用有效的单一支撑结构，施工难度低，可操作性强。

优选的，步骤d中，所述中隔板结构105为钢筋结构，包括主筋，所述主筋为中隔板结构105的主要承重钢筋，所述中隔板结构105的主筋与支护103中的钢筋格栅相连接。中隔板结构105中的主要承重钢筋固定连接于支护103的钢筋格栅上，使由多层中隔板结构105形成的中隔墙稳定的立于竖井长度方向的三等分点处，该中隔墙的支撑强度更大，竖井的安全性更高。

优选的，钢支撑结构104和中隔板结构105组成支撑体系，当抗浮板安装完成后，从上至下逐层拆除支撑体系和支护103，破除竖井。这种方法采用的支护103及支撑体系没有大型构造物，而且两个竖井之间不用再施工竖井，极大节约了造价，当抗浮结构施工完成后，将竖井破除，竖井钢筋可以回收，降低了施工成本。

为清楚说明本发明，本实施方式中列举了三个具体的实施例：

实施例1，

一种竖井施工装置，包括圈梁102、支护103、支撑体系和抗浮结构，圈梁102设置于隧道109上方的土体101中，支护103为经混凝土喷射的钢筋格栅，支护103施加于竖井侧壁上，所述支撑体系为多层结构，包括沿竖直方向设置的钢支撑结构104和中隔板结构105，所述支撑体系垂直设置于竖井长度方向的三等分点处。钢支撑结构104距离地面的高度为2.5m，中隔板结构105依次固定相连，形成中隔墙，中隔墙的顶端距离地面的高度为4.5m。中隔墙底端距离抗浮板107顶端的高度为1m。所述支撑体系与竖井两侧支护103固定连接，所述抗浮结构包括抗浮板107和抗浮桩108，抗浮板107水平设置于隧道109的上方，抗浮桩108有多根，间隔设置于隧道109两侧，抗浮桩108的上端与抗浮板107相连。

实施例2，

一种竖井施工装置，包括圈梁102、支护103、支撑体系和抗浮结构，圈梁102设置于隧道109上方的土体101中，支护103为经混凝土喷射的钢筋格栅，支护103施加于竖井侧壁上，所述支撑体系为多层结构，包括沿竖直方向设置的钢支撑结构104和中隔板结构105，所述支撑体系垂直设置于竖井长度方向的三等分点处。钢支撑结构104距离地面的高度为3.5m，中隔板结构105依次固定相连，形成中隔墙，中隔墙的顶端距离地面的高度为5.5m。中隔墙底端距离抗浮板107顶端的高度为1.5m。所述支撑体系与竖井两侧支护103固定连接，所述抗浮结构包括抗浮板107和抗浮桩108，抗浮板107水平设置于隧道109的上方，抗浮桩108有多根，间隔设置于隧道109两侧，抗浮桩108的上端与抗浮板107相连。

实施例3一种竖井施工方法，包括以下步骤：

a.在隧道上方保护区开挖并施工圈梁102，然后养生，使混凝土强度达到100％。

b.待浇筑的混凝土满足设计强度后，在圈梁102内由上向下开挖地铁保护上方土方，每次开挖深度为0.5m，开挖完成后立即安装钢筋格栅并喷射混凝土,形成支护103。

c.当支护安装深度至3m时，在竖井长度方向的三等分点处设置两个钢支撑结构104后，重复步骤b。

d.支护安装深度至5m时，在竖井长度方向的三等分点处设置两个中隔板结构105，中隔板结构105为钢筋结构，包括主筋，所述主筋为中隔板结构105的主要承重钢筋，所述中隔板结构105的主筋与支护103中的钢筋格栅相连接。

e.重复步骤d,每次开挖0.5m后，确保安装的上下中隔板结构105之间固定连接形成中隔墙，在中隔墙底端距抗浮板顶端的距离为1m处，停止安装中隔板结构105，留出人行通道106。

f.重复步骤b至达到设计抗浮板标高处，施工抗浮板。

g.当抗浮板安装完成后，从上至下逐层拆除支撑体系和支护。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (6)

1.竖井施工装置，其特征在于，包括圈梁、支护、支撑体系和抗浮结构，所述圈梁设置于隧道上方的土体中，所述支护施加于竖井侧壁上，所述支护为经混凝土喷射的钢筋格栅，所述支撑体系为多层结构，包括沿竖直方向设置的钢支撑结构和中隔板结构，所述支撑体系垂直于竖井长度方向设置，所述支撑体系与竖井两侧支护固定连接，所述钢支撑结构和中隔板结构均设置于竖井长度方向的三等分点处，所述中隔板结构依次固定相连，形成中隔墙，所述抗浮结构位于隧道的上方及左右两侧，所述抗浮结构包括抗浮板和抗浮桩，所述抗浮板水平设置于隧道的上方，所述抗浮桩有多根，间隔设置于隧道两侧，所述抗浮桩的上端与抗浮板相连。

2.根据权利要求1所述的竖井施工装置，其特征在于，所述钢支撑结构距离地面的高度为2.5-3.5m。

3.根据权利要求1所述的竖井施工装置，其特征在于，所述中隔墙的顶端距离地面的高度为4.5-5.5m。

4.根据权利要求1所述的竖井施工装置，其特征在于，所述中隔墙底端距离抗浮板顶端的高度为1-1.5m。

5.一种竖井施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.在隧道上方保护区开挖并施工圈梁；

b.在圈梁内开挖土体，开挖至40-60cm后安装支护，后逐层开挖并安装钢筋格栅，喷射混凝土后形成支护；

c.支护安装深度至2.5-3.5m时，在竖井长度方向的三等分点处设置两个钢支撑结构后，重复步骤b；

d.支护安装深度至4.5-5.5m时，在竖井长度方向的三等分点处设置两个中隔板结构；

e.重复步骤d,每次开挖0.4-0.6m后，确保安装的上下中隔板结构之间固定连接形成中隔墙，在中隔墙底端距抗浮板顶端的距离为1-1.5m处，停止安装中隔板结构；

f.重复步骤b至达到设计抗浮板标高处，施工抗浮板，钢支撑结构和中隔板结构组成支撑体系，当抗浮板安装完成后，从上至下逐层拆除支撑体系和支护。

6.根据权利要求5所述的竖井施工的方法，其特征在于，步骤d中，所述中隔板结构为钢筋结构，包括主筋，所述主筋为中隔板结构的主要承重钢筋，所述中隔板结构的主筋与支护中的钢筋格栅相连接。