CN106640108A - 一种地下建筑模块化施工体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于地下暗挖工程技术领域，具体的说是涉及一种地下建筑模块化施工体系及其施工方法，有效的解决地下空间结构工程施工难度大的技术问题，利用装配式施工的模块化建造技术，提高地下工程的安全性和机械化程度，提供了一种地下建筑模块化施工体系，包括在地下暗挖结构中设置的始发井和接收井，在始发井内设置有顶推装置，在接收井内设置有牵引装置，在始发井和接收井之间还设置有先行导洞，在先行导洞内设置有钢索或型钢拉杆，钢索或型钢拉杆的一端与接收井内的牵引装置相连接；另一端与建筑主体结构外侧预留的连接件相连，该结构施工及其方法适用于大体量的地下空间开发，有效的避免了大面积的明挖工程，地面环境影响小、社会效益高。

Description

一种地下建筑模块化施工体系及其施工方法

技术领域

本发明属于地下暗挖工程技术领域；具体的说是涉及一种地下建筑模块化施工体系及其施工方法。

背景技术

随着我国的改革开放和现代化的城市建设，地下空间的建设利用越来越受到国家的重视；并且在我国城市化进程的继续推进过程中，城市人口的快速集中，土地资源变得尤为稀缺，整个社会对地下空间开发利用的需求亦愈加突出；然而通常的地下工程施工，做法是采用支护和明挖相结合的施工方式，但是这种传统的方式带来的最大困扰就是需要对地面进行整体开挖，不但影响周边环境，而且严重阻碍交通，对社会公共交通和环境影响较大；并且随着结构埋深的增加，支护费用也大幅提高，如果在城市成熟区域进行明挖，给社会带来的潜在损失更是无法小觑；而目前的暗挖技术也存在诸多不足，效率和质量较难控制；盾构、顶管技术也只能较好的运用在隧道方面，对于大型的地下空间结构尚无较好的、成体系的、能应对不同地质条件、不同功能需求的施工方法；因此，如何在不影响地上环境、交通、社会生活的前提下，完成复杂地质条件、复杂功能需求的地下工程的建设是尤为重要且亟待解决的难题。

发明内容

本发明的发明目的：

主要是为了提出一种模块化建造大型复杂地下空间结构建筑的施工体系及其施工方法，目的在于解决当前地下空间开发利用掣肘的问题，有效的解决地下空间结构工程施工难度大的技术问题，提高企业的施工效率，降低工人的劳动强度，利用装配式施工的模块化建造技术，提高地下工程的安全性和机械化程度。

本发明的技术方案为：

提供了一种地下建筑模块化施工体系，包括在地下暗挖结构中设置的始发井和接收井，在始发井内设置有顶推装置，在接收井内设置有牵引装置，在始发井和接收井之间还设置有先行导洞，在先行导洞内设置有钢索或型钢拉杆，钢索或型钢拉杆的一端与接收井内的牵引装置相连接；另一端与建筑主体结构外侧预留的连接件相连，建筑主体结构采用模块化装配建造并在始发井内装配完成；在建筑主体结构的前端还设置有组合式掘进机；在建筑主体结构的下方还设置有轨道基础，在轨道基础和建筑主体结构之间还设置有导轨。

该建筑主体结构分别采用分榀、分跨、分部的装配方式进行结构模块化装配。

该组合式掘进机由单个可独立工作的小型掘进机组合拼装而成，该小型掘进机使用通用建筑模数设计。

在建筑主体结构的上部还通过组合式掘进机注射有减摩泥浆。

基于上述结构体系的施工方法包括以下施工步骤：

（1）、竖井开挖；采用明挖法完成始发井和接收井。

（2）、施做先行导洞；利用管幕机或小型顶管机或水平钻机完成始发井和接收井之间布设的先行导洞的施做开挖，先行导洞沿建筑物外轮廓布置，在始发井和接收井之间的结构底层亦设置有底层先行导洞。

（3）、设备安装，始发准备；在先行导洞完成后，在始发井安装顶推装置，在接收井安装牵引装置，同时在导洞内插入钢索或者型钢杆件；在底层先行导洞内布置钢筋笼并灌注混凝土形成轨道基础,并铺设轨道；布置始发井下的导轨；同时在始发井内拼装多个小型掘进机，形成大断面组合式掘进机，完成始发工作，准备始发；组合式掘进机采用全断面掘进的掘进方式，其断面尺寸略大于该建筑主体结构的断面尺寸，单个小型掘进机依据常用建筑模数设计。

（4）、始发掘进；利用组合式大断面掘进机进行始发掘进。

（5）、装配建筑主体结构模块；当组合式掘进机身埋入土层后，腾出始发井空间，利用该空间进行第一榀主体结构框架的模块化装配；钢索或型钢杆件一端与接收井内的牵引装置相连接，另一端与建筑主体结构外侧的预留锚件连接件相连接；建筑主体结构在始发井内拼装时，一并做好模块间在迎土面处接缝的防水施工。

（6）、整体平移建筑主体结构；在第一榀主体结构模块化装配完成后，组合式掘进机的油缸顶推在装配好的建筑主体结构上，继续进行土体的切削；组合式掘进机一边掘进，一边利用始发井的顶推装置顶推建筑结构，一边利用接收井的牵引装置牵引建筑结构整体平移。

（7）、掘进施工；重复上述步骤（5）及步骤（6），完成掘进并且位移达到一定行程，又腾出始发井空间后，暂停顶进和牵引工作；同时释放后靠背油缸，并继续向始发井内吊入标准模块化建筑主体单元，完成第二榀结构的拼装；做好第一榀与第二榀建筑主体结构之间接缝的防水工作；拼装完成后继续掘进，并同时顶推和牵引建筑主体结构；为减小牵引力，在建筑结构下部可利用底层先行隧道事先铺设导轨，从而使整个建筑结构在导轨上滑行运动,在建筑物的上部则可喷射减摩泥浆降低阻力；对于上述步骤（5）及步骤（6）为一个标准施工循环，即掘进-装配-平移的标准工作循环，重复该标准工作循环，直至完成全部掘进任务和整个地下建筑主体结构的平移施工。

（8）、回收掘进机；在完成全部主体结构的装配、掘进和平移工作后，在接收井依次回收全部组合式掘进机。

（9）、出入口施工；在组合式掘进机回收完毕，顶进、牵引装置拆除后，吊装预制好的坡道和楼梯在竖井中进行装配；在始发井尺寸较大时，可布置预制坡道，接收井布置预制消防楼梯和电梯。

（10）、回填，恢复；在建筑结构主体完成后，对基坑与建筑主体之间的缝隙进行回填土回填，并恢复地貌。

本发明的有益效果是：

（1） 该地下结构施工为大断面、大体量的地下空间开发有效的提供了可行性的暗挖方法。

（2）为空间地下主体结构的柱网布置提供了灵活多变的布置方式，为复杂功能需求的地下建筑，有大跨度、大空间、多层多跨需求的地下建筑的暗挖工程提供了可靠的技术保障。

（3） 该结构方法设置的断面形式灵活多变，掘进机可以结合工程需要进行模块化的拼装组合，并且使用的单个掘进机的造价成本低，可以重复利用，有利于降低地下工程成本，繁荣地下空间开发市场。

（4）本地下暗挖结构方式可以较好的应对不同地质、复杂地质的要求，适用性广。

（5） 该结构方法设置的地下空间主体结构还有着建造效率高、施工速度快、工程质量好的有点；其主体结构采用的是装配式模块化的生产方式，其主要在工厂制造，在现场拼装；其结构、构件的制作质量远优于现场施工。

（6）该地下空间结构整体利用率高，绿色环保；并且在地下施工中的始发井和接收井得到了充分应用，掘进断面为矩形断面，地下的空间资源得到了最大化的利用；该方案设置的建筑主体结构的梁板柱多采用组合结构，充分利用钢材等轻质高强的材料，绿色环保，建筑垃圾少，粉尘污染小。

（7） 该结构施工及其方法适用于大体量的地下空间开发，有效的避免了大面积的明挖工程，地面环境影响小、社会效益高。

附图说明

图1为本发明的建筑施工结构示意图；

图2为本发明的建筑主体结构的连接结构示意图；

图3为本发明的施工方法的过程结构示意图之一；

图4为本发明的施工方法的过程结构示意图之二；

图5为本发明的施工方法的过程结构示意图之三；

图6为本发明的施工方法的过程结构示意图之四；

图7为本发明的施工方法的过程结构示意图之五；

图8为本发明的施工方法的过程结构示意图之六；

图9为本发明的施工方法的过程结构示意图之七；

图10为本发明的施工方法的过程结构示意图之八；

图11为本发明的施工方法的过程结构示意图之九；

图12为本发明的施工方法的过程结构示意图之十；

图中；1为始发井；2为接收井；3为顶推装置；4为牵引装置；5为先行导洞；6为钢索；7为建筑主体结构；8为组合式掘进机；9为轨道基础；10为导轨；11为连接件；12为底层先行导洞；13为预制坡道；14为预制消防楼梯；15为回填土。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做出详细的描述。

提供了一种地下建筑施工模块化体系，包括在地下暗挖结构中设置的始发井1和接收井2，在始发井内设置有顶推装置3，在接收井内设置有牵引装置4，在始发井和接收井之间还设置有先行导洞5，在先行导洞内设置有钢索6或型钢拉杆，钢索或型钢拉杆的一端与接收井内的牵引装置相连接；另一端与建筑主体结构7外侧预留的连接件11相连，建筑主体结构采用模块化装配建造并在始发井内装配完成；在建筑主体结构的前端还设置有组合式掘进机8；在建筑主体结构的下方还设置有轨道基础9，在轨道基础9和建筑主体结构7之间还设置有导轨10。

该建筑主体结构分别采用分榀、分跨、分部的装配方式进行结构模块化装配。

该组合式掘进机由单个可独立工作的小型掘进机组合拼装而成，该小型掘进机使用通用建筑模数设计。

在建筑主体结构的上部还通过组合式掘进机注射有减摩泥浆。

基于上述结构体系的施工方法包括以下施工步骤：

（1）、竖井开挖；采用明挖法完成始发井和接收井。

（2）、施做先行导洞；利用管幕机或小型顶管机或水平钻机完成始发井和接收井之间布设的先行导洞的施做开挖，先行导洞沿建筑物外轮廓布置，在始发井和接收井之间的结构底层亦设置有底层先行导洞12。

（3）、设备安装，始发准备；在先行导洞完成后，在始发井安装顶推装置，在接收井安装牵引装置，同时在导洞内插入钢索或者型钢杆件；在底层先行导洞内布置钢筋笼并灌注混凝土形成轨道基础，并铺设导轨；布置始发井下的导轨；同时在始发井内拼装多个小型掘进机，形成大断面组合式掘进机，完成始发工作，准备始发；组合式掘进机采用全断面掘进的掘进方式，其断面尺寸略大于该建筑主体结构的断面尺寸，单个小型掘进机依据常用建筑模数设计。

（4）、始发掘进；利用组合式大断面掘进机进行始发掘进。

（5）、装配建筑主体结构模块；当组合式掘进机身埋入土层后，腾出始发井空间，利用该空间进行第一榀主体结构框架的模块化装配；钢索或型钢杆件一端与接收井内的牵引装置相连接，另一端与建筑主体结构外侧的预留锚件连接件11相连接；建筑主体结构在始发井内拼装时，一并做好模块间在迎土面处接缝的防水施工。

（6）、整体平移建筑主体结构；在第一榀主体结构模块化装配完成后，组合式掘进机的油缸顶推在装配好的建筑主体结构上，继续进行土体的切削；组合式掘进机一边掘进，一边利用始发井的顶推装置顶推建筑结构，一边利用接收井的牵引装置牵引建筑结构整体平移。

（7）、掘进施工；重复上述步骤（5）及步骤（6），完成掘进并且位移达到一定行程，又腾出始发井空间后，暂停顶进和牵引工作；同时释放后靠背油缸，并继续向始发井内吊入标准模块化建筑主体单元，完成第二榀结构的拼装；做好第一榀与第二榀建筑主体结构之间接缝的防水工作；拼装完成后继续掘进，并同时顶推和牵引建筑主体结构；为减小牵引力，在建筑结构下部可利用底层先行隧道事先铺设导轨，从而使整个建筑结构在导轨上滑行运动，在建筑物的上部则可喷射减摩泥浆降低阻力；对于上述步骤（5）及步骤（6）为一个标准施工循环，即掘进-装配-平移的标准工作循环，重复该标准工作循环，直至完成全部掘进任务和整个地下建筑主体结构的平移施工。

（8）、回收掘进机；在完成全部主体结构的装配、掘进和平移工作后，在接收井依次回收全部组合式掘进机。

（9）、出入口施工；在组合式掘进机回收完毕，顶进、牵引装置拆除后，吊装预制好的坡道和楼梯在竖井中进行装配；在始发井尺寸较大时，可布置预制坡道13，接收井布置预制消防楼梯14和电梯。

（10）、回填，恢复；在建筑结构主体完成后，对基坑与建筑主体之间的缝隙进行回填土15回填，并恢复地貌。

实施例一：本实施例将具体结合该结构和施工方式的地下暗挖结构工程进行详细的施工过程说明。

例如：拟建五层地下停车场，柱网尺寸4mx6m，层高3.6m，建筑物总长92m，宽30m，主体结构顶进80m，建筑面积14000平方米。主要工序如下：

工序一：如图3所示；采用明挖法完成始发井1和接收井2；始发井尺寸8mX34m，接收井尺寸4mX31m，始发井用于始发和建筑主体结构的装配施工、接收井用于回收组合掘进机。

工序二：如图4所示；设置先行导洞8直径20cm，利用管幕机或小型顶管机或水平钻机完成；小导洞沿建筑物外轮廓布置，内敷钢索或型钢拉杆，用于建筑物牵引、导向、纠偏和地质情况的勘察预报。

工序三：如图5～7所示；先行导洞完成后，在洞内插入钢索或者型钢杆件，钢索或型钢杆件可与建筑物预留的锚件连接；在结构底层的小导洞布置钢筋笼后灌注混凝土形成轨道基础，并布置导轨；随后在始发井安装顶推装置，在接收井安装牵引装置；布置导轨、拼装多个小型掘进机，形成大断面掘进机，完成始发工作，准备始发。掘进方式采用全断面掘进，断面尺寸略大于该建筑的断面尺寸，不小于18米X30米，采用25个3.6米X6米或50个3.6米X3米的标准模数的矩形掘进机组成。

工序四：如图8所示；利用组合掘进机和后靠背进行始发掘进。

工序五：如图8所示；掘进机身埋入土层后，腾出始发井空间，将结构模块单元依次装配，完成第一榀主体结构；在始发井内拼装时，一并做好模块间在迎土面接缝的防水施工。

工序六：如图9所示；装配完成后，将先行导洞内的钢索与结构外侧预留的连接件连接，掘进机油缸顶推在装配好的建筑结构上，继续进行土体的切削；一边掘进，一边利用始发井的顶推装置顶推建筑结构，一边利用接收井的牵引装置牵引建筑结构整体平移。

工序七：如图9所示；顶进行程约2米时，腾出始发井空间后，可暂停牵引，释放后靠背油缸，并继续向始发井内吊入标准模块单元，完成第二榀结构的拼装。在接收井内，做好第一榀与第二榀结构之间接缝的防水；拼装完成后继续掘进，并同时顶推和牵引建筑结构；为减小牵引力，可在建筑结构上部喷射减摩泥浆，工序五、工序六为一个标准施工循环，即掘进-装配-平移的标准工作循环，重复该标准工作循环，直至完成全部掘进任务和整个地下建筑主体结构的平移施工。

工序八：如图10所示；完成建筑结构共20榀，80米的掘进、装配和平移工作后，在接收井依次回收全部掘进机。

工序九：如图11所示；组合掘进机回收完毕，顶进装置、牵引装置拆除后，吊装预制好的钢坡道和钢楼梯在竖井中进行装配；始发井尺寸较大，用于布置预制坡道，而接收井用于布置消防楼梯和电梯。

工序十：如图12所示；结构主体完成，对始发井与建筑之间的缝隙和接受井与建筑之间的缝隙进行回填土回填，并恢复地面。

以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变更或改型，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种地下建筑模块化施工体系，包括在地下暗挖结构中设置的始发井和接收井，其特征在于：在始发井内设置有顶推装置，在接收井内设置有牵引装置，在始发井和接收井之间还设置有先行导洞，在先行导洞内设置有钢索或型钢拉杆，钢索或型钢拉杆的一端与接收井内的牵引装置相连接；另一端与建筑主体结构外侧预留的连接件相连，建筑主体结构采用模块化装配建造并在始发井内装配完成；在建筑主体结构的前端还设置有组合式掘进机；在建筑主体结构的下方还设置有轨道基础，在轨道基础和建筑主体结构之间还设置有导轨。

2.根据权利要求1所述的一种地下建筑模块化施工体系，其特征在于：该建筑主体结构分别采用分榀、分跨、分部的装配方式进行结构模块化装配。

3.根据权利要求1所述的一种地下建筑模块化施工体系，其特征在于：该组合式掘进机由单个可独立工作的小型掘进机组合拼装而成，该小型掘进机使用通用建筑模数设计。

4.根据权利要求1所述的一种地下建筑模块化施工体系，其特征在于：在建筑主体结构的上部还通过组合式掘进机注射有减摩泥浆。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的一种地下建筑模块化施工体系的施工方法，其特征在于：该施工方法包括以下施工步骤：

（1）、竖井开挖；采用明挖法完成始发井和接收井；

（2）、施做先行导洞；利用管幕机或小型顶管机或水平钻机完成始发井和接收井之间布设的先行导洞的施做开挖，先行导洞沿建筑物外轮廓布置，在始发井和接收井之间的结构底层亦设置有底层先行导洞；

（3）、设备安装，始发准备；在先行导洞完成后，在始发井安装顶推装置，在接收井安装牵引装置，同时在导洞内插入钢索或者型钢杆件；在底层先行导洞内布置钢筋笼并灌注混凝土形成轨道基础,并铺设轨道；布置始发井下的导轨；同时在始发井内拼装多个小型掘进机，形成大断面组合式掘进机，完成始发工作，准备始发；组合式掘进机采用全断面掘进的掘进方式，其断面尺寸略大于该建筑主体结构的断面尺寸，单个小型掘进机依据常用建筑模数设计；

（4）、始发掘进；利用组合式大断面掘进机进行始发掘进；

（5）、装配建筑主体结构模块；当组合式掘进机身埋入土层后，腾出始发井空间，利用该空间进行第一榀主体结构框架的模块化装配；钢索或型钢杆件一端与接收井内的牵引装置相连接，另一端与建筑主体结构外侧的预留锚件连接件相连接；建筑主体结构在始发井内拼装时，一并做好模块间在迎土面处接缝的防水施工；

（6）、整体平移建筑主体结构；在第一榀主体结构模块化装配完成后，组合式掘进机的油缸顶推在装配好的建筑主体结构上，继续进行土体的切削；组合式掘进机一边掘进，一边利用始发井的顶推装置顶推建筑结构，一边利用接收井的牵引装置牵引建筑结构整体平移；

（7）、掘进施工；重复上述步骤（5）及步骤（6），完成掘进并且位移达到一定行程，又腾出始发井空间后，暂停顶进和牵引工作；同时释放后靠背油缸，并继续向始发井内吊入标准模块化建筑主体单元，完成第二榀结构的拼装；做好第一榀与第二榀建筑主体结构之间接缝的防水工作；拼装完成后继续掘进，并同时顶推和牵引建筑主体结构；为减小牵引力，在建筑结构下部可利用底层先行隧道事先铺设导轨，从而使整个建筑结构在导轨上滑行运动,在建筑物的上部则可喷射减摩泥浆降低阻力；对于上述步骤（5）及步骤（6）为一个标准施工循环，即掘进-装配-平移的标准工作循环，重复该标准工作循环，直至完成全部掘进任务和整个地下建筑主体结构的平移施工；

（8）、回收掘进机；在完成全部主体结构的装配、掘进和平移工作后，在接收井依次回收全部组合式掘进机；

（9）、出入口施工；在组合式掘进机回收完毕，顶进、牵引装置拆除后，吊装预制好的坡道和楼梯在竖井中进行装配；在始发井尺寸较大时，可布置预制坡道，接收井布置预制消防楼梯和电梯；

（10）、回填，恢复；在建筑结构主体完成后，对基坑与建筑主体之间的缝隙进行回填土回填，并恢复地貌。