CN111236242A - 一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台，用于旋挖钻机施工，设有开挖洞口，其特征在于，包括两件设置在所述开挖洞口两侧的贝雷梁、横向桁架、平台上部桁架和平台下部桁架，每件所述贝雷梁由多片贝雷片构成，每行贝雷片的长度对应于所述平台上部桁架的长度。本发明的有益效果是：采用贝雷梁与型钢组成的桁架，使开挖平台具有良好的承重功能，平台上部桁架、平台下部桁架在相邻两所述贝雷片之间设有限位块，在贝雷片之间设置楔块，降低贝雷梁水平位移的振幅；在开挖洞口处设置洞口抗扭构件，可显著提高开挖平台抵抗水平载荷的能力；开挖平台的结构可地面拼装、整体吊装，方便拆卸，可重复利用，能显著节约工程造价，降低成本，避免浪费。

Description

一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台

技术领域

本发明属于地下工程施工领域，尤其涉及一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台。

背景技术

随着城市基建发展，城市轨道交通建设中出现越来越多的高水位、超厚强透水地层中的地铁深基坑。目前地铁工程中，高水位、超厚强透水地层深基坑工程如采用常规开挖法，基坑的日涌水量大，要配备足够多的降水井，由于地铁基坑通常在城市内施工，场地有限，不足以布置如此多的降水井；即使有了足够的降水井，排水管道也承受不了如此大的排水量。更重要的是，造成地下水浪费，不利于地下水资源的保护。在地铁深基坑中引入水下开挖法，能够有效解决超厚强透水地层中深基坑施工难题。水下开挖为水下深基坑施工探索了新的施工工法，为进一步开发城市地下空间资源找到了新途径，地铁基坑水下开挖施工技术属于尝试阶段，多项施工工艺亟需解决，如北京地铁深基坑处于永定河冲洪积扇，水位线以下具有致密的卵石层，此类深基坑的水下开挖与软土、粉砂地质基坑具有很大的不同点，故采用了对致密卵石层地铁基坑水下开挖采用旋挖钻机进行土体的松动，然后采用抓斗抓取松动的土体。这样就需要在基坑顶部设置基坑水下开挖平台，基坑水下开挖平台设有为旋挖钻、抓斗机操作的开挖洞口。基坑水下开挖平台的跨度略大于一个基坑的开挖宽度，约30m，采用钢箱梁制作开挖平台需要消耗大量的钢材，及大量的制造工作量，并仅可用于特定的工程使用，且由于其体量庞大，难以实现重复利用，造成施工成本高、浪费大。

贝雷片（又称贝雷架）组成的贝雷梁或桁架，可以作为桥梁的承载结构，且可快速组装，重复使用。贝雷片可以租用，使用成本低，在我国得到了很大发展，广泛应用于国防战备、交通工程、市政水利工程，是我国应用最为广泛的组装式承重构件。将其应用在水下开挖平台可显著降低制造成本，避免浪费，但贝雷梁由贝雷片销接而成，在竖直方向，由于自身重力的作用，销接的间隙产生竖向挠度，一般不会产生上下的晃动，但目前存在的技术问题是，旋挖钻在开挖及落土过程中产生很大的水平力及水平扭矩，而贝雷梁自身及销接的间隙并不具备良好的水平承载能力和水平抗扭刚度，在水平荷载作用下会产生过大的水平晃动，试验最大振幅达到20cm，严重时甚至会出现结构的侧向倾斜，造成旋挖钻机倾倒，安全风险大。

发明内容

本发明的目的是提出一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台的技术方案。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台，用于旋挖钻机施工，设有开挖洞口，包括两件设置在所述开挖洞口两侧的贝雷梁、横向桁架、平台上部桁架和平台下部桁架，每件所述贝雷梁由多片贝雷片构成，每行贝雷片的长度对应于所述平台上部桁架的长度。

更进一步，为了使贝雷梁具备充分的承载能力，所述贝雷片是上下设有加强弦杆的贝雷片，所述贝雷梁中相邻贝雷片的列间距为225mm。

更进一步，为了稳固的构建贝雷梁，所述横向桁架设置在所述贝雷片的上下弦杆之间，所述横向桁架采用螺栓通过所述贝雷片的支撑架孔与所述贝雷片连接，使多片贝雷梁组合成整体。

更进一步，为了提高贝雷梁自身的水平抗扭能力，提高水平振动阻尼，相邻两所述贝雷片之间设有填充间隔空间的楔块。

更进一步，为了提高贝雷梁自身的水平抗扭能力，防止平台上部桁架、平台下部桁架与贝雷梁之间水平相对移动，在平台上部桁架、平台下部桁架在相邻两所述贝雷片之间设有限位块，所述限位块的两端顶压所述贝雷片的侧边。

更进一步，为了使限位块稳固地顶压贝雷片，所述限位块是角钢，所述限位的长度大于所述相邻两所述贝雷片之间的间隔长度，所述固定块以倾斜方式顶压两侧所述贝雷片，所述限位块与所述贝雷片侧边之间的夹角为75°～84°，所述限位块与所述平台上部桁架、平台下部桁架焊接。

更进一步，为了构成稳固的整体结构，所述平台上部桁架设置在所述贝雷梁的上侧，所述平台上部桁架是一体的桁架结构，所述平台上部桁架留有所述开挖洞口，所述平台上部桁架的两侧设有三角架体结构和分配梁，所述分配梁采用螺栓、钢板固定所述贝雷梁；所述平台下部桁架设置在所述贝雷梁的下侧，所述平台下部桁架是一体的桁架结构，所述平台下部桁架留有所述开挖洞口，所述平台下部桁架的两侧设有三角架体结构，所述平台下部桁架采用螺栓、钢板固定所述贝雷梁。

更进一步，为了保证具有充分的水平抗扭能力，在所述开挖洞口设有洞口抗扭构件，所述洞口抗扭构件的宽度对应于所述开挖洞口的宽度，所述洞口抗扭构件设有三角架体结构。

更进一步，为了使洞口抗扭构件与旋挖钻置换位置，所述洞口抗扭构件与所述平台上部桁架活动连接，所述洞口抗扭构件的两侧通过螺栓和螺栓套筒与所述平台上部桁架连接，所述洞口抗扭构件的厚度大于所述平台上部桁架的厚度。

更进一步，为了获得更好的整体抗扭能力，所述洞口抗扭构件与所述平台下部桁架活动连接，所述洞口抗扭构件的两侧通过螺栓和螺栓套筒与所述平台下部桁架连接，所述洞口抗扭构件的厚度大于所述平台下部桁架的厚度。

本发明的有益效果是：采用贝雷梁与型钢组成的桁架，使开挖平台具有良好的承重功能，针对贝雷梁销接自身水平刚度差的弱点，采用横向桁架、平台上部桁架和平台下部桁架与贝雷梁组合，在贝雷片与平台上部桁架、平台下部桁架之间设置限位块，构成稳固的基坑水下开挖平台整体结构；在贝雷片之间设置楔块，加大贝雷梁对水平振动的阻尼，降低贝雷梁水平位移的振幅。针对平台上部桁架和/或平台下部桁架的开挖洞口结构减弱抗水平扭矩的薄弱环节，在开挖洞口处设置洞口抗扭构件，可显著提高开挖平台抵抗水平载荷的能力；使开挖平台成为一个整体受力体系，保证结构刚度，防止旋挖钻之类的机械设备施工时导致结构晃动，产生安全风险；开挖平台的结构可地面拼装、整体吊装，方便拆卸，可重复利用，能显著节约工程造价，降低成本，避免浪费。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

附图说明

图1是本发明整体结构图；

图2是本发明平台上部桁架俯视图；

图3是本发明横向桁架、平台上部桁架和平台下部桁架结构分解图；

图4是本发明横向桁架、平台上部桁架和下部桁架结构组合图；

图5是本发明贝雷梁与横向桁架组合结构图；

图6是本发明贝雷片连接示意图，图中C1是局部放大C的分解图；

图7是本发明贝雷片之间填充楔块和限位块的结构图，图中D是限位块部位局部放大图，D1是限位块分离状态的结构图；

图8是本发明贝雷梁与平台上部桁架及平台下部桁架组合结构图，图中A是贝雷片与平台上部桁架连接结构放大图，B是贝雷片与平台下部桁架连接结构放大图；

图9是本发明设有洞口抗扭构件的结构图；

图10是本发明洞口抗扭构件的结构图；

图11是本发明洞口抗扭构件与平台上部桁架的连接结构图；

图12是本发明洞口抗扭构件与平台上部桁架及贝雷片的连接结构图；

图13是本发明洞口抗扭构件与平台上部桁架采用锁定销连接的结构图；

图14是本发明洞口抗扭构件设置在平台下部桁架的结构图；

图15是本发明洞口抗扭构件设置在平台下部桁架的安装连接图，图中E是洞口抗扭构件与平台下部桁架连接部位放大图。

具体实施方式

如图1至图8，一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台，用于旋挖钻机施工，设有开挖洞口10，包括两件设置在所述开挖洞口两侧的贝雷梁20、横向桁架30、平台上部桁架40和平台下部桁架50，每件所述贝雷梁由多片贝雷片21构成，每行贝雷片的长度对应于所述平台上部桁架的长度。

所述贝雷片是上下设有加强弦杆22的贝雷片，所述贝雷梁中相邻贝雷片的列间距S为225mm。

所述横向桁架设置在所述贝雷片的上下弦杆之间，所述横向桁架采用螺栓31通过所述贝雷片的支撑架孔23与所述贝雷片连接，使多片贝雷梁组合成整体。

相邻两所述贝雷片之间设有填充间隔空间的楔块60。

平台上部桁架、平台下部桁架在相邻两所述贝雷片之间设有限位块70，所述限位块的两端顶压所述贝雷片的侧边。

所述限位块是角钢，所述限位的长度大于所述相邻两所述贝雷片之间的间隔长度，所述固定块以倾斜方式顶压两侧所述贝雷片，所述限位块与所述贝雷片侧边之间的夹角为75°～84°，所述限位块与所述平台上部桁架、平台下部桁架焊接。

所述平台上部桁架40设置在所述贝雷梁的上侧，所述平台上部桁架是一体的桁架结构，所述平台上部桁架留有所述开挖洞口10，所述平台上部桁架的两侧设有三角架体结构41和分配梁45，所述分配梁采用螺栓42、钢板44固定所述贝雷梁；所述平台下部桁架50设置在所述贝雷梁的下侧，所述平台下部桁架是一体的桁架结构，所述平台下部桁架留有所述开挖洞口10，所述平台下部桁架的两侧设有三角架体结构51，所述平台下部桁架采用螺栓53、钢板54固定所述贝雷梁

在所述开挖洞口设有洞口抗扭构件80，所述洞口抗扭构件的宽度W1对应于所述开挖洞口的宽度W，所述洞口抗扭构件设有三角架体结构81。

所述洞口抗扭构件与所述平台上部桁架40活动连接，所述洞口抗扭构件的两侧通过螺栓82和螺栓套筒83与所述平台上部桁架连接，所述洞口抗扭构件的厚度H1大于所述平台上部桁架的厚度H。

所述洞口抗扭构件与所述平台下部桁架50活动连接，所述洞口抗扭构件的两侧通过螺栓和螺栓套筒与所述平台下部桁架连接，所述洞口抗扭构件的厚H1度大于所述平台下部桁架的厚度H2。

实施例一：

如图1至图8，一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台，设有开挖洞口10，包括两件设置在所述开挖洞口两侧的贝雷梁20。

每件所述贝雷梁由九行十列的贝雷片21构成，每行贝雷片的长度L=27m。贝雷梁中相邻贝雷片的列间距S为225mm。贝雷梁的宽度K=225mm×9=2025mm，贝雷梁的长度L=3m×9=27m。两贝雷梁之间相隔1900mm。为了加强贝雷片的承载能力，贝雷片是上下设有加强弦杆22的贝雷片。

贝雷梁设置在开挖平台的桁架结构中。桁架结构包括横向桁架30、平台上部桁架40和平台下部桁架50。

横向桁架30沿贝雷梁的横向（行的方向）设置，横向桁架设置在贝雷片的上下弦杆22之间，横向桁架采用螺栓31通过贝雷片的支撑架孔23与所述贝雷片连接，为了加强连接结构，贝雷片的支撑架孔和横向桁架都设有螺栓套筒32，螺栓31穿过螺栓套筒紧固贝雷片和横向桁架。共设有八件横向桁架，与贝雷片的连接相对应，每隔3m设置一件横向桁架，其中中部的六件横向桁架30a跨过开挖洞口，整体连接两件贝雷梁。两端的两件横向桁架30在两端分别连接两件贝雷梁，留出开挖洞口的空间。

平台上部桁架40设置在贝雷梁的上侧，平台上部桁架是一体的桁架结构，平台上部桁架采用200×204的Ｈ型钢焊接制成，平台上部桁架的长度等于贝雷梁的长度L=27m。平台上部桁架的宽度W=5950mm，对应于两件贝雷梁的宽度与间隔之和。平台上部桁架的两侧设有三角架体结构41和分配梁45。平台上部桁架两侧连接所述贝雷梁，分配梁在横向连接和固定贝雷梁的多个贝雷片，贝雷片通过螺栓42和钢板44与分配梁45连接固定，平台上部桁架的中部对应于两件贝雷梁的间隔，并构成开挖洞口10。

平台下部桁架50设置在所述贝雷梁的下侧，平台下部桁架是一体的桁架结构，采用16B槽钢焊接制成。与平台上部桁架相对应，平台下部桁架长度L=27m。平台下部桁架的宽度W=5950mm，平台下部桁架两侧连接贝雷梁，贝雷片通过螺栓53和钢板54与平台下部桁架连接。平台下部桁架的两侧设有三角架体结构51。平台下部桁架中部留有与平台上部桁架对应的开挖洞口10。平台下部桁架的长度短于平台上部桁架，方便贝雷梁与基坑水下开挖平台的行走系统相连。

开挖平台的桁架结构与贝雷梁连接为一个整体，可有效支撑旋挖钻机的作业。

为了克服旋挖钻机作业产生的水平扭矩带来的开挖平台水平扭转位移，本发明对贝雷梁进行的特殊的结构处理。在相邻两所述贝雷片之间设有填充楔块60，每套楔块包括两个斜面互相对应的木楔，两个木楔嵌入贝雷片上下弦杆的槽钢内，分别顶压相邻的两个贝雷片，填充贝雷片之间的空隙，两个楔块分别相向安装，对称敲击，使其撑紧两侧贝雷梁，然后采用钢钉固定。平台上部桁架和平台下部桁架在相邻两贝雷片之间还设有限位块70，限位块的两端顶压贝雷片的侧边，限位块是角钢，限位块的长度B1大于相邻两贝雷片之间的间隔长度B2，固定块以倾斜方式顶压两侧的贝雷片，为了使限位块功能牢固的顶压两侧的贝雷片，限位块与贝雷片侧边之间的夹角α为75°～84°，安装时先将限位块嵌入到两贝雷片之间的空隙中，并敲击使其顶压住两贝雷片，然后将限位块与平台上部桁架（分配梁）及平台下部桁架焊接。楔块60和限位块70有效地填塞和支撑了贝雷片之间的空隙，限制了贝雷片在水平方向的位移及变形，显著提高了开挖平台的抗水平扭转能力。经实际工程验证，可满足支撑旋挖钻机作业的要求。

实施例二：

如图9至图13，一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台，本实施例是实施例一的一种改进。

本实施例中，在开挖洞口10设有洞口抗扭构件80，洞口抗扭构件是一个一体的桁架结构，洞口抗扭构件的两侧采用两件25#槽钢作为侧杆件84，两件25#槽钢的腹板外侧构成洞口抗扭构件的宽度W1，洞口抗扭构件的宽度对应于所述开挖洞口的宽度W，即W1略小于W。两件侧杆件的长度构成洞口抗扭构件的长度L2, 洞口抗扭构件的长度L2小于开挖洞口的长度L1，使洞口抗扭构件能够嵌入到开挖洞口中。在两件侧杆件之间设有三件垂直杆件85，垂直杆件采用25#工字钢，在侧杆件与垂直杆件之间设有斜杆件81，使洞口抗扭构件构成三角架体结构，斜杆件也采用25#工字钢。25#槽钢和25#工字钢的高度使250mm，构成的洞口抗扭构件的厚度H1=250mm，平台上部桁架采用200×204的Ｈ型钢制成，平台上部桁架的厚度H=200mm，洞口抗扭构件的厚度大于平台上部桁架的厚度。洞口抗扭构件的上端设有三件连接梁86，连接梁的两端伸出侧杆件的两侧，在连接梁的伸出端设有安装孔87。

洞口抗扭构件80需要与平台上部桁架40活动连接。洞口抗扭构件的两侧通过螺栓82和螺栓套筒83与平台上部桁架连接，平台上部桁架设有与安装孔87对应的连接孔43，安装孔87和连接孔43孔径相同，并对应螺栓套筒的外径，螺栓套筒穿入安装孔87和连接孔43，通过螺栓82锁紧，如图11所示。

当洞口抗扭构件80与平台上部桁架的连接处设有贝雷片21时，也可以在贝雷片的加强弦杆22是加工出连接孔，调节螺栓82将洞口抗扭构件与贝雷片的加强弦杆22连接在以一起，如图12所示。

一种较为便捷的连接方法是，采用一支锁定销88，锁定销的外径与螺栓套筒83的外径相同，将锁定销88直接插入安装孔87和连接孔43，洞口抗扭构件靠自身重力保持在开挖洞口上，如图13所示。

在整个基坑水下开挖平台的结构中，由于开挖洞口的存在，至使平台上部桁架中部结构的水平刚性较弱，是平台整体抗扭性能的一个薄弱环节。采用洞口抗扭构件可以显著增强平台上部桁架的水平抗扭性能，可稳定地支撑旋挖钻机的作业。

在施工中，在旋挖钻和抓斗机不占用的开挖洞口安装洞口抗扭构件，当需要移动旋挖钻或抓斗机时，拆卸下需要被占用的开挖洞口的洞口抗扭构件，并将其移动、安装到旋挖钻或抓斗机腾出的开挖洞口上。

实施例三：

如图14至图15，一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台，本实施例是实施例二的一种改进。

本实施例中，在平台下部桁架的开挖洞口也设有洞口抗扭构件80。

与实施例二相类似，洞口抗扭构件与平台下部桁架50活动连接，平台下部桁架也设有与安装孔87对应的安装孔，洞口抗扭构件80通过螺栓82和螺栓套筒83与平台下部桁架连接。洞口抗扭构件的厚H1度大于所述平台下部桁架的厚度H2。

按照实施例一的结构，靠近开挖洞口侧的与平台下部桁架相连接的贝雷片21会与洞口抗扭构件的连接梁86发生冲突。平台下部桁架需要在其中部的两侧各增加一件杆件52，用于与洞口抗扭构件连接。

由于洞口抗扭构件的连接梁86的两端伸出，洞口抗扭构件不能以水平姿态通过平台上部桁架的开挖洞口，在安装洞口抗扭构件时，将洞口抗扭构件倾斜45°，使洞口抗扭构件通过平台上部桁架的开挖洞口，然后恢复其水平状态，安装到平台下部桁架的开挖洞口上。

本实施例进一步加强了基坑水下开挖平台的整体抗扭性能，可保证旋挖钻机的稳定作业。

Claims (10)

1.一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台，用于旋挖钻机施工，设有开挖洞口，其特征在于，包括两件设置在所述开挖洞口两侧的贝雷梁、横向桁架、平台上部桁架和平台下部桁架，每件所述贝雷梁由多片贝雷片构成，每行贝雷片的长度对应于所述平台上部桁架的长度。

2.根据权利要求1所述的一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台，其特征在于，所述贝雷片是上下设有加强弦杆的贝雷片，所述贝雷梁中相邻贝雷片的列间距为225mm。

3.根据权利要求1所述的一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台，其特征在于，所述横向桁架设置在所述贝雷片的上下弦杆之间，所述横向桁架采用螺栓通过所述贝雷片的支撑架孔与所述贝雷片连接，使多片贝雷梁组合成整体。

4.根据权利要求1所述的一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台，其特征在于，相邻两所述贝雷片之间设有填充间隔空间的楔块。

5.根据权利要求1所述的一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台，其特征在于，平台上部桁架、平台下部桁架在相邻两所述贝雷片之间设有限位块，所述限位块的两端顶压所述贝雷片的侧边。

6.根据权利要求5所述的一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台，其特征在于，所述限位块是角钢，所述限位的长度大于所述相邻两所述贝雷片之间的间隔长度，所述固定块以倾斜方式顶压两侧所述贝雷片，所述限位块与所述贝雷片侧边之间的夹角为75°～84°，所述限位块与所述平台上部桁架、平台下部桁架焊接。

7.根据权利要求1所述的一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台，其特征在于，所述平台上部桁架设置在所述贝雷梁的上侧，所述平台上部桁架是一体的桁架结构，所述平台上部桁架留有所述开挖洞口，所述平台上部桁架的两侧设有三角架体结构和分配梁，所述分配梁采用螺栓、钢板固定所述贝雷梁；所述平台下部桁架设置在所述贝雷梁的下侧，所述平台下部桁架是一体的桁架结构，所述平台下部桁架留有所述开挖洞口，所述平台下部桁架的两侧设有三角架体结构，所述平台下部桁架采用螺栓、钢板固定所述贝雷梁。

8.根据权利要求1所述的一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台，其特征在于，在所述开挖洞口设有洞口抗扭构件，所述洞口抗扭构件的宽度对应于所述开挖洞口的宽度，所述洞口抗扭构件设有三角架体结构。

9.根据权利要求8所述的一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台，其特征在于，所述洞口抗扭构件与所述平台上部桁架活动连接，所述洞口抗扭构件的两侧通过螺栓和螺栓套筒与所述平台上部桁架连接，所述洞口抗扭构件的厚度大于所述平台上部桁架的厚度。

10.根据权利要求8所述的一种贝雷梁抗扭基坑水下开挖平台，其特征在于，所述洞口抗扭构件与所述平台下部桁架活动连接，所述洞口抗扭构件的两侧通过螺栓和螺栓套筒与所述平台下部桁架连接，所述洞口抗扭构件的厚度大于所述平台下部桁架的厚度。

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