CN111576447B - 一种装配化的顶管工作坑支护结构及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装配化的顶管工作坑支护结构，包括坑壁支护结构和支撑加强结构；所述坑壁支护结构包括若干个沿工作坑内壁排列设置的支护架以及安装在支护架顶部的连接架，所述支护架的下端埋入到工作坑底部，上端与连接架连接，相邻的所述连接架连接在一起；所述支撑加强结构包括下部支撑架和上部支撑架，所述下部支撑架与支护架结构相同，连接在支护架与工作坑底部之间，所述上部支撑架与支护架结构相同，连接在相对设置的两个支护架之间。本发明采用预制化的支护结构，能够在工作坑内进行快速支护，安装速度快，支护强度高。

Description

一种装配化的顶管工作坑支护结构及其施工工艺

技术领域

本发明涉及工程施工的技术领域，尤其是涉及一种装配化的顶管工作坑支护结构及其施工工艺。

背景技术

顶管法施工作为使用最早的一种非开挖施工工艺，由于其具有工期短、精度高、施工文明程度高、对交通干扰小等优点，已经被广泛应用于市政排水管道的施工中。随着该项技术的普及，应用的场合越来越多，尤其在周边有建筑物的地段，不仅仅要求工作坑四壁稳定，而且要保证基坑周围的建筑物、道路、管线等的安全，从而对顶管工作坑的支护提出了更高的要求。

目前，工作坑的常用支护方式包括以下四种。1）型钢桩或拉森钢板桩；该施工方法需要打桩，施工噪音大，型钢桩拔出时容易引起周边土体沉降；并且常用型号型钢桩抗弯刚度低，变形大；适用于基坑深度较浅，周围建筑物对沉降要求不高的工点。当地下水位较高时，可采用具有防水功能的拉森钢板桩或型钢桩外围设置互相咬合的水泥搅拌桩止水。2）沉井；沉井法占地面积小，防水性能好，能够防止作业坑内渗水，给顶管施工提供了有力的后背支撑力，且挖土量少，对临近建筑影响较小。但是这种施工方法施工成本高，工艺复杂，且由于受混凝土养护期影响，施工工期较长，沉井法在地质条件较差，有地表水或地下水位高时较为常用。3）灌注桩；灌注桩具有自身刚度大，布置灵活等优点，但需要做水平盖梁与腰梁且不具备挡水的作用，另需辅助的抗渗措施，并需要钻孔设备、泥浆护壁，经济成本较高，不适合小范围施工。4）喷锚支护法；喷锚支护法适用于各种地层，对周围环境影响小，工期短，与以上几种方法相比，造价适中。在工作坑的支护中采用喷锚技术，可以减少基坑开挖的工作面，边开挖边支护，保证了工作坑的稳定，同时能满足周围既有结构物的安全要求。

当在雨季进行顶管施工时，施工难度大，需要能够快速完成工作坑的支护，才能保证顶管的正常快速进行，上述中的四种工作坑的支护方式不仅施工周期长，而且支护的施工成本也较高，难以满足要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种装配化的顶管工作坑支护结构及其施工工艺，采用预制化的支护结构，能够在工作坑内进行快速支护，安装速度快，支护强度高。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种装配化的顶管工作坑支护结构，包括坑壁支护结构和支撑加强结构；

所述坑壁支护结构包括若干个沿工作坑内壁排列设置的支护架以及安装在支护架顶部的连接架，所述支护架的下端埋入到工作坑底部，上端与连接架连接，相邻的所述连接架连接在一起；

所述支撑加强结构包括下部支撑架和上部支撑架，所述下部支撑架与支护架结构相同，连接在支护架与工作坑底部之间，所述上部支撑架与支护架结构相同，连接在相对设置的两个支护架之间。

通过采用上述技术方案，坑壁支护结构紧贴工作坑内壁布置，支撑加强结构支撑在坑壁支护结构上，对坑壁支护结构进行支护加强；在进行支护结构安装时，支护架下端埋设在工作坑底部，将支护架贴着工作坑壁固定，对工作坑起到支护作用，连接架连接在支护架的上端，并将多个支护架连接在一起，增强了多个支护架之间的连接牢固性和对工作坑的支护完整性；下部支撑架对相邻的两个支护架进行支撑加固，提高单个支护架的抗压能力，上部支撑架对相对设置的支护架进行支撑加固，提高整个侧面支护架的抗压能力；下部支撑架和上部支撑架设置的结构与支护架的结构相同，使支护架能够进行通用，支护架和连接架在工厂进行预制制作，然后运输到施工场地，根据需要进行快速组装支护，全程无需螺栓连接，大大提高了顶管工作坑支护的效率和成本。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述支护架包括两个平行设置的主梁以及连接在两个主梁之间的连接杆，所述连接杆在两个主梁之间平行设置有至少两个，两个所述主梁的长度相同且错位设置，端部设置成倾斜方向相同的斜角结构。

通过采用上述技术方案，支护架采用两个主梁的结构，两个主梁上下错位，并将上下面设置成斜角，增加了支护架的支护长度，能够适用于不同深度的工作坑支护，方便主梁插入到工作坑底部，减小支护架埋入工作坑底部的阻力，两个主梁之间通过至少两个连接杆进行连接，保证了两个主梁之间的连接强度和稳定。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述主梁设置为H型钢结构，所述连接杆设置为两个端部焊接在两个主梁相对的凹槽内的槽钢，两个槽钢的开口相对设置。

通过采用上述技术方案，主梁和连接杆分别采用H型钢和槽钢，材料常见并且成本低廉，适合大批量生产，连接杆焊接在H型钢的凹槽内，接触面大，焊接牢固。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：两个所述槽钢之间设置有间隙，间隙内插接有支护板，所述支护板连接在多个连接杆之间。

通过采用上述技术方案，连接杆的两个槽钢之间设置间隙，间隙内插入支护板，支护板增强了支护架的支护能力，提高了支护架的挡土、挡水能力。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述上部支撑架倾斜设置在相对的两个支护架之间，所述上部支撑架较高的一端上部与支护架抵接，较低的一端下部与另一个支护架抵接，所述上部支撑架的数量为两个以上时，相邻的上部支撑架之间通过支护板连接。

通过采用上述技术方案，两侧的支护架之间通过倾斜设置的上部支撑架进行支撑，能够提高整个支护结构的稳定性，相邻的上部支撑架之间通过支护板连接，不需要再制作其余的支护工件，降低了连接难度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述下部支撑架倾斜设置在支护架与工作坑底部之间，所述下部支撑架的两个H型钢的上端抵接在两个不同的支护架上，下端抵接在工作坑底部。

通过采用上述技术方案，下部支撑架与支护架和工作坑底部的接触长度更大，支护能力更强。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述连接架包括横向布置的连接主梁以及两个垂直连接于连接主梁同一侧的连接立柱，所述连接主梁设置为与主梁截面形状相同的H型钢，所述连接立柱设置为贴合在连接主梁两侧壁上的槽钢，两个所述连接立柱向下插入到两个主梁相对或者相背离的凹槽中。

通过采用上述技术方案，连接架通过连接立柱插接在主梁的两个H型钢上，使连接架与支护架的连接更牢固，能够延长支护架的支护深度，使工作坑壁顶部的结构更整齐，支护架不会凸出工作坑外，避免支护结构对人员或者设备造成伤害，从而保证了安全。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述连接主梁的一端设置有贴合在连接主梁两侧壁上的插杆，所述插杆插入到另一个连接主梁上侧的凹槽中。

通过采用上述技术方案，相邻的连接架通过插杆和连接主梁进行连接，能够将同一侧的多个支护架连成一体，增强了单面支护结构的整体性和牢固性。

一种装配化的顶管工作坑支护结构的施工工艺，包括以下步骤：

步骤1：开挖工作坑，按照设计要求开挖第一阶段基坑，将支护架沿第一阶段基坑内壁布置一圈，敲击支护架使其下端埋入第一阶段基坑底部；

步骤2：向下继续开挖第二阶段基坑，每向下开挖10-30cm，向下敲击一次支护架，使支护架下端始终埋设在工作坑底部土层中，至支护架上端完全没入到工作坑中；

步骤3：将连接架安装在支护架顶部，向下开挖第三阶段基坑，并继续向下敲击连接架和支护架，至挖到工作坑底部；

步骤4：在工作坑底部施作封底结构；

步骤5：将下部支撑架支护在支护架与封底结构之间，下部支撑架上侧斜面抵接在相邻两个支护架上，下侧斜面抵接在封底结构上；

步骤6：将上部支撑架抵接在相对布置的两个支护架之间，并焊接固定。

通过采用上述技术方案，一边向下挖掘基坑，一边将支护架向下埋设，在挖掘的过程中，利用支护架对工作坑壁进行支护，防止坑壁坍塌，同时缩短支护结构的支护周期。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.本发明的装配式工作坑支护结构，采取拼装连接的方式，能够将工作坑进行很好的支护，支护过程中，不需要通过螺栓等连接件进行连接固定，极大的节省了支护结构的安装时间，大大的提高了工作效率，在雨季进行顶管施工，能够极大的缩短前期工作坑挖掘和后期顶管的时间，缩短工程周期和成本。

2.本发明中的支护架的上下两端采用斜角设置，能够更省力的插入到工作坑底部，降低了支护架的安装难度，同时也增长了支护架的支护长度，使支护架能够适用于不同深度的工作坑支护，利用连接架配合支护架使用，使整个支护结构上端为平顶，对于人员和设备来说都更加安全。

3.本发明的支护架、下部支撑架和上部支撑架的结构相同，能够做到一物多用，支护架的通用性更强，装配起来更加方便快速，极大地降低了支护结构的生产成本。

4.本发明的支护结构施工工艺采用边挖掘边支护的形式，随着工作坑的挖掘深入，支护架也在不断的向下平移，始终起到支护作用，有效地防止坑壁出现坍塌的情况，能够极大地缩短支护结构的施工周期，提高顶管工程的施工效率。

附图说明

图1是本发明中支护结构的整体结构示意图。

图2是本发明中支护架和连接架的连接结构示意图。

图3是本发明中支护架与下部支撑架的支护结构示意图。

图4是本发明中支护架与上部支撑架的支护结构示意图。

图中，1、支护架，11、主梁，12、连接杆，2、连接架，21、连接主梁，22、连接立柱，23、插杆，3、下部支撑架，4、上部支撑架，5、支护板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，为本发明公开的一种装配化的顶管工作坑支护结构，包括坑壁支护结构和支撑加强结构两部分结构，布置在工作坑内，工作坑设置为矩形坑。

其中，坑壁支护结构包括支护架1和连接架2，若干个支护架1沿工作坑内壁排列设置，相邻的支护架1之间保持三分之一个支护架1的宽度距离，每个支护架1的上端均连接有一个连接架2，支护架1的下端埋入到工作坑底部土层中，相邻的两个连接架连接在一起，支护架1和连接架2在工作坑内壁上连接成一个矩形的支护框架结构。

支撑加强结构包括下部支撑架3和上部支撑架4，本发明中下部支撑架3与支护架1的结构相同，下部支撑架3连接在支护架1与工作坑底部之间，并且倾斜设置，上部支撑架4与支护架1的结构也相同，连接在相对设置的两个工作坑侧面的两个支护架1之间，其中上部支撑架4的数量根据两个支护架1之间的距离而定，本实施例中设置两个上部支撑架4，端部连接在一起，支撑在两个工作坑侧壁上的支护架4之间。

参照图2，支护架1包括两个平行设置的主梁11以及连接在两个主梁之间的连接杆12。主梁11设置为H型钢结构，凹槽的开口方向相对，两个主梁11的长度相同且上下两端错位设置，两个主梁1的端部斜切，形成倾斜方向相同的斜角结构。这样设置的主梁11的结构，增加了支护架1的支护长度，使支护架1能够适用于不同深度的工作坑支护，方便主梁11插入到工作坑底部，减小支护架1埋入工作坑底部的阻力。

为了使两个主梁11之间连接牢固，连接杆12在两个主梁11之间平行设置有至少两个，并且连接杆12之间平行设置，本实施例中设置两个连接杆12，两个连接杆12设置的位置与两个主梁11的端部保持30cm以上的的距离，连接杆12设置为两个端部焊接在两个主梁11相对的凹槽内的槽钢，两个槽钢的开口相对设置，背板焊接固定在主梁11凹槽的侧壁上，端部抵接在凹槽底面上。两个槽钢平行，二者之间设置有间隙，两个连接杆12上形成的间隙上下相对，间隙内插接有支护板5，支护板5的长度小于支护架1的长度，下端抵接在工作坑底面上，并连接在多个连接杆12之间，支护板5增强了支护架1的支护能力，提高了支护架1的挡土、挡水能力。

连接架2包括一个横向布置的连接主梁21以及两个垂直连接于连接主梁21同一侧的连接立柱22，本发明中连接主梁21设置为与主梁11截面形状相同的H型钢，连接立柱22设置为贴合在连接主梁21两侧壁上的槽钢，两个连接立柱22的长度相等，与连接主梁21焊接固定，两个连接立柱22向下插入到两个主梁11开口相对或者相背离的凹槽中，本实施例中设置在开口相对的凹槽中，并且两个连接立柱22贴合在主梁11凹槽的底面上，连接立柱22的下端抵接在支护架1最上端的连接杆12上。连接架2通过连接立柱22插接在主梁11的两个H型钢上，使连接架2与支护架2的连接更牢固，能够延长支护架1的支护深度，使工作坑壁顶部的支护结构更整齐。

相邻的两个连接架2之间连接，具体为连接主梁2的一端设置有贴合并焊接在连接主梁21上侧凹槽两侧壁上的插杆23，插杆23设置为连接立柱22结构相同的槽钢，插杆23沿连接主梁21的长度方向伸出，插入到另一个连接主梁21上侧的凹槽中，为了避免插杆23脱槽，连接主梁21上侧凹槽两端焊接压板。连接架2在连接时，相邻的连接主梁21通过插杆23插接，端部连接架2的插杆23可以锯掉或者插入到工作坑的侧壁上。

参照图3，下部支撑架3倾斜设置在支护架1与工作坑底部之间，下部支撑架3的两个H型钢的上端抵接在两个不同的支护架1上，两个H型钢的下端抵接在工作坑底部，具体为，两个H型钢的上端分别抵接在两个支护架1的上部。每两个支护架1设置一个下部支撑架3，端部的支护架1可以不设置下部支撑架3，下部支撑架3的下端向远离顶管洞口的方向倾斜。

参照图4，上部支撑架4倾斜设置在相对的两个支护架1之间，上部支撑架4应该侧放，上部支撑架4较高的一端上部与支护架1抵接，较低的一端下部与另一个支护架1抵接，上部支撑架4设置的数量根据工作坑侧壁的间距而定，工作坑侧壁的间距能平放一个支护架1，则设置两个上部支撑架4，能平放两个首尾相接的支护架1，则设置三个上部支撑架4，以此类推，上部支撑架4的数量为两个以上时，相邻的上部支撑架4之间通过支护板5连接，支护板5插接的两个上部支撑架4相邻的两个连接杆12之间，为保证连接强度，可将支护板5与连接杆12进行焊接。两侧的支护架1之间通过倾斜设置的上部支撑架4进行支撑，能够提高整个支护结构的稳定性，相邻的上部支撑架4之间通过支护板5连接，不需要再制作其余的支护工件，降低了连接难度。

本发明公开的一种装配化的顶管工作坑支护结构的施工工艺，包括以下步骤：

步骤1：开挖工作坑，按照设计要求开挖第一阶段基坑，将支护架1沿第一阶段基坑内壁布置一圈，敲击支护架1使其下端埋入第一阶段基坑底部；

步骤2：向下继续开挖第二阶段基坑，每向下开挖30cm，向下敲击一次支护架1，使支护架1下端始终埋设在工作坑底部土层中，至支护架1上端完全没入到工作坑中；

步骤3：将连接架2安装在支护架1顶部，向下开挖第三阶段基坑，并继续向下敲击连接架2和支护架1，至挖到工作坑底部；

步骤4：在工作坑底部施作封底结构；

步骤5：将下部支撑架3支护在支护架1与封底结构之间，下部支撑架3上侧斜面抵接在相邻两个支护架1上，下侧斜面抵接在封底结构上；

步骤6：将上部支撑架4抵接在相对布置的两个支护架1之间，并焊接固定。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种装配化的顶管工作坑支护结构，其特征在于：包括坑壁支护结构和支撑加强结构；

所述坑壁支护结构包括若干个沿工作坑内壁排列设置的支护架（1）以及安装在支护架（1）顶部的连接架（2），所述支护架（1）的下端埋入到工作坑底部，上端与连接架（2）连接，相邻的所述连接架（2）连接在一起；

所述支护架（1）包括两个平行设置的主梁（11）以及连接在两个主梁之间的连接杆（12），所述连接杆（12）在两个主梁（11）之间平行设置有至少两个，两个所述主梁（11）的长度相同且错位设置，端部设置成倾斜方向相同的斜角结构；

所述连接架（2）包括横向布置的连接主梁（21）以及两个垂直连接于连接主梁（21）同一侧的连接立柱（22），所述连接主梁（21）设置为与主梁（11）截面形状相同的H型钢，所述连接立柱（22）设置为贴合在连接主梁（21）两侧壁上的槽钢，两个所述连接立柱（22）向下插入到两个主梁（11）相对或者相背离的凹槽中；

所述支撑加强结构包括下部支撑架（3）和上部支撑架（4），所述下部支撑架（3）与支护架（1）结构相同，连接在支护架（1）与工作坑底部之间，所述上部支撑架（4）与支护架（1）结构相同，连接在相对设置的两个支护架（1）之间。

2.根据权利要求1所述的一种装配化的顶管工作坑支护结构，其特征在于：所述主梁（11）设置为H型钢结构，所述连接杆（12）设置为两个端部焊接在两个主梁（11）相对的凹槽内的槽钢，两个槽钢的开口相对设置。

3.根据权利要求2所述的一种装配化的顶管工作坑支护结构，其特征在于：两个所述槽钢之间设置有间隙，间隙内插接有支护板（5），所述支护板（5）连接在多个连接杆（12）之间。

4.根据权利要求3所述的一种装配化的顶管工作坑支护结构，其特征在于：所述上部支撑架（4）倾斜设置在相对的两个支护架（1）之间，所述上部支撑架（4）较高的一端上部与支护架（1）抵接，较低的一端下部与另一个支护架（1）抵接，所述上部支撑架（4）的数量为两个以上时，相邻的上部支撑架（4）之间通过支护板（5）连接。

5.根据权利要求1所述的一种装配化的顶管工作坑支护结构，其特征在于：所述下部支撑架（3）倾斜设置在支护架（1）与工作坑底部之间，所述下部支撑架（3）的两个H型钢的上端抵接在两个不同的支护架（1）上，下端抵接在工作坑底部。

6.根据权利要求1所述的一种装配化的顶管工作坑支护结构，其特征在于：所述连接主梁（21）的一端设置有贴合在连接主梁（21）两侧壁上的插杆（23），所述插杆（23）插入到另一个连接主梁（21）上侧的凹槽中。

7.一种用于权利要求1-6任一项所述装配化的顶管工作坑支护结构的施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：开挖工作坑，按照设计要求开挖第一阶段基坑，将支护架（1）沿第一阶段基坑内壁布置一圈，敲击支护架（1）使其下端埋入第一阶段基坑底部；

步骤2：向下继续开挖第二阶段基坑，每向下开挖10-30cm，向下敲击一次支护架（1），使支护架（1）下端始终埋设在工作坑底部土层中，至支护架（1）上端完全没入到工作坑中；

步骤3：将连接架（2）安装在支护架（1）顶部，向下开挖第三阶段基坑，并继续向下敲击连接架（2）和支护架（1），至挖到工作坑底部；

步骤 4：在工作坑底部施作封底结构；

步骤5：将下部支撑架（3）支护在支护架（1）与封底结构之间，下部支撑架（3）上侧斜面抵接在相邻两个支护架（1）上，下侧斜面抵接在封底结构上；

步骤6：将上部支撑架（4）抵接在相对布置的两个支护架（1）之间，并焊接固定。

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