CN111997662A - 一种矩形或类矩形超大断面地下空间施工方法及施工体系 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种矩形或类矩形超大断面地下空间施工方法及施工体系，包括以下步骤：S1、始发井和接收井施工；S2、将地下施工空间划分为分部开挖区域和中心开挖区域；S3、对划分好的顶进单元进行顶进施工，并施工支护；S4、对顶进施工完成后的顶进隧道施工外周主体结构；S5、随后进行中心区域开挖施工；S6、最后进行内部主体结构施工和外周主体结构封闭处理。本发明整体通过多个开挖单元开挖后形成超大断面地下空间，能够有效减少施工占地面积，降低对周边环境的影响，实现地下空间绿色、高效开发。

Description

一种矩形或类矩形超大断面地下空间施工方法及施工体系

技术领域

本发明涉及地下工程的技术领域，尤其涉及一种矩形或类矩形超大断面地下空间施工方法及施工体系。

背景技术

为缓解城市用地问题，城市向下发展已成为必然趋势。为保证空间使用率，城市地下空间多为矩形和类矩形断面，通常采用明挖法、盖挖法、矿山法和机械开挖法进行施工。传统的明挖法和盖挖法对地面环境影响大，已不适用于城市繁华地区；矿山法施工安全风险高、机械化程度低、施工影响大；常用的机械开挖法受现有技术的制约，矩形超大断面掘进设备制造难度大、成本高，并且施工风险高，难度大，难以实现一次开挖形成超大断面地下空间。

在专利申请号为“201910877680.8”、专利名称为“利用小断面组合顶管实现大断面地下空间开挖的方法”中公开了利用顶管管节全部顶进洞通后，从顶管管节内部施做管节间横向连接，在顶管管节整体形成的支护条件下依次分层开挖地下结构内部土体；在专利申请号为“201610200240.5”、专利名称为“一种矩形或类矩形断面地下工程机械分部暗挖建造方法”中公开了需要对每个分部结构进行分块预制件，分块预制件由永久结构构件和临时结构构件组成，每开挖一个分块预制件的纵向长度，就将相应的分块预制件吊入始发空间导轨上，通过顶进系统将分块预制件顶入地层中，后期将分块预制件的临时结构构件进行拆除，将拆除间隙进行连接处理，完成受力体系转换，形成最终整体结构；上述两专利公开的开挖方法，均存在施工要求高，工期长的问题。

发明内容

针对目前矩形或类矩形超大断面设备制造难度大，开挖难度高、工期长、施工风险高的技术问题，本发明提出一种大断面地下空间的施工方法。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种大断面地下空间的施工方法，包括以下步骤：

S1、施工准备：根据拟修建地下空间区域，在施工场地合适位置处修建出对称的始发井和接收井；

S2、顶进区域规划：将地下施工空间区域首先划分中心开挖区域，中心开挖区域外围划分为U字型分部开挖区域，中心开挖区域与分部开挖区域一一对应划分，随后将分部开挖区域划分为若干个顶进单元；

S3、顶进区域施工：步骤S2完成后，首先将顶进装置吊入始发井内，顶进装置从始发井始发沿着顶进单元顶进，在顶进过程中拼装组合式管节，在接收井内完成掘进机接收，至此完成一个顶进隧道的施工；重复上述步骤按照两侧同步对称施工或从一侧至另一侧依次完成各顶进隧道的顶进；

S4、外周主体结构施工：步骤S3完成后，拆除各顶进隧道内组合式管节，各顶紧隧道内组合式管节中未拆除的管节结构单元作为围护结构，然后在各顶进单元中铺设防水结构和施工外周主体结构；

S5、中心开挖区域施工：在步骤S4施工过程中或在步骤S4完成后，随后进行中心开挖区域施工；

S6、内部主体结构施工：步骤S5施工过程中或步骤S5完成后，拆除顶进隧道与中心开挖区域之间的组合式管节中管节结构单元；在中心开挖区域开挖完成后，在中心开挖区域内施工外周主体结构，并将中心开挖区域内的外周主体结构与顶进隧道内的外周主体结构封闭处理，在中心开挖区域和顶进隧道之间施工内部横向主体结构和内部纵向主体结构。

优选地，所述顶进装置为矩形盾构机、矩形掘进机或矩形顶管机。

优选地，所述组合式管节包括钢筋混凝土管节、钢筋混凝土-型钢组合管节或型钢管节。

优选地，所述步骤S5中的中心开挖区域开挖形式包括分层开挖或整体开挖方式且中心开挖区域的开挖方式包括人工开挖或机械开挖。

优选地，所述步骤S6中的中心开挖区域中外周主体结构与内部横向主体结构和内部纵向主体结构同步施工或中心开挖区域中外周主体结构施工完成后，再进行内部横向主体结构和内部纵向主体结构。

一种矩形或类矩形超大断面地下空间的施工体系，包括中心开挖区域和分部开挖区域，分部开挖区域位于中心开挖区域外围，分部开挖区域内设置有若干个顶进单元，顶进单元内拼装有组合式管节，相邻组合式管节依次连接拼装在分部开挖区域内整体形成管节支护结构，顶进单元内铺设有防水结构单元，相邻防水结构单元依次铺设在分部开挖区域内整体形成防水结构，顶进单元内铺设有外周主体结构单元，相邻外周主体结构单元依次铺设在分部开外区域内整体形成分部区域外周主体结构；所述中心开挖区域内铺设有中心区域外周主体结构、内部横向主体结构和内部纵向主体结构，中心区域外周主体结构与分布区域外周主体结构相连接整体形成一封闭外周主体结构；所述管节支护结构、封闭外周主体结构、内部横向主体结构和内部纵向主体结构整体组成支护体系。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明通过地下开挖空间区域划分为中心开挖区域和分部开挖区域，将分部开挖区域划分多个顶进单元，可实现顶进单元的分步或同步顶进施工，同时在顶进隧道开挖完成后，对中心开挖区域整体开挖或分层开挖，提高了施工灵活性，大大降低了超大断面的施工难度，提高了施工效率；

2、本发明在顶进隧道与中心开挖区域之间管片结构单元拆除过程中或完全拆除结束后，进行中心开挖区域的开挖，大大降低了中心开挖区域的开挖工期；并且在中心开挖区域开挖完成后，施工外周主体结构和内部主体结构时可同步施工或分步施工，提高了施工灵活性，降低了超大断面内主体结构的施工难度，有助于缩短整个地下空间的施工工期；

3、本发明相对于传统机械法，将超大断面地下空间划分为小型顶进单元，降低了施工难度和风险，同时降低了施工机械制造难度和成本，提高了施工机械的使用率，提高了项目的经济效益；

4、本发明通过将超大断面合理分区，分外轮廓主体施工和中心开挖区域土体施工，在施工规划和施工效率上更加方便快捷，同时兼顾防水和结构稳定性能；采用矩形掘进机掘进，对分部顶进区域的顶进单元土体开挖施工，拼装组合式管节；完成一个顶进单元的开挖、支护施工，并依次序完成剩余顶进单元的开挖、支护施工，然后依次拆除顶进单元组合式管节的组合结构单元，施作防水结构及外周主体结构及中柱；

5、本发明可以实现在道路和既有建筑物下安全、高效、环保的建造地下空间，并且相对于明挖法和盖挖法，本发明减少了地表开挖，可用于繁华老城区的地下空间开发项目，避免了封堵道路、交通导改、管线迁移和大范围拆迁，施工效率高，节约拆迁和改迁成本；相对于矿山法，改善了施工环境，提高了施工效率和安全性，降低了施工风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明中施工场地布置示意图。

图2为实施例1中地下空间区域断面划分示意图。

图3为实施例1中顶进断面示意图。

图4为实施例1中完成顶进断面示意图。

图5为实施例1中外周主体结构施工断面示意图。

图6为实施例1中外周主体结构施工及拆除临时管片断面示意图。

图7为实施例1中中心开挖区域土体开挖示意图。

图8为实施例1中完成大断面地下工程主体结构断面示意图。

图9为实施例2中地下空间区域断面划分示意图。

图10为实施例2中顶进断面示意图。

图11为实施例2中外周主体结构及拆除临时管片断面示意图。

图12为实施例2中完成内部主体结构断面示意图。

图中，1为始发井，2为接收井，3为顶进装置，4为组合式管节，5为顶进单元，6为中心开挖区域，7为顶进隧道，81为外周主体结构，821为内部纵向主体结构，822为内部横向主体结构，83为中柱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：一种大断面地下空间的施工方法，包括以下步骤：

S1、施工准备：如图1所示，根据拟修建地下空间区域，在施工场地合适位置处修建对称的始发井1和接收井2，始发井1和接受井2的尺寸满足顶进装置3顶进施工及拼装组合式管节4的需求。

S2、顶进区域规划：如图2所示，将地下施工空间区域首先划分中心开挖区域6，中心开挖区域6外围划分为U字型分部开挖区域，中心开挖区域6与分部开挖区域一一对应划分，随后将分部开挖区域划分为若干个顶进单元5，顶进单元根据工程条件及合理确定的模数进行划分，每个顶进单元断面尺寸与顶进装置的开挖面吻合，随后将顶进段5内侧划分为一组中心开挖区域6，顶进段5分布在地下施工空间区域外围且顶进段3包围在中心开挖区域6外部，顶进段5与中心开挖区域6一一对应划分即每一组顶进段包围一组中心开挖区域，本实施例中顶进单元优选断面宽3m，高5m；

地下开挖空间区域划分为若干个顶进段，在顶进段内划分为中心开挖区域，将顶进段划分多个顶进单元，可实现顶进单元的分步或同步顶进施工，同时在顶进隧道开挖完成后，对中心开挖区域整体开挖或分层开挖，提高了施工灵活性，大大降低了超大断面的施工难度，提高了施工效率。

S3、顶进区域施工：如图3和图4所示，步骤S2完成后，首先将顶进装置3吊入始发井1内，顶进装置为矩形盾构机、矩形顶管机或矩形掘进机，每个顶进单元断面尺寸与矩形掘进机开挖面吻合，且顶进装置3从始发井1始发沿着顶进单元顶进，在顶进过程中拼装组合式管节4，组合式管节可分部拼装和拆除，拼装组合式管节拆除部分根据项目具体的结构形式及施工工序确定，未拆除部分作为围护结构保证土体稳定，组合式管节为钢筋混凝土管节、钢筋混凝土—型钢组合管节或型钢管节，在接收井2内完成顶进装置3接收，至此完成一个顶进隧道7的施工；重复上述步骤按照两侧同步对称施工或从一侧至另一侧依次完成各顶进隧道7的顶进。

S4、外周主体结构施工：如图5所示，步骤S3完成后，拆除各顶进隧道7内组合式管节4的组合结构单元，然后在各顶进隧道中铺设防水结构和施工外周主体结构81。

S5、中心开挖区域施工：如图6和图7所示，在步骤S4施工过程中或在步骤S4完成后，随后进行中心开挖区域6施工，中心开挖区域6的开挖形式包括分层开挖或整体开挖方式且中心开挖区域6的开挖方式包括人工开挖或机械开挖。

S6、内部主体结构施工：如图8所示，步骤S5施工过程中或步骤S5完成后，拆除顶进隧道7与中心开挖区域6之间的组合式管节4中管节结构单元；在中心开挖区域6开挖完成后，在中心开挖区域6内施工外周主体结构81与顶进隧道7内的外周主体结构81封闭处理，并在中心开挖区域6和顶进隧道7之间施工内部主体结构及附属结构，内部主体结构包括内部横向主体结构822和内部纵向主体结构821，完成大断面矩形地下空间施工；

中心开挖区域6中外周主体结构81与内部横向主体结构和内部纵向主体结构同步施工或中心开挖区域6中外周主体结构81施工完成后，再进行内部横向主体结构和内部纵向主体结构施工，内部横向主体结构和内部纵向主体结构可同步施工或先施工内部纵向主体结构，再施工内部横向主体结构，提高施工灵活性，顶进隧道与中心开挖区域之间管片结构单元拆除过程中或完全拆除结束后，进行中心开挖区域的开挖，大大降低了中心开挖区域的开挖工期；并且在中心开挖区域开挖完成后，施工外周主体结构和内部主体结构时可同步施工或分步施工，提高了施工灵活性，降低了超大断面内主体结构的施工难度，有助于缩短整个地下空间的施工工期。

实施例2：一种大断面地下空间的施工方法，如图9和图10所示，所述步骤S2中将地下施工空间区域首先划分为两组顶进单元5，两组顶进段整体形状为山字形，两组顶进段内侧分别划分有一组中心开挖区域，本实施例中顶进单元断面优选宽5m，高5m；如图11所示，利用顶进装置沿着规划顶进段两侧对称同步顶进或分步顶进，拼装组合式管节4，在接收井2完成矩形掘进机接3收，完成一个顶进单元的开挖、支护施工，并依次序完成剩余顶进单元的开挖、支护施工；然后依次拆除顶进单元组合式管节4的组合结构单元，施作防水结构及外周主体结构81及中柱83；如图12所示，最后开挖中心开挖区域土体，封闭外周主体结构81，施作内部横向主体结构、内部纵向主体结构及附属结构，形成超大断面矩形地下空间9。

其余工作方法与实施例1相同。

实施例3：一种矩形或类矩形超大断面地下空间的施工体系，包括中心开挖区域和分部开挖区域，分部开挖区域位于中心开挖区域外围，分部开挖区域内设置有若干个顶进单元，顶进单元内拼装有组合式管节，相邻组合式管节依次连接拼装在分部开挖区域内整体形成管节支护结构，顶进单元内铺设有防水结构单元，相邻防水结构单元依次铺设在分部开挖区域内整体形成防水结构，顶进单元内铺设有外周主体结构单元，相邻外周主体结构单元依次铺设在分部开外区域内整体形成分部区域外周主体结构；所述中心开挖区域内铺设有中心区域外周主体结构、内部横向主体结构和内部纵向主体结构，中心区域外周主体结构与分布区域外周主体结构相连接整体形成一封闭外周主体结构；所述管节支护结构、封闭外周主体结构、内部横向主体结构和内部纵向主体结构整体组成支护体系。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (6)

1.一种矩形或类矩形超大断面地下空间施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、施工准备：根据拟修建地下空间区域，在施工场地合适位置处建造始发井和接收井；

S2、顶进区域规划：将地下施工空间区域首先划分中心开挖区域，中心开挖区域外围划分为分部开挖区域，中心开挖区域与分部开挖区域一一对应划分，随后将分部开挖区域划分为若干个顶进单元；

S3、顶进区域施工：步骤S2完成后，首先将顶进装置吊入始发井内，顶进装置从始发井始发沿着顶进单元顶进，在顶进过程中拼装组合式管节，在接收井内完成顶进装置接收，至此完成一个顶进隧道的施工；重复上述步骤按照两侧同步对称施工或从一侧至另一侧依次完成各顶进隧道的顶进；

S4、外周主体结构施工：步骤S3完成后，拆除各顶进隧道内组合式管节，各顶紧隧道内组合式管节中未拆除的管节结构单元作为围护结构，然后在各顶进隧道中铺设防水结构和施工外周主体结构；

S5、中心开挖区域施工：在步骤S4施工过程中或在步骤S4完成后，进行中心开挖区域施工；

S6、内部主体结构施工：步骤S5施工过程中或步骤S5完成后，拆除顶进隧道与中心开挖区域之间的组合式管节中管节结构单元；在中心开挖区域开挖完成后，在中心开挖区域内施工外周主体结构，并将中心开挖区域内的外周主体结构与顶进隧道内的外周主体结构封闭处理，在中心开挖区域和顶进隧道之间施工内部横向主体结构和内部纵向主体结构。

2.根据权利要求1所述的大断面地下空间施工方法，其特征在于，所述步骤S5中的中心开挖区域的开挖形式包括分层开挖或整体开挖方式且中心开挖区域的开挖方式包括人工开挖或机械开挖。

3.根据权利要求1所述的大断面地下空间施工方法，其特征在于，所述步骤S6中的中心开挖区域中外周主体结构与内部横向主体结构和内部纵向主体结构同步施工或中心开挖区域中外周主体结构施工完成后，再进行内部横向主体结构和内部纵向主体结构。

4.根据权利要求1所述的大断面地下空间施工方法，其特征在于，所述顶进装置为矩形盾构机、矩形掘进机或矩形顶管机。

5.根据权利要求1所述的大断面地下空间施工方法，其特征在于，所述组合式管节包括钢筋混凝土管节、钢筋混凝土-型钢组合管节或型钢管节。

6.一种矩形或类矩形超大断面地下空间施工体系，其特征在于，包括中心开挖区域和分部开挖区域，分部开挖区域位于中心开挖区域外围，分部开挖区域内设置有若干个顶进单元，顶进单元内拼装有组合式管节，相邻组合式管节依次连接拼装在分部开挖区域内整体形成管节支护结构，顶进单元内铺设有防水结构单元，相邻防水结构单元依次铺设在分部开挖区域内整体形成防水结构，顶进单元内铺设有外周主体结构单元，相邻外周主体结构单元依次铺设在分部开挖区域内整体形成分部区域外周主体结构；所述中心开挖区域内铺设有中心区域外周主体结构、内部横向主体结构和内部纵向主体结构，中心区域外周主体结构与分布区域外周主体结构相连接整体形成一封闭外周主体结构；所述管节支护结构、封闭外周主体结构、内部横向主体结构和内部纵向主体结构整体组成支护体系。

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