CN112922641A - 一种地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系及拼装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系及拼装方法，属于地下工程技术领域，结构简捷稳定、性能优良和工程适用性良好，可广泛应用于地铁联络通道的冷冻法施工，体系包括多个预应力支架，相邻的支架之间通过连接件连接；其中预应力支架包括第一弧形预制件、第二弧形预制件、刚性支墩和顶升机构，第一弧形预制件包括多个，第二弧形预制件包括一个，多个第一弧形预制件和一个第二弧形预制件首尾连接形成环形支架；第二弧形预制件和两侧的第一弧形预制件均连接刚性支墩，与第二弧形预制件相离布置的第一弧形预制件还连接顶升机构。

Description

一种地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系及拼装方法

技术领域

本发明属于地下工程技术领域，具体涉及一种地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系及拼装方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

在现阶段的地铁施工中，盾构法以掘进效率高、环境扰动小和机械先进可靠等优点被广泛使用。联络通道作为区间地铁上下行线间的消防疏散工程，在隧道连通、排水和防火等方面起着重要作用，其施工包含了钻孔、冻结、开管片、掘砌和注浆等工序，具有施工风险大和交叉作业多的特点。

发明人发现，联络通道喇叭口处的管片拆除为高风险工序，逐块拆除过程中，造成地层原有的应力平衡受到破坏和引起地层应力重新分布，可能导致喇叭口及相邻位置的管片发生过大变形。为了确保“开管片”工序的施工安全，一般选择架设临时刚性支撑来满足施工需要，但发明人认为，传统的刚性支撑存在结构复杂、占用空间大、安拆不便、焊接量大和重复利用率低等短板问题，施工效果不理想。

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地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系及拼装方法，结构简捷稳定、性能优良和工程适用性良好，可广泛应用于地铁联络通道的冷冻法施工。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的技术方案提供了一种地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系，包括多个预应力支架，相邻的支架之间通过连接件连接；其中预应力支架包括第一弧形预制件、第二弧形预制件、刚性支墩和顶升机构，第一弧形预制件包括多个，第二弧形预制件包括一个，多个第一弧形预制件和一个第二弧形预制件首尾连接形成环形支架；第二弧形预制件和两侧的第一弧形预制件均连接刚性支墩，与第二弧形预制件相离布置的第一弧形预制件还连接顶升机构。

第二方面，本发明的技术方案还提供了一种地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系的拼装方法，包括如下步骤：

设置多排刚性支墩；

在每排刚性支墩上设置第二弧形预制件，在第二弧形预制件的两侧连接第一弧形预制件；

同一排的刚性支墩之间连接连接件；

同时连接位于同一高度的一对第一弧形预制件，直至环形支架成型；

同时将同一高度的一对螺旋千斤顶连接至相应的第一弧形预制件，并将位于顶端的螺旋千斤顶连接至相应的第一弧形预制件。

上述本发明的技术方案的有益效果如下：

1)本发明结构稳定。首先，两种预制件通过第一螺栓孔建立环向连接，其次，两榀圆形预应力支架体系通过四根纵向槽钢和刚性支墩的钢管连接件建立纵向连接，最后，两榀圆形预应力支架体系通过下部2根纵向槽钢连接件和喇叭口下部作业平台中H型钢之间的焊接加固，建立横向连接。整体支架实现了全方位的结构稳定，具备优良的抗倾覆能力，保障了地铁联络通道的施工安全性；

2)本发明性能优良。预制件通过内外层弯槽钢、端头钢板、边缘钢板和中间肋板的形式组合，具备了重量轻、闭合性能好、受力性能优良和强度高等功能；整体支架通过预制件、刚性支墩和螺旋千斤顶的组合，具备了结构稳固连续、传力路径优良和施加预应力方便等功能；

3)本发明工程适应性良好。本发明中预制件连接、预制件与刚性支墩连接，均使用高强螺栓，极大减小焊接工序，在加快支架体系安装速度和提高重复使用率方面起到了积极作用；支架净空大，通过下部作业平台的搭设，保证了盾构隧道内的材料运输、车辆换向和隧道铺轨工作的正常进行，有效实现了有限空间内施工效率的最大化。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的正视图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的第一弧形预制件的立体结构示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的刚性支墩的立体结构示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的成两榀时的立体结构示意图。

图中：1.冻结地层、2.管片环、3.环形支架、4.第一弧形预制件、40.外层弯槽钢、41.内层弯槽钢、42.端头钢板、43.第一螺栓孔、44.边缘钢板、45.中间肋板、46.翼板、47.腹板、400.第一弧形预制件I、401.第一弧形预制件II、402.第一弧形预制件III、403.第一弧形预制件IV、404.第一弧形预制件V、405.第一弧形预制件VI、406.第一弧形预制件VII、5.第二弧形预制件、6.刚性支墩、60.钢垫板、61.刚性支墩主体、62.凹槽、63.第二螺栓孔、7.钢管连接件、8.螺旋千斤顶、80.加劲板、81.聚氨酯衬垫、9.槽钢连接件。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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。

术语解释部分：本发明中的术语“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，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者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的具体含义。

正如背景技术所介绍的，针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系及拼装方法，结构简捷稳定、性能优良和工程适用性良好，可广泛应用于地铁联络通道的冷冻法施工。

实施例1

本发明的一种典型实施方式中，本实施例公开了一种地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系，包括多个预应力支架，相邻的支架之间通过连接件连接。预应力支架包括第一弧形预制件4、第二弧形预制件5、刚性支墩6和顶升机构，第一弧形预制件4包括多个，第二弧形预制件5包括一个，多个第一弧形预制件和一个第二弧形预制件首尾连接形成环形支架3，第一弧形预制件4和第二弧形预制件5形成支撑隧道的主体结构，两个弧形预制件能够充分分担来自于地铁隧道的应力，提高支护的稳定性；第一弧形预制件4和第二弧形预制件5利用高强螺栓拼接起来；第一弧形预制件4的外侧连接刚性支墩6和顶升机构，顶升机构能够便于调整第一弧形预制件和第二弧形预制件的受力。

本实施例中公开的地铁联络通道施工用圆形预应力支架，是为了确保“开管片”工序的施工安全临时架设的，上述的整体方案是架设最终成型后的整体结构。

在本实施例中，第一弧形预制件4包括7个，分别命名为第一弧形预制件I400、第一弧形预制件II401、第一弧形预制件III402、第一弧形预制件IV403、第一弧形预制件V404、第一弧形预制件VI405和第一弧形预制件VII406，每个第一弧形预制件4的弧度均为48°。

以环形支架3与水平面平行的中心轴为界，环形支架3分为位于上方的第一侧部和位于下方的第二侧部，第二弧形预制件5位于第二侧部，且环形支架3垂直于水平面的中心轴穿过第二弧形预制件5的几何中心。

更为具体的，先将第二弧形预制件5的两侧分别连接第一弧形预制件VI405和第一弧形预制件VII406，接着按照如下顺序：同时布置第一弧形预制件V404、第一弧形预制件IV403，同时布置第一弧形预制件III402、第一弧形预制件II401，布置第一弧形预制件I400，对称拼装连接以构成环形支架3。

本实施例中，刚性支墩6共设有3个，分别命名为第一刚性支墩6、第二刚性支墩6和第三刚性支墩6，第二刚性支墩6连接于第二弧形预制件5，第一刚性支墩6连接于第一弧形预制件VI405，第三刚性支墩6连接第一弧形预制件VII406，相邻的刚性支墩6之间通过连接件连接。

具体的，本实施例中上述的连接件为钢管。

在其他实施例中，上述的连接件还可以是L型钢或圆型钢或工字形钢。

在其他实施例中，刚性支墩6的数量不仅限于3个，还可以是4个、5个等自然数。

本实施例中，顶升机构包括5个，第一弧形预制件IV403、第一弧形预制件II401、第一弧形预制件I400、第一弧形预制件III402、第一弧形预制件V404分别连接有一个顶升机构。

在其他实施例中，顶升机构的数量不仅限于5个，还可以是6个、7个等自然数。

具体的，本实施例中上述的顶升机构为螺旋千斤顶。

在其他实施例中，上述的顶升机构还可以是气缸、螺纹螺杆机构、齿轮齿条机构。

每个第一弧形预制件4的结构均相同，每个第一弧形预制件4均包括弧形支架和腹板47，弧形支架包括平行设置的第一弧形支架和第二弧形支架，腹板47连接于第一弧形支架和第二弧形支架之间。第一弧形支架的第一端面和第二弧形支架的第一端面通过第一端头钢板42连接，第一弧形支架的第二端面和第二弧形支架的第二端面通过第二端头钢板42连接。第一弧形支架和第二弧形支架均包括两个平行设置的弧形杆件，两个弧形杆件的第一端通过板件连接，两个弧形杆件的第二端通过板件连接。

更为具体的，以第一弧形支架为例，第一弧形支架包括外层弯槽钢40、内层弯槽钢41和中间肋板45，外层弯槽钢40的第一端通过边缘钢板44连接内侧弯槽钢的第一端，外层弯槽钢40的第二端通过边缘钢板44连接内侧弯槽钢的第二端，外层弯槽钢40的中点位置和内层弯槽钢41的中点位置通过中间肋板45连接；外层弯槽钢40弧长大于内层弯槽钢41，外层弯槽钢40和内层弯槽钢41的规格相同，圆心角均为48゜。

本实施例中，外层弯槽钢40和内层弯槽钢41的规格均为高度×腿宽×腰厚(360mm×96mm×9mm)。

端头钢板42负责内外层弯槽钢的径向连接和预制件之间的环向连接，长度等于外层弯槽钢40的腹板47到内层弯槽钢41内弧面的距离，宽等于弯槽钢的高度，钢板上开设4个第一螺栓孔43，内层弯槽钢41和外层弯槽钢40的横截面上各均匀分布2个第一螺栓孔43。

本实施例中，端头钢板42厚15mm。

边缘钢板44的长度等于外层弯槽钢40的内弧面到内层弯槽钢41腹板47的距离，宽度等于弯槽钢的腿宽，厚度等于弯槽钢的腰厚。

中间肋板45为实心结构，中间肋板45实现对内层弯槽钢41、外层弯槽钢40的径向连接，是实现内外层弯槽钢径向连接的主要传力板，长度等于内外层弯槽钢腹板47之间的距离，宽度等于弯槽钢的高度，高度等于弯槽钢的腿宽。

第一弧形预制件I400、第一弧形预制件II401、第一弧形预制件III402、第一弧形预制件IV403和第一弧形预制件V404的外层弯槽钢40腹板47连接有2个加劲板80，用于对顶升机构进行对接和限位。

第一弧形预制件VI405和第一弧形预制件VII406，以中间肋板45为对称轴，在外层弯槽钢40的两侧翼板46开设4个用于连接刚性支墩6的第二螺栓孔63。

刚性支墩6包括支墩主体和连接于支墩主体底端面的支撑脚，支墩主体包括相连接的第一支墩部和第二支墩部，第一支墩部呈长方体，第二支墩部由顶端至底端横截面面积递减，且第二支墩部的侧面为曲面。

刚性支墩6的顶面为向外侧凹陷的凹面。

第二弧形预制件5除弧长为第一弧形预制件4的一半外，其它构造与第一弧形预制件4完全相同，第二弧形预制件5外层弯槽钢40和内层弯槽钢41的圆心角均为24゜。

第二弧形预制件5以中间肋板45为对称轴，在外层弯槽钢40的两侧翼板46开设4个第二螺栓孔63，以连接第二刚性支墩6。

第一弧形预制件4与第二弧形预制件5的所有连接处均通过4个高强螺栓进行紧固连接；

刚性支墩6由钢垫板60和支墩主体组成，钢垫板60作为支撑脚，钢垫板60连接支墩主体的底端。

钢垫板60为底部带有水平刃角的实腹式拱形中空结构，本实施例中将钢垫板60中位于中空部分上层的部分称为顶面钢板，顶面钢板厚度与水平刃角的宽度相同，顶面钢板的下表面与拱的最高点水平相切。钢垫板60的几何尺寸为长×宽×高(400mm×400mm×100mm)，顶面钢板厚度与水平刃角的宽度均为20mm。刚性支墩主体61为实心结构，为了便于描述，本实施例中将刚性支墩6分为相连接的第一支墩部和第二支墩部，第一支墩部呈长方体，第二支墩部由顶端至底端横截面面积递减，且第二支墩部的侧面为曲面。

刚性支墩6的顶面设有向环形支架3外侧(也即刚性支墩6的支撑脚方向)凹陷的凹槽62。凹槽62的弧度与两种预制件的弧度相同，凹槽62两侧开设有4个第二螺栓63以连接第一弧形预制件4或第二弧形预制件5。

所述第一弧形预制件4与第二弧形预制件5的所有接合处均采用10.9级M20摩擦型高强螺栓进行紧固连接，第一弧形预制件4或第二弧形预制件5与刚性支墩6的接合处采用10.9级M16摩擦型高强螺栓紧固连接；

更为具体的，本实施例中包括两个上述的预应力支架，分别命名为第一圆形预应力支架和第二圆形预应力支架，第一圆形预应力支架和第二圆形预应力支架同轴且等直径；可以理解的是，第一圆形预应力支架和第二圆形预应力支架之间可以假设有一根总中心轴，总中心轴重合于第一圆形预应力支架和第二圆形预应力支架的中心轴。

可以理解的是，每个圆形预应力支架均可以称为一榀。

连接件包括多个，多个连接件平行设置。

如图4所示，本实施例中供设有4个连接件，且相邻的连接件与总中心轴之间形成的圆心角均为90°。

本实施例中，连接件采用槽钢。

在其他实施例中，连接件还可以采用工字钢或圆钢或方钢。

刚性支墩6共六个，第一圆形预应力支架和第二圆形预应力支架均连接三个刚性支墩6。

本实施例中，千斤顶为螺旋千斤顶8，螺旋千斤顶8共配套10个，均安装于第一弧形预制件4外层弯槽钢40的中间位置，底部处于加劲板80的预留槽中，顶升端以压实聚氨酯衬垫81为宜。

实施例2

本发明的一种典型实施方式中，本实施例公开了一种地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系的拼装方法，用于拼装如实施例1中所述的地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系，包括以下步骤：

设置多排刚性支墩；

在每排刚性支墩上设置第二弧形预制件，在第二弧形预制件的两侧连接第一弧形预制件；

同一排的刚性支墩之间连接连接件；

同时连接位于同一高度的一对第一弧形预制件，直至环形支架成型；

同时将同一高度的一对螺旋千斤顶连接至相应的第一弧形预制件，并将位于顶端的螺旋千斤顶连接至相应的第一弧形预制件。

具体由以下步骤实现：

1)所述圆形预应力支架体系在隧道外先进行试拼装工作，隧道内拼装时，遵循“先下再上、对称同步”的拼装原则；

2)先沿隧道底部的纵向中心线处放置中心刚性支墩6，接着将第二弧形预制件5放于刚性支墩6的弧面凹槽62中，通过第二螺栓孔63紧固连接刚性支墩6和第二弧形预制件5；

3)以隧道纵向中心线为基准，放置左右侧刚性支墩6，将第一弧形预制件VI405和第一弧形预制件VII406分别放于左右侧刚性支墩6的弧面凹槽62中；先通过第一螺栓孔43紧固连接第一弧形预制件VI405、第二弧形预制件5和第一弧形预制件VII406，再通过第二螺栓孔63紧固连接第一弧形预制件VI405、刚性支墩6和第一弧形预制件VII406；

4)同榀的三个刚性支墩6之间焊接两根钢管连接件7，建立横向连接；

5)在第一弧形预制件I400、第一弧形预制件II401、第一弧形预制件III402、第一弧形预制件IV403、第一弧形预制件V404的外层弯槽钢40中间腹板47位置，加焊两个加劲板80，形成螺旋千斤顶8的安放预留槽；

6)按照同时拼装第一弧形预制件V404和第一弧形预制件IV403、同时拼装第一弧形预制件III402和第一弧形预制件II401、第一弧形预制件I400的拼装顺序依次对称拼装支架体系3，拼装过程中及时固定已拼好的预制件，在实现整体拼装闭合后，对所有高强螺栓进行二次紧固连接；

7)按照“先下再上、对称同步”的原则，对称安装五个螺旋千斤顶8到第一弧形预制件I400、第一弧形预制件II401、第一弧形预制件III402、第一弧形预制件IV403、第一弧形预制件V404的外层弯槽钢40的腹板47预留槽中；

8)每一个螺旋千斤顶8安装时，根据实测隧道收敛变形值均匀调整顶力，将聚氨酯衬垫81紧贴管片环2，最后以顶升端压实聚氨酯衬垫81为宜，不得引起管片环2明显位移甚至损坏；

9)进一步地，对称拼装第二榀圆形预应力支架体系，拼装过程同第一榀圆形预应力支架体系，两榀支架在联络通道横向中心线的两侧对称布置，间距3.6m；

10)用三根钢管连接件7对六个刚性支墩6进行纵向焊接加固，建立纵向连接；

考虑到联络通道防护门的吊装需要，可以选择在两榀支架3的第一弧形预制件II401和第一弧形预制件III402的中间肋板45处，以纵向焊接的两根20#a槽钢连接件9为基础，搭建喇叭口上部作业平台；

考虑到盾构隧道内的材料运输和车辆换向，可以选择在两榀支架3的第一弧形预制件VI405和第一弧形预制件VII406的中间肋板45处，以纵向焊接的两根22#a槽钢连接件9为基础，配合可调高度底托、H型钢、木板和竹胶板，搭建喇叭口下部作业平台。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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 (10)

1.一种地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系，其特征在于，包括多个预应力支架，相邻的支架之间通过连接件连接；其中预应力支架包括第一弧形预制件、第二弧形预制件、刚性支墩和顶升机构，第一弧形预制件包括多个，第二弧形预制件包括一个，多个第一弧形预制件和一个第二弧形预制件首尾连接形成环形支架；第二弧形预制件和两侧的第一弧形预制件均连接刚性支墩，与第二弧形预制件相离布置的第一弧形预制件还连接顶升机构。

2.如权利要求1所述的地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系，其特征在于，所述刚性支墩包括多个，刚性支墩连接于第二弧形预制件和第二弧形预制件旁侧的第一弧形预制件。

3.如权利要求1所述的地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系，其特征在于，每个所述第一弧形预制件和所述第二弧形预制件均包括弧形支架和腹板，弧形支架包括平行设置的第一弧形支架和第二弧形支架，腹板连接于第一弧形支架和第二弧形支架之间。

4.如权利要求3所述的地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系，其特征在于，所述第一弧形支架的第一端面和所述第二弧形支架的第一端面通过第一端头钢板连接，所述第一弧形支架的第二端面和所述第二弧形支架的第二端面通过第二端头钢板连接。

5.如权利要求3所述的地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系，其特征在于，所述第一弧形支架和所述第二弧形支架均包括两个平行设置的弧形杆件，两个弧形杆件的第一端通过板件连接，两个弧形杆件的第二端通过板件连接。

6.如权利要求1所述的地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系，其特征在于，所述刚性支墩包括支墩主体和连接于支墩主体底端面的支撑脚，支墩主体包括相连接的第一支墩部和第二支墩部，第一支墩部呈长方体，第二支墩部由顶端至底端横截面面积递减，且第二支墩部的侧面为曲面。

7.如权利要求1所述的地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系，其特征在于，刚性支墩的顶面设有向环形支架外侧凹陷的凹槽。

8.如权利要求1所述的地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系，其特征在于，所述连接件包括多个，多个连接件平行设置。

9.如权利要求1所述的地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系，其特征在于，所述连接件为槽钢、工字钢或圆钢或方钢。

10.一种地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系的拼装方法，用于拼装如权利要求1～9任意一项所述的地铁联络通道施工用圆形预应力支架体系，包括以下步骤：

设置多排刚性支墩；

在每排刚性支墩上设置第二弧形预制件，在第二弧形预制件的两侧连接第一弧形预制件；

同一排的刚性支墩之间连接连接件；

同时连接位于同一高度的一对第一弧形预制件，直至环形支架成型；

同时将同一高度的一对螺旋千斤顶连接至相应的第一弧形预制件，并将位于顶端的螺旋千斤顶连接至相应的第一弧形预制件。

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