CN116556424B - 一种地下空间扩容施工方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下空间扩容施工方法及系统，属于地下空间施工技术领域。本发明提供的地下空间扩容施工方法，通过在既有结构的待扩容墙面顶部形成钢管管幕，为土体开挖形成顶部支撑，通过冲水抽泥设备对扩容结构的施工界面内土体进行冲水并抽出泥浆，通过气泵设备给气囊充气加压挤占土体损失的空间，气囊能够承担部分土体压力，在扩容结构逐步移动的过程中，扩容结构前端不断挤压气囊，气囊中气体通过气泵设备排出，顶进设备推动扩容结构移动并通过占据气囊空间的方式移动至设计位置处。本申请在不进行基坑开挖的条件下实现了城市地下空间的扩容，具有环境影响低，施工简单等优点。

Description

一种地下空间扩容施工方法及系统

技术领域

本发明涉及一种地下空间扩容施工方法及系统，属于地下空间施工技术领域。

背景技术

随着我国城市化进程的逐步加快，市域空间的利用需求日益提高，针对这一现状，我国大中型城市主要采取地下空间扩容的手段。目前，地下结构建筑大多通过明挖基坑进行建设，这种施工方法对周边环境影响极大，尤其对于具有高密度建筑群的区段施工更是不便，因此，如何在降低社会影响的条件下，从既有城市建筑内部水平扩展可利用地下空间成为了现阶段市政工程发展的一大难题。

发明内容

针对现有技术中地下空间扩容所存在的问题，本发明提供了一种地下空间扩容施工方法及系统，能够在降低对周边环境影响程度的情形下完成扩容结构施工。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

一种地下空间扩容施工方法，包括：

步骤一、确定扩容结构的施工界面，并预制扩容结构；

步骤二、在既有结构的待扩容墙面顶部施工若干水平钢管形成钢管管幕，水平钢管伸入土体的长度大于扩容结构深度；

步骤三、在既有结构的待扩容墙面两侧设置冲水孔和抽泥孔，在冲水孔中设置冲水管，在抽泥孔中设置抽泥管，冲水管、抽泥管与冲水抽泥设备连接；在既有结构的待扩容墙面上开设槽孔，槽孔中塞入未充气气囊，气囊通过压力管连接气泵设备；

步骤四、开启冲水抽泥设备，在待扩容墙面外侧土体体积损失的同时，用气泵设备给气囊充气加压挤占土体损失的空间，直至气囊充气饱和；气囊充气饱和后的尺寸与扩容结构尺寸相匹配；

步骤五、在既有结构内设置导轨，导轨的一端延伸至扩容结构的施工界面的下方；将扩容结构安放在导轨上，在扩容结构尾部设置顶进设备；控制好墙面外侧的地下水位，在既有结构的待扩容墙面上开墙洞，墙洞尺寸与扩容结构横断面尺寸相匹配，使扩容结构前端与气囊贴合；

步骤六、利用顶进设备将扩容结构滑移顶进，对气囊缓慢放气降压，将扩容结构逐步推进至设计位置，并与既有结构固定连接，最后抽出气囊；封堵冲水孔、抽泥孔和槽孔，在扩容结构与既有结构之间连接处做防水处理。

进一步，步骤二中，钢管管幕施工前，先在既有结构的待扩容墙面两侧施工两根竖向支撑，在竖向支撑上施工横梁，横梁的两端分别与两侧竖向支撑固定连接；

然后在既有结构的待扩容墙面顶部开孔，打设一定数量的水平钢管，水平钢管一端架设在横梁之上，另一端伸入土体中，在扩容结构的施工界面顶部组成钢管管幕。

进一步，步骤四中，控制冲水管与抽泥管端部插入土体中深度，冲水管与抽泥管始终保持进入土面5-10cm。

本发明还提供了另一种地下空间扩容施工方法，包括：

S1.确定扩容结构的施工界面，并预制扩容结构；

S2.在既有结构的待扩容墙面顶部施工若干水平钢管形成钢管管幕，水平钢管伸入土体的长度大于扩容结构深度；

S3.在既有结构内铺设导轨，导轨的一端延伸至扩容结构的施工界面的下方；并将扩容结构放置在导轨上；在既有结构的待扩容墙面上开墙洞，墙洞尺寸与扩容结构横断面尺寸相匹配，墙洞四周设置橡胶止水压板；在扩容结构尾部设置顶进设备，并将扩容结构前端伸入墙洞中，橡胶止水压板一端与墙洞四周墙体密封连接，另一端位于墙体外侧并压紧在扩容结构上；所述扩容结构内部设置有冲水抽泥设备和气泵设备，所述扩容结构的前端顶板上设置有冲水孔、抽泥孔和槽孔，与冲水抽泥设备连接的冲水管、抽泥管分别插入冲水孔、抽泥孔中，槽孔中塞入未充气气囊，气囊通过压力管与气泵设备连接；

S4.开启冲水抽泥设备，在待扩容墙面外侧土体体积损失的同时，用气泵设备给气囊充气加压挤占土体损失的空间，直至气囊充气饱和；气囊充气饱和后的尺寸与扩容结构的断面尺寸相匹配，气囊的厚度小于扩容结构的深度；

S5.启动顶进设备，将扩容结构滑移顶进，同步对气囊缓慢放气降压，直至气囊放气完毕；

S6.重复步骤S4和S5，直至扩容结构至设计位置，将扩容结构与既有结构固定连接，最后抽出气囊，拆除冲水抽泥设备、气泵设备、顶进设备，封堵冲水孔、抽泥孔和槽孔，在扩容结构与既有结构之间连接处做防水处理。

进一步，扩容结构的前端顶板外侧设置有分块外顶板，所述分块外顶板包括若干块相互拼接的顶板单元；步骤S3中，在既有结构的待扩容墙面上开墙洞具体包括如下步骤：

根据分块外顶板的顶板单元的尺寸，将既有结构的待扩容墙面范围内的墙体分隔为若干开挖区域，按开挖区域交替进行开挖，并分别用顶板单元进行封堵，相邻的顶板单元之间通过连接件拼接，至既有结构墙洞施工完毕后，形成完整的分块外顶板，分块外顶板上设置有与前端顶板上相匹配的冲水孔、抽泥孔、槽孔，将分块外顶板与扩容结构的前端顶板连接。

相应地，本申请提供了一种地下空间扩容施工系统，包括：

既有结构，既有结构待扩容墙面上设置有冲水孔、抽泥孔和槽孔；在冲水孔、抽泥孔、槽孔中分别设置有冲水管、抽泥管、气囊；既有结构内设置有导轨，导轨的一端延伸至扩容结构的施工界面下方；

冲水抽泥设备，所述冲水抽泥设备与冲水管、抽泥管连通；

气泵设备，所述气泵设备通过压力管与气囊连通，用以在冲水抽泥设备冲水和抽泥过程中，给气囊充气加压挤占土体损失的空间；

钢管管幕，设置在扩容结构的施工界面顶部，且长度大于扩容结构的深度；钢管管幕的一端位于既有结构内，另一端插入既有结构外侧的土体中；

扩容结构和顶进设备，扩容结构设置于导轨上，顶进设备设置在扩容结构尾部；在既有结构的待扩容墙面上开墙洞后，扩容结构能够在顶进设备顶推作用下沿导轨移动至设计位置，移动过程中挤压气囊，气囊中的气体通过气泵设备排出。

进一步，所述既有结构的待扩容墙面两侧设置有竖向支撑，在竖向支撑上设置有横梁，横梁的两端分别与两侧的竖向支撑固定连接；钢管管幕一端架设在横梁上。

相应地，本申请还提供了另一种地下空间扩容施工系统，包括：

既有结构，所述既有结构内设置有导轨，导轨的一端延伸至扩容结构的施工界面下方；

钢管管幕，设置在扩容结构的施工界面顶部，且长度大于扩容结构的深度；钢管管幕的一端位于既有结构内，另一端插入既有结构外侧的土体中；

扩容结构和顶进设备，扩容结构设置于导轨上，在扩容结构尾部设置顶进设备；所述扩容结构内部设置有冲水抽泥设备和气泵设备，所述扩容结构的前端顶板上设置有冲水孔、抽泥孔和槽孔，与冲水抽泥设备连接的冲水管、抽泥管分别插入冲水孔、抽泥孔中，槽孔中塞入未充气气囊，气囊通过压力管与气泵设备连接；在既有结构的待扩容墙面上开墙洞后，扩容结构能够在顶进设备顶推作用下沿导轨分多次移动至设计位置，且气囊充气过程与扩容结构顶进移动过程交替进行，气囊放气过程与扩容结构顶进移动过程同步进行。

进一步，导轨为型钢管材，前端设置有行进钻头，导轨前端的腔体内设置有液压马达，行进钻头和液压马达通过法兰盘固定在一起；

导轨内设置有子站控制单元，子站控制单元通过双向导油管与液压马达连接；

导轨内设置有液压油管，液压油管的一端与子站控制单元连接，另一端与设置于既有结构内的液压泵连接；

子站控制单元为液压马达输送液压油；

子站控制单元和液压泵连接有总站控制单元，总站控制单元通过控制液压泵、子站控制单元能够控制液压马达的转动，从而实现导轨整体推进。

进一步，导轨下方设置有支撑单元，支撑单元包括顶推油缸、承压盖板、压力传感器和弹性体材料；

顶推油缸嵌入在导轨内部，通过单向导油管与液压油管连通，顶推油缸柱塞杆与承压盖板通过球铰端子连接，总站控制单元控制顶推油缸，可根据下方土壤疏松或塌落形态自适用调整接触面；承压盖板端面设置了压力传感器，可实时监测其下方的地面接触压力；弹性体材料设置在压力传感器端面，直接与地面接触。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明提供的地下空间扩容施工方法，通过在既有结构的待扩容墙面顶部形成钢管管幕，为土体开挖形成顶部支撑，通过冲水抽泥设备对扩容结构的施工界面内土体进行冲水并抽出泥浆，通过气泵设备给气囊充气加压挤占土体损失的空间，气囊能够承担部分土体压力，在扩容结构逐步移动的过程中，扩容结构前端不断挤压气囊，气囊中气体排出，通过占据气囊空间的方式移动至设计位置处。本申请在不进行基坑开挖的条件下实现了城市地下空间的扩容，具有环境影响低，施工简单等优点。

附图说明

图1为本发明一实施例中的既有结构与拟扩容空间位置关系图；

图2为本发明一实施例中的竖向支撑、水平钢管示意图；

图3为图2中沿A-A剖视图；

图4为本发明一实施例中的冲水抽泥设备、气泵设备、导轨示意图；

图5为图4中沿B-B剖视图；

图6为本发明一实施例中的气囊充气饱和示意图；

图7为图6中沿C-C剖视图；

图8为本发明一实施例中的扩容结构逐步顶进、气囊抽气示意图；

图9为图8中沿D-D剖视图；

图10为本发明一实施例中的扩容结构与既有结构示意图；

图11为本发明一实施例中的扩容结构内设置冲水抽泥设备、气泵设备示意图；

图12为图11中沿E-E剖视图；

图13为本发明一实施例中的气囊充气饱和示意图；

图14为本发明一实施例中的扩容结构逐步顶进、气囊抽气示意图；

图15为本发明一实施例中扩容结构设置的前端顶板、分块外顶板位置关系图；

图16为图15中沿F-F剖视图；

图17为本发明一实施例中的导轨示意图；

图18为图17中G区域的放大图。

图中标号如下：

1-地面；2-土体；

10-既有结构；11-竖向支撑；12-横梁；13-水平钢管；14-冲水孔；15-抽泥孔；16-槽孔；17-待扩容墙面；18-墙洞；

20-扩容结构；21-扩容结构的施工界面；22-拟扩容空间；23-前端顶板；24-分块外顶板；

31-冲水管；32-抽泥管；33-冲水抽泥设备；34-气囊；35-压力管；36-气泵设备；37-导轨；371-行进钻头；372-液压马达；373-法兰盘；374-子站控制单元；375-双向导油管；376-液压油管；38-顶进设备；39-支撑单元；391-顶推油缸；392-承压盖板；393-压力传感器；394-弹性体材料。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的一种地下空间扩容施工方法作进一步详细说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

如图1至图10所示，本实施例提供的一种地下空间扩容施工方法，包括如下步骤：

步骤一、确定扩容结构的施工界面21，并预制扩容结构20。

进行地质勘察测量，并对既有地下建筑（即既有结构10）的扩容结构20进行设计和建模，如图1所示，通过软件计算确定扩容结构的施工界面21，扩容结构的施工界面21围合区域为拟扩容空间22，扩容结构的施工边界是扩容结构安装就位后的位置边界。对扩容结构20在工厂进行预制，对冲水抽泥设备33、气泵设备36、顶进设备38进行选型，进行气囊34制作等。需注意本施工方法适用的既有结构的地上层数不宜过多，且扩容空间体积不宜过大，以避免扩容施工对原有结构体系造成破坏。

步骤二、在既有结构10的待扩容墙面17顶部施工若干水平钢管13形成钢管管幕，水平钢管13伸入土体的长度大于扩容结构20深度。将扩容结构伸入土体方向视为深度方向。

结合图2至图5所示，待扩容墙面17是为了使扩容结构从既有结构内伸入土体中，需要在既有结构上开设墙洞的墙面。钢管管幕施工前，先在既有结构10的待扩容墙面17左右两侧施工两根竖向支撑11，上下两端采用法兰螺栓与上下楼板紧固，在竖向支撑11上施工横梁12，横梁12的两端分别与竖向支撑11固定连接，竖向支撑11、横梁12可以为钢管或钢梁。在既有结构10待扩容墙面17顶部开孔，然后打设一定数量的水平钢管13，水平钢管13与横梁12垂直，水平钢管13一端架设在横梁12之上，另一端插入土体中，且入土深度大于扩容结构的深度，在扩容结构的施工界面21顶部组成钢管管幕，并形成棚顶架立效果。扩容结构的深度是指扩容结构在垂直于既有结构外墙面方向入土的深度。

步骤三、结合图4和图5所示，在既有结构10的待扩容墙面17上设置冲水孔14和抽泥孔15，在冲水孔14中设置冲水管31，在抽泥孔15中设置抽泥管32，冲水管31、抽泥管32与冲水抽泥设备33连接；在既有结构10的待扩容墙面17上开设槽孔16，槽孔16中塞入未充气气囊34，气囊34通过压力管35连接气泵设备36。

具体地，可以在既有结构10待扩容墙面17的四角外侧开设四个施工孔，上侧两孔为冲水孔14，下侧两孔抽泥孔15，横向两孔之间净距大于扩容结构20宽度，将冲水抽泥设备33导管按功能插入孔中。同时在既有结构10的待扩容墙面17底部开设槽孔16，槽孔16两端水平打设钢质导轨37，用于后续施工中扩容结构20的滑移顶进，打设深度与扩容结构20长度相同或大于扩容结构20深度，槽孔16中间塞入未充气的气囊34，气囊34的气孔朝向槽口，以便后续放气。

气囊34为橡胶材质，具有较强的抗张强度、弹性和气密性，最大充气压力应能满足上方散落土体重力与侧方土体挤压力的双重作用，同时充气饱和状态下为固定形状，不变形，且与扩容结构尺寸匹配。

步骤四、开启冲水抽泥设备33，在待扩容墙面17外侧土体体积损失的同时，用气泵设备36给气囊34充气加压挤占土体损失的空间，直至气囊34充气饱和；气囊34充气饱和后的尺寸与扩容结构20尺寸相匹配。

施工中控制冲水管31与抽泥管32端部插入土体中深度，冲水管31与抽泥管32始终保持进入土面5-10cm，在墙后土体体积损失的同时，不断移进导管深度，使冲水管31与抽泥管32入土深度满足要求。冲水管31中的高压水对土体进行冲刷后形成泥浆，便于冲水抽泥设备33通过抽泥管抽出泥浆，气囊通过挤压泥浆，也能占据泥浆损失的体积。

步骤五、结合图6至图9所示，在既有结构10内设置导轨37，将扩容结构20安放在导轨37上，在扩容结构尾部设置顶进设备；控制好墙面外侧的地下水位，在既有结构10的待扩容墙面17上开墙洞18，墙洞18尺寸与扩容结构横断面尺寸相匹配，使扩容结构20前端与气囊34贴。

导轨37采用型钢，导轨37锚固在楼板上。在扩容结构20顶进过程中，控制好气囊34内的气压，使气囊34对顶部及侧部土体始终满足支撑要求。需要说明的是，预制的扩容结构20外侧已设置防水层。

步骤六、利用顶进设备38将扩容结构20滑移顶进，对气囊34缓慢放气降压，将扩容结构20逐步推进至设计位置，并与既有结构10固定连接，最后抽出气囊34；封堵冲水孔14、抽泥孔15和槽孔16，在扩容结构20与既有结构10之间连接处做防水处理。

扩容结构20前端与气囊34贴合，通过气泵设备36抽气并时时监测放气量，换算扩容结构20可水平顶进深度，利用顶进设备38将扩容结构20滑移顶进。当然，也可通过监测并控制气囊34中气体压力，使之与顶进速度相匹配。

在气囊充满拟扩容空间时，冲水抽泥设备33停止冲水、抽泥工作，可通过冲水抽泥设备33控制地下水位，以方便在既有结构10的待扩容墙面17上开墙洞18。

对四个角部的冲水孔14、抽泥孔15以及底部的槽孔16进行灌浆封闭，在满足安全的情况下，可拆除钢管管幕、横梁12、竖向支撑11，对拆除后孔洞灌浆密封。如图10所示，若为扩容结构20安全稳定性考虑，也可以不拆除钢管管幕、横梁12、竖向支撑11。

实施例二

本实施例另一种地下空间扩容施工方法，下面结合图1至图18所示，对所述施工方法作进一步描述。与实施例一不同的是，本实施例将冲水抽泥设备33、气泵设备36设置于扩容结构20内，气囊34充气扩容分阶段进行，每一次充气完毕，仅填充部分空间，气囊34充气扩容与扩容结构20顶进交替进行，气囊34充气完毕，立即进行扩容结构20顶进操作，气囊34放气结束立即停止扩容结构20顶进，继续进行冲水、抽泥、气囊充气等。

本实施例中的地下空间扩容施工方法，具体包括如下步骤：

S1.同实施例一中的步骤一；

S2.同实施例一中的步骤二；

S3.结合图11和图12所示，在既有结构10内铺设导轨37，导轨的一端延伸至扩容结构的施工界面的下方；并将扩容结构20放置在导轨37上；在既有结构10的待扩容墙面17上开墙洞18，墙洞18尺寸与扩容结构横断面尺寸相匹配，墙洞18四周设置橡胶止水压板；在扩容结构20尾部设置顶进设备38，并将扩容结构20前端伸入墙洞18中；橡胶止水压板一端与墙洞18四周墙体密封连接，另一端朝向墙体外侧并紧压在扩容结构20上；所述扩容结构20内部设置有冲水抽泥设备33和气泵设备36，所述扩容结构20前端顶板23上设置有冲水孔14、抽泥孔15和槽孔16，与冲水抽泥设备33连接的冲水管31、抽泥管32分别插入冲水孔14、抽泥孔15中，槽孔16中塞入未充气气囊34，气囊34通过压力管35与气泵设备36连接；需要说明的是扩容结构20前端顶板23是指扩容结构朝向既有结构外侧的墙体，在扩容结构顶紧过程中紧靠气囊；

S4.结合图11至图13所示，开启冲水抽泥设备33，在扩容结构20外侧土体体积损失的同时，用气泵设备36给气囊34充气加压挤占土体损失的空间，直至气囊34充气饱和；气囊34充气饱和后的尺寸与扩容结构20的断面尺寸相匹配，气囊的厚度小于扩容结构的深度；

根据扩容结构的深度，可将气囊充气饱和后的厚度设定为扩容结构深度的1/6-1/3。当气囊充气饱和后的厚度设定为扩容结构深度的1/3时，则扩容结构需要分成三次顶进达到设计位置。

S5.结合图11至图14所示，启动顶进设备38，将扩容结构20滑移顶进，同步对气囊34缓慢放气降压，直至气囊34放气完毕；

S6.重复步骤S4和S5，直至扩容结构20至设计位置，将扩容结构20与既有结构10固定连接，最后抽出气囊34，拆除冲水抽泥设备33、气泵设备36、顶进设备38，封堵冲水孔14、抽泥孔15和槽孔16，在扩容结构20与既有结构10之间连接处做防水处理。

在一个具体实施例中，橡胶止水压板呈喇叭状，大口端与墙洞处墙体密封连接，小口端朝向墙体外侧，且小口端尺寸略小于扩容结构断面尺寸，能够压紧在扩容结构外，防止外侧水体进入既有结构内，橡胶止水压板有一定的弹性，能够容许扩容结构穿过。

在一个具体实施例中，结合图15和图16所示，扩容结构20的前端顶板23外侧设置有分块外顶板24，所述分块外顶板24包括5块相互拼接的顶板单元a1、a2、a3、a4、a5。并且，分块外顶板24的顶板单元a1、a4上设置冲水孔14，分块外顶板24的顶板单元a2、a5上设置抽泥孔15，分块外顶板24的顶板单元a3上设置槽孔16，均与扩容结构的前端顶板上的冲水孔、抽泥孔、槽孔位置相匹配。步骤S3中，在既有结构10的待扩容墙面17上开墙洞18具体包括如下步骤：根据分块外顶板24的顶板单元的尺寸，将既有结构10的待扩容墙面17范围内的墙体分隔为若干开挖区域，按开挖区域交替进行开挖，并分别用顶板单元进行封堵，相邻的顶板单元之间通过连接件拼接，至既有结构10墙洞施工完毕后，形成完整的分块外顶板24，并将分块外顶板24与扩容结构20的前端顶板连接，前端顶板为扩容结构20前端墙体。如此设置，能够将原本墙体上一次开一个大洞变为分批开设若干个小洞，便于控制墙体外侧的土压力，还能防止墙体外侧的泥水灌入既有结构10内。

在一个具体实施例中，导轨37为型钢管材，前端设置有行进钻头371，导轨37前端的腔体内设置有液压马达372，行进钻头371和液压马达372通过法兰盘373固定在一起，导轨内设置有子站控制单元374，子站控制单元374通过双向导油管375与液压马达连接；导轨37内设置有液压油管376，液压油管376的一端与子站控制单元374连接，另一端与设置于既有结构10内的液压泵连接。子站控制单元为液压马达输送液压油，子站控制单元控制液压马达的转动方向，具有正转与反转模式，通过总站控制单元控制液压泵及子站控制单元，可实现导轨37整体推进。进一步，导轨37下方设置有支撑单元39，根据实际需要可分布设置多组支撑单元39；支撑单元39包括顶推油缸391、承压盖板392、压力传感器393和弹性体材料394，顶推油缸嵌入在导轨37内部，通过单向导油管与液压油管376连通，顶推油缸柱塞杆与承压盖板通过球铰端子连接，总站控制单元控制顶推油缸，可根据下方土壤疏松或塌落形态自适用调整接触面；承压盖板端面设置了压力传感器，可实时监测其下方的地面接触压力，用于自动判断导轨37底部是否需要进行支撑；弹性体材料设置在压力传感器端面，直接与地面接触，起到了接触面压力良好传递的作用，提高压力监测的准确性。

实施例三

本实施例提供了一种地下空间扩容施工系统，结合实施例一及附图1至图10对本实施例的地下空间扩容施工系统作进一步描述。该地下空间扩容施工系统包括：

既有结构10，既有结构的待扩容墙面上设置有冲水孔14、抽泥孔16和槽孔16；在冲水孔中设置冲水管31，在抽泥孔中设置抽泥管32，槽孔中设置有气囊34；既有结构内设置有导轨37，导轨的一端延伸至扩容结构的施工界面21下方；

冲水抽泥设备33，设置于既有结构10内，也可以设置于既有结构外部的地面上，并与冲水管31、抽泥管32连通；

气泵设备36，设置于既有结构10内，也可以设置于既有结构外部的地面上，通过压力管35与气囊34连通，用以在冲水抽泥设备33冲水和抽泥过程中，给气囊34充气加压挤占土体损失的空间；

钢管管幕，设置在扩容结构的施工界面顶部，且长度大于扩容结构20的深度；钢管管幕的一端位于既有结构内，另一端插入既有结构外侧的土体中；钢管管幕是一排垂直打入土体中的水平钢管13；

扩容结构20和顶进设备38，扩容结构20设置于导轨37上，在扩容结构尾部设置顶进设备38；在既有结构的待扩容墙面上开墙洞18后，扩容结构能够在顶进设备顶推作用下沿导轨移动至设计位置，移动过程中挤压气囊，气囊中的气体通过气泵设备排出。

在一个具体实施例中，所述既有结构的待扩容墙面两侧设置有竖向支撑11，在竖向支撑上11设置有横梁12，横梁的两端分别与竖向支撑固定连接；水平钢管13端部架设在横梁12上。

实施例四

本实施例提供了一种地下空间扩容施工系统，结合实施例一及附图1至图18对本实施例的地下空间扩容施工系统作进一步描述。该地下空间扩容施工系统包括：

既有结构10，所述既有结构内设置有导轨37，导轨的一端延伸至扩容结构的施工界面21下方；

钢管管幕，设置在扩容结构的施工界面21顶部，且长度大于扩容结构的深度；钢管管幕的一端伸入既有结构内，另一端插入既有结构外侧的土体中；

扩容结构20和顶进设备38，扩容结构20设置于导轨37上，顶进设备38设置在扩容结构尾部；冲水抽泥设备33和气泵设备36可以设置在扩容结构20内部，也可以设置在扩容结构外侧的地面上；所述扩容结构前端顶板上设置有冲水孔14、抽泥孔15和槽孔16，冲水抽泥设备33的冲水管31、抽泥管32分别插入冲水孔、抽泥孔中，槽孔中塞入未充气气囊34，气囊34通过压力管与气泵设备36连接；在既有结构的待扩容墙面上开墙洞后，扩容结构能够在顶进设备顶推作用下沿导轨分多次移动至设计位置，且气囊充气过程与扩容结构顶进移动过程交替进行，扩容结构每次移动过程中均挤压气囊，气囊放气过程与扩容结构顶进移动过程同步进行。

在一个具体实施例中，导轨37为型钢管材，前端设置有行进钻头371，导轨前端的腔体内设置有液压马达372，行进钻头和液压马达通过法兰盘373固定在一起；

导轨内设置有子站控制单元374，子站控制单元通过双向导油管375与液压马达连接；

导轨内设置有液压油管375，液压油管的一端与子站控制单元连接，另一端与设置于既有结构内的液压泵连接；子站控制单元为液压马达输送液压油；子站控制单元和液压泵连接有总站控制单元，总站控制单元通过控制液压泵、子站控制单元能够控制液压马达的转动，从而实现导轨整体推进。

在一个具体实施例中，导轨下方设置有支撑单元39，支撑单元包括顶推油缸391、承压盖板392、压力传感器393和弹性体材料394；

顶推油缸391嵌入在导轨内部，通过单向导油管与液压油管连通，顶推油缸柱塞杆与承压盖板通过球铰端子连接，总站控制单元控制顶推油缸，可根据下方土壤疏松或塌落形态自适用调整接触面；承压盖板端面设置了压力传感器，可实时监测其下方的地面接触压力；弹性体材料设置在压力传感器端面，直接与地面接触。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种地下空间扩容施工方法，其特征在于，包括：

步骤一、确定扩容结构的施工界面，并预制扩容结构；

步骤二、在既有结构的待扩容墙面顶部施工若干水平钢管形成钢管管幕，水平钢管伸入土体的长度大于扩容结构深度；

步骤三、在既有结构的待扩容墙面两侧设置冲水孔和抽泥孔，在冲水孔中设置冲水管，在抽泥孔中设置抽泥管，冲水管、抽泥管与冲水抽泥设备连接；在既有结构的待扩容墙面上开设槽孔，槽孔中塞入未充气气囊，气囊通过压力管连接气泵设备；

步骤四、开启冲水抽泥设备，在待扩容墙面外侧土体体积损失的同时，用气泵设备给气囊充气加压挤占土体损失的空间，直至气囊充气饱和；气囊充气饱和后的尺寸与扩容结构尺寸相匹配；

步骤五、在既有结构内设置导轨，导轨的一端延伸至扩容结构的施工界面的下方；将扩容结构安放在导轨上，在扩容结构尾部设置顶进设备；控制好墙面外侧的地下水位，在既有结构的待扩容墙面上开墙洞，墙洞尺寸与扩容结构横断面尺寸相匹配，使扩容结构前端与气囊贴合；

步骤六、利用顶进设备将扩容结构滑移顶进，对气囊缓慢放气降压，将扩容结构逐步推进至设计位置，并与既有结构固定连接，最后抽出气囊；封堵冲水孔、抽泥孔和槽孔，在扩容结构与既有结构之间连接处做防水处理。

2.如权利要求1所述的地下空间扩容施工方法，其特征在于，

步骤二中，钢管管幕施工前，先在既有结构的待扩容墙面两侧施工两根竖向支撑，在竖向支撑上施工横梁，横梁的两端分别与两侧竖向支撑固定连接；

然后在既有结构的待扩容墙面顶部开孔，打设一定数量的水平钢管，水平钢管一端架设在横梁之上，另一端伸入土体中，在扩容结构的施工界面顶部组成钢管管幕。

3.如权利要求1所述的地下空间扩容施工方法，其特征在于，

步骤四中，控制冲水管与抽泥管端部插入土体中深度，冲水管与抽泥管始终保持进入土面5-10cm。

4.一种地下空间扩容施工方法，其特征在于，包括：

S1.确定扩容结构的施工界面，并预制扩容结构；

S2.在既有结构的待扩容墙面顶部施工若干水平钢管形成钢管管幕，水平钢管伸入土体的长度大于扩容结构深度；

S3.在既有结构内铺设导轨，导轨的一端延伸至扩容结构的施工界面的下方；并将扩容结构放置在导轨上；在既有结构的待扩容墙面上开墙洞，墙洞尺寸与扩容结构横断面尺寸相匹配，墙洞四周设置橡胶止水压板；在扩容结构尾部设置顶进设备，并将扩容结构前端伸入墙洞中，橡胶止水压板一端与墙洞四周墙体密封连接，另一端位于墙体外侧并压紧在扩容结构上；所述扩容结构内部设置有冲水抽泥设备和气泵设备，所述扩容结构的前端顶板上设置有冲水孔、抽泥孔和槽孔，与冲水抽泥设备连接的冲水管、抽泥管分别插入冲水孔、抽泥孔中，槽孔中塞入未充气气囊，气囊通过压力管与气泵设备连接；

S4.开启冲水抽泥设备，在待扩容墙面外侧土体体积损失的同时，用气泵设备给气囊充气加压挤占土体损失的空间，直至气囊充气饱和；气囊充气饱和后的尺寸与扩容结构的断面尺寸相匹配，气囊的厚度小于扩容结构的深度；

S5.启动顶进设备，将扩容结构滑移顶进，同步对气囊缓慢放气降压，直至气囊放气完毕；

S6.重复步骤S4和S5，直至扩容结构至设计位置，将扩容结构与既有结构固定连接，最后抽出气囊，拆除冲水抽泥设备、气泵设备、顶进设备，封堵冲水孔、抽泥孔和槽孔，在扩容结构与既有结构之间连接处做防水处理。

5.如权利要求4所述的地下空间扩容施工方法，其特征在于，

扩容结构的前端顶板外侧设置有分块外顶板，所述分块外顶板包括若干块相互拼接的顶板单元；步骤S3中，在既有结构的待扩容墙面上开墙洞具体包括如下步骤：

根据分块外顶板的顶板单元的尺寸，将既有结构的待扩容墙面范围内的墙体分隔为若干开挖区域，按开挖区域交替进行开挖，并分别用顶板单元进行封堵，相邻的顶板单元之间通过连接件拼接，至既有结构墙洞施工完毕后，形成完整的分块外顶板，分块外顶板上设置有与前端顶板上相匹配的冲水孔、抽泥孔、槽孔，将分块外顶板与扩容结构的前端顶板连接。

6.一种地下空间扩容施工系统，其特征在于，包括：

既有结构，既有结构待扩容墙面上设置有冲水孔、抽泥孔和槽孔；在冲水孔、抽泥孔、槽孔中分别设置有冲水管、抽泥管、气囊；既有结构内设置有导轨，导轨的一端延伸至扩容结构的施工界面下方；

冲水抽泥设备，所述冲水抽泥设备与冲水管、抽泥管连通；

气泵设备，所述气泵设备通过压力管与气囊连通，用以在冲水抽泥设备冲水和抽泥过程中，给气囊充气加压挤占土体损失的空间；

钢管管幕，设置在扩容结构的施工界面顶部，且长度大于扩容结构的深度；钢管管幕的一端位于既有结构内，另一端插入既有结构外侧的土体中；

扩容结构和顶进设备，扩容结构设置于导轨上，顶进设备设置在扩容结构尾部；在既有结构的待扩容墙面上开墙洞后，扩容结构能够在顶进设备顶推作用下沿导轨移动至设计位置，移动过程中挤压气囊，气囊中的气体通过气泵设备排出。

7.如权利要求6所述的地下空间扩容施工系统，其特征在于，

所述既有结构的待扩容墙面两侧设置有竖向支撑，在竖向支撑上设置有横梁，横梁的两端分别与两侧的竖向支撑固定连接；钢管管幕一端架设在横梁上。

8.一种地下空间扩容施工系统，其特征在于，包括：

既有结构，所述既有结构内设置有导轨，导轨的一端延伸至扩容结构的施工界面下方；

钢管管幕，设置在扩容结构的施工界面顶部，且长度大于扩容结构的深度；钢管管幕的一端位于既有结构内，另一端插入既有结构外侧的土体中；

扩容结构和顶进设备，扩容结构设置于导轨上，在扩容结构尾部设置顶进设备；所述扩容结构内部设置有冲水抽泥设备和气泵设备，所述扩容结构的前端顶板上设置有冲水孔、抽泥孔和槽孔，与冲水抽泥设备连接的冲水管、抽泥管分别插入冲水孔、抽泥孔中，槽孔中塞入未充气气囊，气囊通过压力管与气泵设备连接；在既有结构的待扩容墙面上开墙洞后，扩容结构能够在顶进设备顶推作用下沿导轨分多次移动至设计位置，且气囊充气过程与扩容结构顶进移动过程交替进行，气囊放气过程与扩容结构顶进移动过程同步进行。

9.如权利要求8所述的地下空间扩容施工系统，其特征在于，

导轨为型钢管材，前端设置有行进钻头，导轨前端的腔体内设置有液压马达，行进钻头和液压马达通过法兰盘固定在一起；

导轨内设置有子站控制单元，子站控制单元通过双向导油管与液压马达连接；

导轨内设置有液压油管，液压油管的一端与子站控制单元连接，另一端与设置于既有结构内的液压泵连接；

子站控制单元为液压马达输送液压油；

子站控制单元和液压泵连接有总站控制单元，总站控制单元通过控制液压泵、子站控制单元能够控制液压马达的转动，从而实现导轨整体推进。

10.如权利要求9所述的地下空间扩容施工系统，其特征在于，

导轨下方设置有支撑单元，支撑单元包括顶推油缸、承压盖板、压力传感器和弹性体材料；

顶推油缸嵌入在导轨内部，通过单向导油管与液压油管连通，顶推油缸柱塞杆与承压盖板通过球铰端子连接，总站控制单元控制顶推油缸，可根据下方土壤疏松或塌落形态自适用调整接触面；承压盖板端面设置了压力传感器，可实时监测其下方的地面接触压力；弹性体材料设置在压力传感器端面，直接与地面接触。