CN117287220B - 一种地铁区间隧道装配式泵房及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁区间隧道装配式泵房及其施工方法，该泵房包括至少一个管节单元，管节单元包括：预制的钢筋混凝土衬砌环、预制的钢管片单元、及浇筑于钢筋混凝土衬砌环与预制钢管片单元之间的间隙注浆；钢管片单元成对设置，每对两个钢管片单元拼合焊接为一个圆环形钢管节包围在钢筋混凝土衬砌环的外周；钢管片单元的内缘凹槽与钢筋混凝土衬砌环的外缘凹槽对应组合后形成橄榄形与柱形的组合凹槽，组合凹槽内设置有用于连接钢管片单元和钢筋混凝土衬砌环的剪力销。本发明将预制钢筋混凝土衬砌环与钢管片单元通过剪力销连接形成地铁盾构隧道区间排水结构，节省施工成本，结构防水性能强、稳定性高，可为隧道安全运营提供安全保障。

Description

一种地铁区间隧道装配式泵房及其施工方法

技术领域

本发明属于地铁盾构隧道施工领域，具体为一种地铁区间隧道装配式泵房及其施工方法。

背景技术

在地铁盾构隧道区间内，由于管片间缝隙过大或防水层失效，地下水或地表水会入渗至隧道结构内。少量水会加速轨道及线路老化，降低地铁线路使用寿命。大量涌水则会造成隧道坍塌，威胁人民生命财产安全。因此，在地铁区间内建立泵房可以存储渗漏水并及时排除，保障地铁区间运营安全。

以往方案中都是通过现场浇筑混凝土施作泵房二次衬砌。其流程基本如下：清理隧道洞口和钢管片内表面；绑扎钢筋；搭建模板；准备浇筑混凝土；将配制好的混凝土倒入衬砌的模板中；使用振捣器或振动棒进行振捣；养护。

现有技术的缺点主要有以下几点：1）施工效率低：直接浇筑混凝土需要现场施工，涉及到模板搭建、混凝土调配等工序；2）质量控制差：直接浇筑混凝土在现场施工时，质量控制相对较难，受到环境条件和施工人员技术水平的限制；3）施工环境要求高：需要大量施工人员；4）砌筑质量不稳定：直接浇筑混凝土容易受到施工工艺和现场环境的影响，难以保证每一段混凝土的质量一致性。

综上所述，现有技术中，钢管片内侧衬砌通常采用现浇混凝土方式。然而，该方式施工效率低下，在地铁隧道有限作业空间内施工质量严重依赖施工人员。

现代建筑中已经出现了装配式泵房，其组件可以预制加工，提高泵房施工效率，但装配式泵房在地上建筑中尤其是农田水利技术领域应用较多，在隧道地下应用中较少，技术尚不成熟。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种地铁区间隧道装配式泵房及其施工方法，可以加快泵房施工进度，节省施工成本，简便快捷，并加强结构的抗浮性能。本发明所提供的装配式泵房为在地铁盾构隧道区间下方由预制钢筋混凝土管片与钢管片组合的排水结构，预制钢筋混凝土管片与钢管片间采用剪力销连接。具体方案如下：

一种地铁区间隧道装配式泵房，所述泵房设置于地铁区间隧道内竖直向下开挖的暗井内，所述泵房包括至少一个管节单元，所述管节单元包括：预制的钢筋混凝土衬砌环；装配在钢筋混凝土衬砌环外周的、预制的钢管片单元；及浇筑于钢筋混凝土衬砌环与预制钢管片单元之间的间隙注浆；所述钢管片单元成对设置，单个钢管片单元为半圆环，每对两个钢管片单元拼合焊接为一个圆环形钢管节包围在钢筋混凝土衬砌环的外周；所述钢管片单元的内侧设置有内缘凹槽，所述钢筋混凝土衬砌环的外侧设置有与所述内缘凹槽对应的外缘凹槽；所述外缘凹槽分为内槽和外槽两部分，内槽为柱形槽；外缘凹槽的外槽与内缘凹槽为形状大小相同的半橄榄形；钢管片单元的内缘凹槽与钢筋混凝土衬砌环的外缘凹槽对应组合后形成橄榄形与柱形的组合凹槽，所述组合凹槽内设置有用于连接钢管片单元和钢筋混凝土衬砌环的剪力销。

进一步的优化，每个钢筋混凝土衬砌环的外圆周均匀分布有4个外缘凹槽，每个钢管片单元的内圆周设置有两个内缘凹槽。

进一步的，所述装配式泵房由至少两个管节单元上下排列组成，相邻的两个管节单元的钢管节之间通过焊接固定连接，相邻的两个管节单元的钢筋混凝土衬砌环之间通过螺栓固定连接。

进一步的，泵房最下方的管节单元的底部连接有一个外盾壳，外盾壳的下方为混凝土封底。

所述的地铁区间隧道装配式泵房的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：根据剪力销预设位置，预制钢管片单元和预制钢筋混凝土衬砌环；

步骤二：竖向微型盾构机安装就位开始掘进；所述竖向微型盾构机的上方设置管节吊机和顶推油缸、下方设置有内盾和刀盘、两侧设置有始发台车；竖向微型盾构机外部设置有可分离的外盾壳；

步骤三：回退竖向微型盾构机的顶推油缸，采用单轨梁将两个钢管片单元移至竖向微型盾构机盾壳上沿齐平并点焊，再将两个钢管片单元沿环向焊接为整体圆环形钢管节，对钢管节靠近竖向微型盾构机一侧与外盾壳焊接；

步骤四：竖向微型盾构机的顶推油缸伸出顶紧钢管节，为竖向微型盾构机提供作用力，竖向微型盾构机向下掘进；如果泵房只有一节管节单元，则竖向微型盾构机掘进到指定位置；如有泵房有两节或两节以上的管节单元，则重复进行步骤五的操作，直至竖向微型盾构机掘进到指定位置；

步骤五：回退竖向微型盾构机的顶推油缸，采用单轨梁将两个钢管片单元移至已安装好的钢管节上沿齐平并点焊，再将两个钢管片单元沿环向焊接为整体圆环形钢管节，将上下两个钢管节焊接连接；竖向微型盾构机的顶推油缸伸出顶紧钢管节，为竖向微型盾构机提供作用力，竖向微型盾构机向下掘进；

步骤六：竖向微型盾构机的边齿刀折叠，刀盘和内盾提升回退，回退过程中浇筑封底混凝土；

步骤七：封底混凝土浇筑厚度满足封底设置要求后，停止回退刀盘和内盾，使其保持在现有位置；

步骤八：待注入封底混凝土凝结后，其强度可以抵御下方水土压力时，继续回退提升刀盘和内盾，将竖向微型盾构机移走，外盾壳保持原位，并在外盾壳上焊接与所述内缘凹槽形状大小相同的半橄榄状凹槽；

步骤九：采用吊装架抓吊钢筋混凝土衬砌环吊入到外盾壳、封底混凝土和钢管节形成的杯型结构内安装，在钢筋混凝土衬砌环与外盾壳或钢管节对接后形成的组合凹槽内插入剪力销，形成泵房结构；

步骤十：泵房结构形成后，沿钢管片单元与钢筋混凝土衬砌环的间隙浇筑水泥砂浆至无法注入。

进一步的，步骤九中，泵房只有一节管节单元，钢筋混凝土衬砌环为整体预制一体结构，直接放入到外盾壳、封底混凝土和钢管节形成的杯型结构内完成安装，再插入剪力销，防止管节移动。

进一步的，步骤九中，泵房有两节或两节以上管节单元，上下相邻管节单元的钢筋混凝土衬砌环间均采用螺栓连接以完成安装，每完成一节钢筋混凝土衬砌环安装，则插入剪力销，防止管节移动。

本发明的优点和有益效果是：

本发明将预制钢筋混凝土衬砌环与钢管片单元通过剪力销连接形成地铁盾构隧道区间排水结构，其施工方法节省施工成本，结构防水性能强、稳定性高，可为隧道安全运营提供安全保障。其中：

1）本发明采用装配式钢筋混凝土衬砌环可以降低施工成本，保证结构质量；

2）本发明预制钢筋混凝衬砌环与钢管片单元采用剪力销连接可以提升泵房结构的整体抗浮性能；

3）本发明的装配式泵房的装配管片（钢筋混凝衬砌环与钢管片单元）为预制管片，现场仅需安装，施工速度更快；

4）本发明装配式管片在工厂中进行生产，能够更好地控制质量；从而提高泵房施工的质量控制；

5）装配式管片的施工过程相对简单，对施工现场的环境要求较低，适用于施工条件较为有限的地区。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例1提供的一种地铁区间隧道装配式泵房剖视图；

图2为本发明实施例1钢管片单元截面图；

图3为本发明实施例1钢筋混凝土衬砌环截面图；

图4为本发明实施例1钢管片单元与钢筋混凝土衬砌环组合截面图；

图5为本发明实施例2步骤二施工示意图；

图6为本发明实施例2步骤三施工示意图；

图7为本发明实施例2步骤四、五施工示意图；

图8为本发明实施例2步骤六施工示意图；

图9为本发明实施例2步骤七施工示意图；

图10为本发明实施例2步骤八施工示意图。

附图说明：1、既有隧道衬砌结构；2、封底混凝土； 3、钢管片单元；4、钢筋混凝土衬砌环；5、剪力销； 6、内缘凹槽；7、外缘凹槽；8、微型盾构机；9、外盾壳；10、间隙注浆；81、管节吊机；82、顶推油缸；83、内盾；84、刀盘；85、始发台车。

具体实施方式

实施例1

如图1~4所示，一种地铁区间隧道装配式泵房，泵房设置于地铁区间隧道内竖直向下开挖的暗井内，泵房包括至少一个管节单元，如图1所示，本实施例包含有4个从上到下依次排列的管节单元包括：预制的钢筋混凝土衬砌环4；装配在钢筋混凝土衬砌环4外周的、预制的钢管片单元3；及浇筑于钢筋混凝土衬砌环4与预制钢管片单元3之间的间隙注浆10；钢管片单元3成对设置，单个钢管片单元3为半圆环，每对两个钢管片单元3拼合焊接为一个圆环形钢管节包围在钢筋混凝土衬砌环4的外周；钢管片单元3的内侧设置有内缘凹槽6，钢筋混凝土衬砌环4的外侧设置有与内缘凹槽6对应的外缘凹槽7；外缘凹槽7分为内槽和外槽两部分，内槽为柱形槽；外缘凹槽7的外槽与内缘凹槽6为形状大小相同的半橄榄形；钢管片单元3的内缘凹槽6与钢筋混凝土衬砌环4的外缘凹槽7对应组合后形成橄榄形与柱形的组合凹槽，所述组合凹槽内设置有用于连接钢管片单元3和钢筋混凝土衬砌环4的剪力销5。

本实施例中，每个钢筋混凝土衬砌环4的外圆周均匀分布有4个外缘凹槽7，如图3所示；每个钢管片单元3的内圆周设置有两个内缘凹槽6，如图2所示 。

本实施例中，相邻的两个管节单元的钢管节之间通过焊接固定连接，相邻的两个管节单元的钢筋混凝土衬砌环4之间通过螺栓固定连接。

泵房最下方的管节单元的底部连接有一个外盾壳9，外盾壳9的下方为封底混凝土2。

实施例2

本实施例为实施例1所述的地铁区间隧道装配式泵房的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：根据剪力销5预设位置，预制钢管片单元3和预制钢筋混凝土衬砌环4。

步骤二：竖向微型盾构机8安装就位开始掘进；所述竖向微型盾构机8的上方设置管节吊机81和顶推油缸82、下方设置有内盾83和刀盘84、两侧设置有始发台车85；竖向微型盾构机8外部设置有可分离的外盾壳9；如图5所示。

步骤三：回退竖向微型盾构机8的顶推油缸82，采用单轨梁将两个钢管片单元3移至竖向微型盾构机8盾壳上沿齐平并点焊，再将两个钢管片单元3沿环向焊接为整体圆环形钢管节，对钢管节靠近竖向微型盾构机8一侧与外盾壳9焊接；如图6所示。

步骤四：竖向微型盾构机8的顶推油缸82伸出顶紧钢管节，为竖向微型盾构机提供作用力，竖向微型盾构机8向下掘进；本实施例泵房有5个管节单元，重复进行步骤五的操作，直至竖向微型盾构机8掘进到指定位置；如图7所示。

步骤五：回退竖向微型盾构机8的顶推油缸82，采用单轨梁将两个钢管片单元3移至已安装好的钢管节上沿齐平并点焊，再将两个钢管片单元3沿环向焊接为整体圆环形钢管节，将上下两个钢管节焊接连接；竖向微型盾构机8的顶推油缸82伸出顶紧钢管节，为竖向微型盾构机提供作用力，竖向微型盾构机8向下掘进。

步骤六：竖向微型盾构机8的边齿刀折叠，刀盘84和内盾83提升回退，回退过程中浇筑封底混凝土2，如图8所示；具体操作为：拆除顶推油缸，边齿刀折叠，利用提升梁（含滑轮组）将刀盘84和内盾83缓慢回退提升，回退提升过程中，通过刀盘84中间设置的注浆管向刀盘前方、刀盘与土体间形成的腔体内，注入封底混凝土，边回退提升边注入混凝土。

步骤七：封底混凝土2浇筑厚度满足封底设置要求后，停止回退刀盘84和内盾83，使其保持在现有位置，如图9所示。

步骤八：待注入封底混凝土2凝结后，其强度可以抵御下方水土压力时，继续回退提升刀盘84和内盾83，如图10所示，将竖向微型盾构机8移走，外盾壳9保持原位，并在外盾壳9上焊接与所述内缘凹槽6形状大小相同的半橄榄状凹槽供剪力销5的插入；本步骤中：回退提升刀盘84和内盾83，直至其回退到始发台车85的中间部位，该状态下，刀盘84和盾体83可以和始发台车85一起通过主隧道铺设的轨道运至井口吊出。

步骤九：采用吊装架抓吊钢筋混凝土衬砌环4吊入到外盾壳9、封底混凝土2和钢管节形成的杯型结构内安装，本实施例中，上下相邻管节单元的钢筋混凝土衬砌环4 间均采用螺栓连接以完成安装，每完成一节钢筋混凝土衬砌环4安装，则插入剪力销5，剪力销5插入在钢筋混凝土衬砌环4与外盾壳9或钢管节对接后形成的组合凹槽内，最终形成泵房结构。

步骤十：泵房结构形成后，沿钢管片单元3与钢筋混凝土衬砌环4的间隙浇筑水泥砂浆至无法注入。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种地铁区间隧道装配式泵房，所述泵房设置于地铁区间隧道内竖直向下开挖的暗井内，其特征在于：所述泵房包括至少一个管节单元，所述管节单元包括：预制的钢筋混凝土衬砌环（4），装配在钢筋混凝土衬砌环（4）外周的、预制的钢管片单元（3），及浇筑于钢筋混凝土衬砌环（4）与预制钢管片单元（3）之间的间隙注浆（10）；所述钢管片单元（3）成对设置，单个钢管片单元（3）为半圆环，每对两个钢管片单元（3）拼合焊接为一个圆环形钢管节包围在钢筋混凝土衬砌环（4）的外周；所述钢管片单元（3）的内侧设置有内缘凹槽（6），所述钢筋混凝土衬砌环（4）的外侧设置有与所述内缘凹槽（6）对应的外缘凹槽（7）；所述外缘凹槽（7）分为内槽和外槽两部分，内槽为柱形槽；外缘凹槽（7）的外槽与内缘凹槽（6）为形状大小相同的半橄榄形；钢管片单元（3）的内缘凹槽（6）与钢筋混凝土衬砌环（4）的外缘凹槽（7）对应组合后形成橄榄形与柱形的组合凹槽，所述组合凹槽内设置有用于连接钢管片单元（3）和钢筋混凝土衬砌环（4）的剪力销（5）。

2.根据权利要求1所述的地铁区间隧道装配式泵房，其特征在于：每个钢筋混凝土衬砌环（4）的外圆周均匀分布有4个外缘凹槽（7），每个钢管片单元（3）的内圆周设置有两个内缘凹槽（6）。

3.根据权利要求1所述的地铁区间隧道装配式泵房，其特征在于：所述装配式泵房由至少两个管节单元上下排列组成，相邻的两个管节单元的钢管节之间通过焊接固定连接，相邻的两个管节单元的钢筋混凝土衬砌环（4）之间通过螺栓固定连接。

4.根据权利要求1所述的地铁区间隧道装配式泵房，其特征在于：泵房最下方的管节单元的底部连接有一个外盾壳（9），外盾壳（9）的下方为封底混凝土（2）。

5.权利要求1~4中任意一项所述的地铁区间隧道装配式泵房的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据剪力销（5）预设位置，预制钢管片单元（3）和预制钢筋混凝土衬砌环（4）；

步骤二：竖向微型盾构机（8）安装就位开始掘进；所述竖向微型盾构机（8）的上方设置管节吊机（81）和顶推油缸（82）、下方设置有内盾（83）和刀盘（84）、两侧设置有始发台车（85）；竖向微型盾构机（8）外部设置有可分离的外盾壳（9）；

步骤三：回退竖向微型盾构机（8）的顶推油缸（82），采用单轨梁将两个钢管片单元（3）移至竖向微型盾构机（8）盾壳上，与盾壳上沿齐平并点焊，再将两个钢管片单元（3）焊接为整体圆环形钢管节，对钢管节靠近竖向微型盾构机（8）一侧与外盾壳（9）焊接；

步骤四：竖向微型盾构机（8）的顶推油缸（82）伸出顶紧钢管节，竖向微型盾构机（8）向下掘进；如果泵房只有一节管节单元，则竖向微型盾构机（8）掘进到指定位置；如有泵房有两节或两节以上的管节单元，则重复进行步骤五的操作，直至竖向微型盾构机（8）掘进到指定位置；

步骤五：回退竖向微型盾构机（8）的顶推油缸（82），采用单轨梁将两个钢管片单元（3）移至已安装好的钢管节上，与钢管节上沿齐平并点焊，再将两个钢管片单元（3）焊接为整体圆环形钢管节，将上下两个钢管节焊接连接；竖向微型盾构机（8）的顶推油缸（82）伸出顶紧钢管节，竖向微型盾构机（8）向下掘进；

步骤六：竖向微型盾构机（8）的边齿刀折叠，刀盘（84）和内盾（83）提升回退，回退过程中浇筑封底混凝土（2）；

步骤七：封底混凝土（2）浇筑厚度满足封底设置要求后，停止回退刀盘（84）和内盾（83），使其保持在现有位置；

步骤八：待注入封底混凝土（2）凝结后，其强度可以抵御下方水土压力时，继续回退提升刀盘（84）和内盾（83），将竖向微型盾构机（8）移走，外盾壳（9）保持原位，并在外盾壳（9）上焊接与所述内缘凹槽（6）形状大小相同的半橄榄状凹槽；

步骤九：采用吊装架抓吊钢筋混凝土衬砌环（4）吊入到外盾壳（9）、封底混凝土（2）和钢管节形成的杯型结构内安装，在钢筋混凝土衬砌环（4）与外盾壳（9）或钢管节对接后形成的组合凹槽内插入剪力销（5），形成泵房结构；

步骤十：泵房结构形成后，沿钢管片单元（3）与钢筋混凝土衬砌环（4）的间隙浇筑水泥砂浆至无法注入。

6.根据权利要求5所述的地铁区间隧道装配式泵房的施工方法，其特征在于，步骤九中，泵房只有一节管节单元，钢筋混凝土衬砌环（4）为整体预制一体结构，直接放入到外盾壳（9）、封底混凝土（2）和钢管节形成的杯型结构内完成安装，再插入剪力销（5），防止管节移动。

7.根据权利要求5所述的地铁区间隧道装配式泵房的施工方法，其特征在于，步骤九中，泵房有两节或两节以上管节单元，上下相邻管节单元的钢筋混凝土衬砌环（4） 间均采用螺栓连接以完成安装，每完成一节钢筋混凝土衬砌环（4）安装，则插入剪力销（5），防止管节移动。