CN204492847U - 一种地下空间逆作法施工的支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地下空间逆作法施工的支护结构，属于土木建筑工程施工技术领域。该支护结构包括对称设置于拟建地下空间土体两侧的始发井和接收井，对称设置于拟建地下空间土体另外两侧的搅拌桩，始发井和接收井的四周均设有围护结构，始发井和接收井与搅拌桩垂直的两侧的围护结构外侧设有止水帷幕一、二，搅拌桩的外侧设有止水帷幕三；拟建地下空间土体上部设有一道管幕，管幕由若干钢管水平并排形成，钢管的两端分别搭设于始发井和接收井与搅拌桩垂直的两侧的围护结构上，相邻的钢管与拟建地下空间土体之间围合形成的空隙填满止水材料；还有若干加固层，加固层均从管幕底端贯穿至地下空间地下一层底板结构板处，且加固层与管幕垂直设置。

Description

一种地下空间逆作法施工的支护结构

技术领域

本实用新型涉及土木建筑工程技术领域，具体涉及一种地下空间逆作法施工的支护结构。

背景技术

随着经济增长和城市化进程的加速，城市中可利用的地上空间越来越少，城市发展与土地资源短缺的矛盾更加突出。既有建筑的现有使用空间不足，需要合理开发、利用既有建筑的地下空间。在地下工程建设中，一般采用明挖法进行施工。虽然明挖法具有施工简单、工程直接成本低廉、施工过程可控度高等优势，但是也存在显著不足：一是明挖法施工对既有设施的影响极大。工程范围内的既有设施往往需要采取永久搬迁、临时移位等处置办法，严重影响城市功能设施的运行，导致工程间接成本和辅助工期大幅增加；二是明挖法施工对城市正常运行影响极大。工程影响范围内的交通道路、排水管网、水电煤气等既有设施，不可避免受到干扰；三是明挖法施工对市容环境影响极大。整个施工过程处于相对开放的环境，对市容环境的影响极大。有鉴于此，探索开发地下工程的非开挖工方法势在必行。

目前应用较为广泛的地下工程的非开挖工法包括：盾构法、顶管法、管幕法等。但是，盾构法和顶管法，因受施工装备制约，结构的截面尺寸相对较小，施工对上覆土的安全厚度有严格要求，一定程度上增加了地下结构的埋置深度，同时施工的装备、施工的辅助系统均较为复杂，不适于狭小空间内的地下空间开发。管幕法是利用微型顶管技术在拟建的地下建筑物四周顶入钢管或其他材质的管子,钢管之间采用锁口连接并注入防水材料,形成水密性地下空间；然后在管幕的保护下,对管幕内土体加固处理后,边开挖边支撑,直至管幕段开 挖贯通,再浇注结构体的施工方法。图1为普通管幕支护结构的结构示意图，其中，管幕-101，顶板-102，立柱桩-103，角撑-104；从图中可以看出，拟建的地下建筑物土体四周均设有管幕101，管幕法每次只能施工一层，导致无法进行地下多层建筑物的连续施工。由此可知，普通管幕法对施工环境要求高。此外，管幕法施工的精度高低和周边止水施工好坏对整体施工效果起决定作用，因而在复杂施工环境中，例如河道周边、流砂土质等不适用管幕作为支护结构。

因此，针对复杂环境下的多层地下空间开挖施工，如何提供一种安全、高效、成本低的地下空间逆作法施工时的支护结构是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种地下空间逆作法施工的支护结构，以解决现有的管幕不适用于复杂环境下的多层地下空间施工的问题。为解决上述技术问题，本实用新型提供的地下空间逆作法施工的支护结构，仅需在拟建地下空间上部设置一道管幕，同时在拟建地下空间地下一层的土体中局部设置加固层，即可运用逆作法进行多层地下空间的连续施工，不仅能够适应施工环境复杂的情况，还能够缩短工期和节省成本。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种地下空间逆作法施工的支护结构，包括：对称设置于拟建地下空间土体两侧的始发井和接收井，对称设置于所述拟建地下空间土体另外两侧的搅拌桩，所述始发井和所述接收井的四周均设有围护结构，所述始发井和所述接收井与所述搅拌桩垂直的两侧的围护结构一和围护结构二外侧分别设有止水帷幕一和止水帷幕二，所述搅拌桩的外侧设有止水帷幕三；所述拟建地下空间土体上部设有一道管幕，所述管幕由若干钢管水平并排形成，所述钢管的两端分别搭设于所述围护结构一和所述围护结构二上，相邻的所述钢管与所述拟建地 下空间土体之间围合形成的空隙填满止水材料；还包括若干加固层，所述加固层均从管幕底端贯穿至所述地下空间的地下一层底板结构板处，且所述加固层与所述管幕垂直设置。

进一步地，还包括立柱桩，所述立柱桩包括固定连接的立柱和灌注桩，所述立柱为格构柱，所述立柱包括依次固定连接的第一固定部、可调部以及第二固定部，所述第一固定部和所述地下空间的地下一层顶板固定连接；所述第二固定部和所述灌注桩的顶端固定连接，所述灌注桩的底端与所述拟建地下空间的底面平齐。

进一步地，所述可调部为伸缩法兰或螺纹套筒。

进一步地，所述地下一层顶板结构板底端和所述立柱桩顶端之间还设有围檩。

进一步地，还包括角撑，所述角撑的两端分别与所述第一固定部和所述地下一层顶板固定连接，所述角撑与所述第一固定部的夹角为a，30°≤a≤60°。

进一步地，所述搅拌桩的长度为所述拟建地下空间土体深度的2-3倍，所述搅拌桩的直径为650mm-800mm。

进一步地，所述止水材料为止水剂或遇水膨胀橡胶条。

进一步地，相邻两个所述加固层之间的水平距离与所述加固层的宽度相等。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

利用本实施例的地下空间逆作法施工的支护结构进行地下空间施工，主要利用顶管机进行土体开挖，整体上是按照先施工始发井和接收井的围护结构和止水帷幕，然后完成始发井和接收井的施工，接着完成整个拟建地下空间的围护结构和止水帷幕施工，接着在拟建地下空间上部顶入密集设置的钢管形成一道管幕，形成水密性的地下一层空间，接着管幕内土体加固处理后，边开挖边支撑，直至管幕段开挖贯通，同时浇筑地下一层的结构体，并在浇筑地下一层 底板结构板时，预留取土口；待地下一层底板结构板养护结束后，通过地下一层底板结构板上的取土口进行地下二层土体的开挖和结构体浇筑施工，并在浇筑地下二层底板结构板时，预留取土口；如此循环，逐层往下施工，直至浇筑完成整个地下空间的底板结构板，从而完成整个地下空间的施工。在整个逆作法施工过程中，在进行最关键的地下一层施工时，仅需在拟建地下空间土体上部(地下一层顶板结构板上方)设置一道管幕，并结合在地下一层空间内土体中设置的加固层，即形成完整的支护结构，从而为整个地下一层空间土体的开挖和主体结构浇筑提供安全的施工环境。待地下一层底板结构板养护结束后，即可通过地下一层底板结构板上预留的取土口进行地下二层土体的开挖和主体结构的浇筑，如此循环，实现多层连续施工，从而不仅能够适应复杂环境下的多层地下空间的施工，而且安全、高效，能够节约工程工期和成本。

附图说明

图1是现有的管幕支护的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例的地下空间逆作法施工的支护结构的平面示意图；

图3是图2的a-a剖视图；

图4是本实用新型一实施例的图2增加管幕的a-a剖视图；

图5是本实用新型一实施例的图2增加管幕的b-b剖视图；

图6是图4增加加固层之后的剖视图；

图7是图5增加加固层之后的剖视图；

图8是本实用新型一实施例增加立柱桩之后的剖视图；

图9是图8中B处的局部放大图；

图10为利用本实用新型的支护结构进行地下空间施工的结构示意图；

图11为利用本实用新型的支护结构施工完成的地下空间的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的地下空间逆作法施工的支护结构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需另外说明的是，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、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本实用新型技术方案的限制。

实施例一

参考图2，拟建地下空间土体A有两侧附近为河道，由于地下空间施工环境比较复杂，若采用常规的管幕法进行施工，存在河水倒灌的风险，会危及整个拟建地下空间土体A的施工安全性。为了解决这一问题，下面结合图2至图9，详细说明本实用新型地下空间逆作法施工的支护结构。

参考图2至图6，一种地下空间逆作法施工的支护结构，包括：对称设置于拟建地下空间土体A两侧的始发井1和接收井2，对称设置于拟建地下空间土体A另外两侧的搅拌桩3，始发井1和接收井2的四周均设有围护结构(图中未示出)，始发井1和接收井2与搅拌桩3垂直的两侧的围护结构一31和围护结构二32外侧分别设有止水帷幕一41和止水帷幕二42，搅拌桩3的外侧设有止水帷幕三43；拟建地下空间土体A上部设有一道管幕5，管幕5由若干钢管水平并排形成，钢管的两端分别搭设于围护结构一31和围护结构二32上，相邻的钢管与拟建地下空间土体A之间围合形成的空隙填满止水材料6；还包括若干加固层7，加固层7均从管幕底端贯穿至地下空间的地下一层底板结构板处，且加固层7与管幕5垂直设置。

利用本实施例的地下空间逆作法施工的支护结构进行地下空间施工，主要利用顶管机进行土体开挖，整体上是按照先施工始发井和接收井的围护结构和止水帷幕，然后完成始发井和接收井的施工，接着完成整个拟建地下空间的围护结构和止水帷幕施工，接着在拟建地下空间上部顶入密集设置的钢管形成一 道管幕，形成水密性的地下一层空间，接着管幕内土体加固处理后，边开挖边支撑，直至管幕段开挖贯通，同时浇筑地下一层的结构体，并在浇筑地下一层底板结构板时，预留取土口；待地下一层底板结构板养护结束后，通过地下一层底板结构板上的取土口进行地下二层土体的开挖和结构体浇筑施工，并在浇筑地下二层底板结构板时，预留取土口；如此循环，逐层往下施工，直至浇筑完成整个地下空间的底板结构板，从而完成整个地下空间的施工。从而，利用本实施例的地下空间逆作法施工的支护结构进行地下空间施工，能够多层连续施工，安全、高效，能够节约工程工期和成本。

继续参考图2，搅拌桩3的长度为拟建地下空间土体A深度的2-3倍，搅拌桩3的直径为650mm-800mm。

继续参考图5，当然，为了满足隔水效果，轴线互相平行并排贴紧设置的相邻两根钢管以及与拟建地下空间土体A之间会形成截面呈近似三角形的渗水空隙，影响安全，故需要在该空隙内填充止水材料6。为了取材方便和节省成本，止水材料6可以选择止水剂或遇水膨胀橡胶条等，只要满足防水、隔水功能即可。在实际施工时，利用注浆机沿着钢管长度方向的土体中灌注止水材料6，直至注满整个空隙，形成良好的防水结构，实现防水功能。根据实际情况，也可以将钢管内注满水泥，以使得管幕5达到更好的刚度。

继续参考图6，特别地，在进行拟建地下空间土体A的地下一层土体开挖前，先要在该层土体中浇筑若干加固层7，加固层7均从管幕5底端贯穿至地下空间的地下一层底板结构板处，加固层7与管幕5垂直设置。每个加固层7是从管幕5底端垂直向下注入浆料进行土体加固，相邻的加固层7之间均为非加固的土体。加固层7可以采用水平注浆法加固或水平冻结法加固。例如，若采用水平注浆法进行加固层7的施工，具体方法为：分别在距离管幕5底部向下垂直距离为1m、4m和7m处，利用注浆机从始发井1的围护结构31处开始往接收井2的围护结构32的方向水平注浆，从而形成厚度范围为8m-10m的加固层7。当然，综合考虑节省成本和加固层7的承载力要求，相邻两个加固层 7之间的水平距离与加固层7自身的宽度相等。

继续参考图8和图9，当然，为了保证地下空间土体A开挖和浇筑结构体的安全，还包括立柱桩8，立柱桩8包括固定连接的立柱(图中未示出)和灌注桩82，立柱为格构柱，立柱包括依次固定连接的第一固定部811、可调部812以及第二固定部813，第一固定部811和地下空间的地下一层顶板(图中未示出)固定连接；第二固定部813和灌注桩82的顶端固定连接，灌注桩82的底端与拟建地下空间土体A的底面平齐。

继续参考图7至图9，具体来说，本实施例中地下空间逆作法施工的支护结构进行逆作法施工时，地下一层的支护结构尤其关键，地下一层施工时，边开挖边设置柱桩8支撑，待地下一层主体结构施工完成后，垂直向下逐层施工，下面一层开挖时是以上面一层的底板结构板以及立柱桩8作为支撑的，这样，可以安全高效地进行该层土体开挖和浇筑结构体施工。因此，在进行地下一层底板结构板施工时，预留取土口，该取土口用作地下二层土体开挖和浇筑主体结构的通道。在地下一层施工时，仅需在拟建地下空间土体A上部(地下一层顶板结构板上方)设置一道管幕，并结合在地下一层空间内土体中设置的加固层7，即可为整个地下一层空间土体的开挖和主体结构浇筑提供安全的施工环境。当然，在地下一层主体结构施工时，立柱桩8的高度是由整个地下空间受力承压决定的，灌注桩82深入拟建地下空间土体A底部以下。

进一步地，为了方便施工，使得立柱桩8安装到位，保证立柱桩8的顶端与管幕5的底端紧撑连接，可调部812为伸缩法兰或螺纹套筒。通过调节伸缩法兰或者旋转螺纹套筒内的螺杆来调节可调部812的高度，从而满足立柱桩8的安装要求。

当然，在施工完成地下一层顶板结构板后，为了使得立柱桩8与该顶板结构板之间形成固定连接，从而形成完整的受力体系，地下一层顶板结构板底端和立柱,8顶端之间还设有围檩(图中未示出)。

继续参考图9，为了进一步提高支护结构整体的稳定性，本实施例的支护 结构还设有角撑10，角撑10的两端分别与第一固定部812和地下一层顶板固定连接，角撑10与第一固定部的夹角为a，30°≤a≤60°。

下面结合图2至图11说明利用本实用新型的地下空间逆作法施工的支护结构进行地下空间逆作法施工的施工方法。该方法具体包括如下步骤：

步骤一、构筑完成该地下空间逆作法施工的支护结构，施工完成始发井1、接收井2、围护结构(31、32)、搅拌桩3、止水帷幕(41、42、43)、管幕5、止水材料6以及加固层7；

步骤二、凿除位于地下一层范围内的围护结构31，并对管幕5下方拟建地下空间土体A分单元全断面开挖，边开挖边设置若干立柱桩8支撑，并依次浇筑侧壁(图中未示出)和地下一层顶板结构板(图中未示出)，使得立柱桩8顶端和地下一层顶板结构板底端固定连接，直至形成从始发井1至接收井2的通道；

特别地，为了保证整个施工环境的稳定性，所述单元的高度为8m-10m，长度为8m-12m，宽度为8m-10m。该单元的高度受打桩设备的高度限制，该单元的长度受立柱桩承载力要求影响，施工时，可以根据实际情况做相应调整。

步骤三、浇筑地下一层底板结构板11，并预留取土口；待地下一层底板结构板11养护结束后，通过取土口进行拟建地下空间的地下二层土体的开挖，并浇筑地下二层底板结构板，并预留取土口；如此循环，逐层往下施工，直至完成整个拟建地下空间土体A的开挖。

步骤四、进行地下空间底板12施工，并凿除位于地下一层范围内的围护结构32，从而完成地下空间的施工。继续参考图11，以总共为地下两层的地下空间为例，地下空间底板12即为地下二层的底板结构板，在进行地下二层底板结构板施工时，无需预留取土口，待地下空间底板12养护完成后，凿除位于地下一层范围内的围护结构32。考虑到位于地下空间上方的不含桩基的既有建筑物的安全性，地下空间结构施工完成后，管幕5不拔除。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的 任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种地下空间逆作法施工的支护结构，其特征在于，包括：对称设置于拟建地下空间土体两侧的始发井和接收井，对称设置于所述拟建地下空间土体另外两侧的搅拌桩，所述始发井和所述接收井的四周均设有围护结构，所述始发井和所述接收井与所述搅拌桩垂直的两侧的围护结构一和围护结构二外侧分别设有止水帷幕一和止水帷幕二，所述搅拌桩的外侧设有止水帷幕三；所述拟建地下空间土体上部设有一道管幕，所述管幕由若干钢管水平并排形成，所述钢管的两端分别搭设于所述围护结构一和所述围护结构二上，相邻的所述钢管与所述拟建地下空间土体之间围合形成的空隙填满止水材料；还包括若干加固层，所述加固层均从管幕底端贯穿至所述地下空间的地下一层底板结构板处，且所述加固层与所述管幕垂直设置。

2.如权利要求1所述的地下空间逆作法施工的支护结构，其特征在于，还包括立柱桩，所述立柱桩包括固定连接的立柱和灌注桩，所述立柱为格构柱，所述立柱包括依次固定连接的第一固定部、可调部以及第二固定部，所述第一固定部和所述地下空间的地下一层顶板固定连接；所述第二固定部和所述灌注桩的顶端固定连接，所述灌注桩的底端与所述拟建地下空间的底面平齐。

3.如权利要求2所述的地下空间逆作法施工的支护结构，其特征在于，所述可调部为伸缩法兰或螺纹套筒。

4.如权利要求2所述的地下空间逆作法施工的支护结构，其特征在于，所述地下一层顶板结构板底端和所述立柱桩顶端之间还设有围檩。

5.如权利要求2所述的地下空间逆作法施工的支护结构，其特征在于，还包括角撑，所述角撑的两端分别与所述第一固定部和所述地下一层顶板固定连接，所述角撑与所述第一固定部的夹角为a，30°≤a≤60°。

6.如权利要求1所述的地下空间逆作法施工的支护结构，其特征在于，所述搅拌桩的长度为所述拟建地下空间土体深度的2-3倍，所述搅拌桩的直径为650mm-800mm。

7.如权利要求1所述的地下空间逆作法施工的支护结构，其特征在于，所述止水材料为止水剂或遇水膨胀橡胶条。

8.如权利要求1所述的地下空间逆作法施工的支护结构，其特征在于，相邻两个所述加固层之间的水平距离与所述加固层的宽度相等。