CN209704561U - 横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构 - Google Patents

Abstract

一种横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构，包含第一导洞、横向棚护结构、第二导洞、第三导洞和封底型钢，所述横向管棚结构包含多根管棚钢管，所述多根管棚钢管贯穿第一导洞且相对第一导洞横向间隔设置，所述第二导洞位于横向管棚结构下方和第一导洞的两侧，所述第三导洞位于第二导洞的下侧，在两侧第三导洞底板之间设有封底型钢；由此，本实用新型能用于开挖宽度11～13米，高度在7～8米以上的单层单跨断面的开挖，其除可用于浅埋暗挖，还可用于超浅埋暗挖，其开挖体量小，开挖步序少、施工转换少、施工风险小、综合造价低，适用范围更为广泛。

Description

横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构

技术领域

本实用新型涉及城市地下空间施工的技术领域，尤其涉及一种横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构。

背景技术

随着我国城市化进程的加速，城市地下空间的开发率及开发规模日渐增高，轨道交通、综合管廊、地下车库及各种一体化设施等正在我国地下空间大规模建设。我国地下工程的建设进入了一个全新的时代，其建设规模及建设速度在世界地下工程建设史上也是少有的。通常建设地下工程的建设方法有明挖法、盖挖法及暗挖法。

明挖法及盖挖法均以自然地面开挖为前提。明挖法在城市环境的应用过程中，通常牵扯大量的交通导改及管线改移，其实施顺序通常为进行交通导改、进行管线改移、施作桩(或墙)式竖向挡土支护结构、在竖向支护结构保护下分层开挖土层且随挖随施作水平向支撑、待基坑结构到底后顺做二衬结构直至结构完成。盖挖法分盖挖顺作和盖挖逆作。

盖挖顺做实施顺序通常为进行交通导改、进行管线改移、施作桩(或墙)式竖向挡土支护结构、施作临时路面体系、在竖向支护结构保护下分层开挖土层且随挖随施作水平向支撑、待基坑结构到底后顺做二衬结构直至结构完成。盖挖逆作在支护结构形成的步序上与盖挖顺做相同，其区别在于利用二衬的顶板结构作为路面体系，同时二衬结构先形成顶板后形成底板。盖挖相比与明挖对路面交通的影响相对较少，但改移的管线数量基本没有变化。

暗挖在城市环境的应用过程中，不对路面交通及管线造成影响，其实施顺序为，在路边施作施工竖井、在竖井内施工暗挖横通道、利用横通道施作地下结构开挖所需的支护结构、在支护结构的保护下形成二衬结构。

以上施工方法在我国应用多年，在早期的工程建设中因交通导改及管线改移的成本相对较低，明挖法因其土建施工成本较为经济、作业环境优良、技术安全可靠、施工速度快而相对广泛采用。暗挖法因其土建施工成本较高、施工风险大、作业环境差、施工速度慢而相对较少采用。然而，近年随着我国综合国力的增强，人们对于地下工程的建设及服务标准有了更高的要求。以往地下工程建设带来的占用道路施工甚至断路施工，管线迁改给日常生活带来不便等问题被新的建设环境所不能“容忍”。因此明挖法的适用性日趋降低，暗挖法因其不需交通及管线导改、综合建造成本低、综合建造工期短等优势而日趋被广泛采用。在北京等大型城市，地下工程的建设思路已由“能明则明”逐渐转变为“能暗则暗”。

暗挖支护结构为地下永久受力结构形成过程中的临时结构，其用于支挡土体，为永久结构的施作提供地下空间。暗挖支护结构通常与暗挖的工法相对应，根据最终要形成的断面的不同，经风险分析、造价对比后确定。目前常用的暗挖支护结构中，纵向大棚护钢管+钢格栅+喷射混凝土支护结构或纵向小导管+钢格栅+喷射混凝土支护结构常配合全断面开挖法、台阶法、CD法、CRD法、双侧璧导洞法、中洞法及侧洞法使用，其具有施工步序简单、开挖方便、施工速度快，综合造价低的优点，但开挖断面的高度及宽度超出其适用范围后具有地面变形难以控制，施工风险大的缺点。因此其多在单层单跨或单层多跨的结构中应用。纵向小导管+钢格栅+喷射混凝土+支护桩的支护结构或纵向大棚护钢管+钢格栅+喷射混凝土+支护桩的支护结构常用于PBA工法或一次扣拱法中，其具有控制地面变形好的优点，但其工序复杂，综合造价高。因其控制地面变形好，多用在多层多跨结构中。原则上适用于洞桩法或一次扣拱法的支护结构也可用于全断面开挖法、台阶法、CD法、CRD法、双侧璧导洞法、中洞法及侧洞法，从而在单层单跨及单层多跨的结构中应用，但由于其造价过高，实际工程中并不选用。利用管幕支护的管幕法，由于工程造价高，对于设备依赖性大，设备国产能力不足等问题在国内工程中使用并不多。同时，除了管幕支护结构外，以上这几种支护结构形式都仅在浅埋暗挖中适用，如在超浅埋暗挖中使用，风险均不可控。

对于开挖宽度11～13米左右，开挖高度在7～8米以上的单层单跨断面中，通常采用纵向大管棚(或小导管)+钢格栅+喷射混凝土支护结构配合双侧壁导洞法开挖，其具有开挖速度快、综合造价低、风险可控的特点，在城市轨道交通地下结构、山岭隧道、地下商业结构等地下工程中的有着广泛的应用。在其适用的开挖高宽范围内，其相比纵向大管棚(或小导管)+钢格栅+喷射混凝土支护结构配合的全断面开挖法、台阶法、CD、CRD具有安全可控及地面变形小的显著优势。相比纵向大管棚(或小导管)+钢格栅+喷射混凝土支护结构配合的中洞法、侧洞法具有施工转化少、废弃工程量少环境友好、施工速度快、造价经济的优点。相比纵向大棚护钢管+钢格栅+喷射混凝土+支护桩的支护结构配合洞桩法或一次扣拱法具有施工转化少、施工速度快、造价经济的优点。相比管幕法其具有对施工机具要求低、操作简便、造价经济的优点，因此其为我国地下空间浅埋暗挖建设中的重要工法，在各领域都有着广泛的应用。

但其在应用中也存在一定的局限性和问题，首先，采用纵向大管棚(或小导管)+钢格栅+喷射混凝土支护结构配合的双侧壁导洞法仅能适用于浅埋暗挖领域，在超浅埋暗挖领域风险不可控；同时其需起拱，拱会增加结构的竖向高度，进而增加结构的埋深，从而进一步使其不具备超浅埋暗挖的条件。其次，支护结构中钢格栅的连接节点板须处于压剪状态才安全，因此顶部须设计为拱形，利用拱形受力特点，使连接节点板受压，故其不可施作平顶直墙结构；再次，其施作工序虽相对简单，但仍较为复杂，施工及受力转换多；最后，废弃工程量大，与我国推行的绿色环保建筑相违背。因此有待改善此种结构型式。

为此，本实用新型的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构，以克服上述缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构，能更好的用于开挖宽度11～13米左右，开挖高度在7～8米以上的单层单跨断面的开挖，相比传统双侧璧导洞支护结构，其除可用于浅埋暗挖，还可用于超浅埋暗挖，其开挖体量小，开挖步序少、施工转换少、施工风险小、综合造价低，适用范围更为广泛。

为解决上述问题，本实用新型公开了一种横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构，包含第一导洞、横向管棚结构、第二导洞、第三导洞和封底型钢，其特征在于：

所述横向管棚结构包含多根管棚钢管，所述多根管棚钢管贯穿第一导洞且相对第一导洞横向间隔设置，所述第二导洞位于横向管棚结构下方和第一导洞的两侧，所述第三导洞位于第二导洞的下侧，在两侧第三导洞底板之间设有封底型钢。

其中：所述第一导洞的内壁为钢格栅结合喷射混凝土结构，第一导洞的净空为2.5m-4.0m，净高为2.5m。

其中：所述管棚钢管的材质为普通钢管，钢管的直径取150mm～200mm，壁厚采用8mm～10mm，纵向间距取为300mm～400mm。

其中：所述管棚钢管通过多节管节组成，各管节间采用丝扣连接或者焊接，相邻管棚钢管的连接节点为错开布置。

其中：在管棚钢管内放置钢筋笼或在管节连接处放置内衬套管以用于连接节点补强

其中：所述第二导洞的内壁为钢格栅结合喷射混凝土结构或型钢结合喷射混凝土结构，其钢格栅或型钢间距同第一导洞相同，且通过连接钢板连接为一体。

其中：第三导洞采用钢格栅结合喷射混凝土或型钢结合喷射混凝土结构施作，第三导洞与第二导洞的格栅通过连接钢板连接为一体。

其中：封底型钢连接两侧第三导洞底部，纵向间距选为3m～6m。

其中：所述横向管棚需超过最终开挖外轮廓一定长度。

其中：所述第二导洞与管棚钢管密贴或在第二导洞侧墙顶部插入补充垫块或喷射混凝土从而在第二导洞的顶部与横向管棚结构形成复合受力结构。

通过上述结构可知，本实用新型的横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构具有如下效果：

(1)横向管棚结构采用与开挖方向垂直(与结构主受力方向一致)布设的方式，而非顺开挖方向打设。同时其由辅助受力结构调整为主受力结构。且横向打设，长度显著降低，避免了传统工法延开挖方向打设，带来的施工难度大，定位精度难以保证的问题。

(2)第一导洞利用浅埋暗挖原理进行开挖，因其尺寸微小，可在超浅埋空间(以最终要形成的暗挖大断面为衡量标准)实现刚度足够的横向管棚结构的架设，从而为超浅埋暗挖创造了先决条件。同时因打设长度较短，横向管棚结构不宜产生偏差，与其下方的支护结构更容易密贴，避免了与支护结构之间夹土，带来的沉降问题，更有利于超浅埋暗挖的沉降控制，有利于结构实现超浅埋暗挖。

(3)相比传统管幕法，可采用简便、体量小、成本低的管棚机施工(管幕施工需要顶管机，设备体量较大，同时对设备功率有着较高的要求，施工成本高，施工作业所需的空间也较大，从而需要较大的顶进导洞)。同时打入结构为微直径钢管，相比管幕法采用的钢管(直径通常为700mm以上)，直径显著降低，成本显著降低，顶进施工难度显著降低，对施工场地的需求显著降低。

(4)安全性更高，除第一导洞1外的其余导洞均在刚度较大的管棚下进行开挖，结构施工的安全性得到显著改善。

(5)施工步序更为优化，初支及永久结构间的受力转换显著减小，从而可有效节约工期。

(6)本实用新型的综合建造成本更低

1)在实现同样建筑功能的前提下，本实用新型可以避免结构起拱带来的不必要开挖和支护结构的投入，因此有利于降低工程建设成本。

2)地下结构当面积过大时，通常需设置出地面的疏散口及通风口，当采用双侧璧导洞时结构因覆土需求不得已深埋，疏散口及通风口的爬升高度增加，工程量增加，工程造价增加。

3)工期短，减少了人工成本及管理成本的投入，造价更优。

本实用新型的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本实用新型的横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构的示意图。

具体实施方式

参见图1，显示了本实用新型的横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构。

所述横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构包含第一导洞1、横向管棚结构10、第二导洞2、第三导洞3和封底型钢12，所述横向管棚结构10包含多根管棚钢管11，所述多根管棚钢管11贯穿第一导洞且相对第一导洞1横向间隔设置，形成横向管棚结构，整个横向管棚结构采用与开挖方向垂直(与结构主受力方向一致)布设的方式，而非顺开挖方向打设。各管棚钢管11为横向双向打设，打设长度显著降低，避免了传统工法延开挖方向打设，管棚长度长施工难度大，定位精度难以保证、对施工机具及打设空间要求高、造价高的问题。同时本实用新型将以前作为辅助受力结构的管棚钢管调整为主受力结构，且作为支护结构主受力结构的一部分参与结构受力，因其具有足够的刚度，为后期施作的结构进行有效的顶部棚护，确保其不发生较大的变形，保证地下空间施工作业人员、地面及地下管线的安全。

所述第二导洞2位于横向管棚结构下方和第一导洞1的两侧，所述第三导洞3位于第二导洞2的下侧。在两侧第三导洞3底板之间设有封底型钢12。

其中，所述第一导洞1的内壁为钢格栅结合喷射混凝土结构，其布设于地下空间超浅层，为横向管棚结构的施作提供空间，第一导洞1的净空为2.5m-4.0m(外尺寸D为3.0m-4.5m)，净高为2.5m左右(外尺寸3.0m)。根据土层情况，所述第一导洞1的钢格栅纵向间距及开挖进尺选为0.5-0.75m。

所述管棚钢管11的材质为普通钢管，由第一导洞1内的两侧壁向外打设，钢管的直径取150mm～200mm，壁厚采用8mm～10mm，纵向间距取为300mm～400mm，，横向管棚结构的长度要超出后期开挖结构的外边界一定距离L。

所述管棚钢管11通过多节管节组成，各管节间采用丝扣连接或者焊接，相邻管棚钢管的连接节点优选为错开布置。

所述第二导洞2的内壁为钢格栅结合喷射混凝土结构或型钢结合喷射混凝土结构，其钢格栅或型钢间距同第一导洞1相同，且通过连接钢板连接为一体，第二导洞2的侧墙顶部应对横向管棚结构形成有效的支撑(通过第二导洞2与管棚钢管密贴实现或在第二导洞2侧墙顶部插入钢板等补充垫块实现或喷射混凝土实现)，以避免施工期间带来的沉降问题。在第二导洞2的顶部，横向管棚结构与第二导洞2顶部的结构形成复合结构，提高结构受力的安全度。

第三导洞3同样采用钢格栅结合喷射混凝土或型钢结合喷射混凝土结构施作，同样采用第一导洞的方法进行开挖施工，第三导洞3与第二导洞2的格栅通过连接钢板连接为一体。

封底型钢12连接两侧第三导洞3底部，在第二导洞2及第三导洞3内的永久结构施工完毕并架设临时工钢后，开挖第一导洞1下的土体，在第三导洞3的底部分段施作封底型钢12，其可为水平型钢横撑，纵向间距选为3m～6m(具体间距根据计算确定)。

本实用新型配合以下开挖步序，用于开挖宽度11～13米左右，开挖高度在7～8米以上的单层单跨断面的开挖。

步骤一：施做施工竖井和横通道，在不影响交通及管线的情况下对道路两侧可用的空地进行围挡，在围挡内施作暗挖施工竖井，在竖井内施工水平横通道，用于道路下即将施工的地下空间结构暗挖施作期间的出土及进料。施工竖井及横通道的数量，由建设者综合地下结构的长度、高度、宽度、施工工期及场地情况决定。

步骤二：施作第一导洞1。第一导洞1位置的选定，需结合地下空间存在管线情况，躲避管线在管线的空隙中施作。第一导洞1采用传统钢格栅+喷射混凝土结构施作，格栅间距及开挖进尺选为0.5～0.75m。第一导洞1作为横向管棚结构施做空间，根据管棚机的大小及管棚管节长度，净空选为2.5m～4.0m(外尺寸D为3.0m～4.5m)，净高选为2.5m左右(外尺寸3.0m)。

因为第一导洞1的尺寸较小，可采用传统浅埋暗挖的全断面法开挖法或台阶法开挖，由于浅埋暗挖可在当0.6＜H/D≤1.5时的情况下施作，因此理论上讲第一导洞1的最小覆土厚度可控制为1.8m～2.4m，建议实际施作中最小覆土厚度不小于2m。

步骤三：施做横向管棚结构10，所述横向管棚结构10在第1导洞1内垂直于开挖方向打设。管棚钢管直径取150mm～200mm，壁厚采用8mm～10mm，纵向间距取为300mm～400mm，管棚钢管长度要超出后期开挖结构的外边界。管棚钢管直径、壁厚、间距及向外延伸的长度L，具体要根据受力计算确定，管棚钢管应能独立承担后期开挖施工中，上方的土压力荷载及地面车辆等荷载。管节间采用丝扣连接(或者焊接)，相邻管棚钢管的连接节点应错开布置。管棚钢管采用传统双侧璧导洞法中的管棚机施工，为减少施作难度，第1导洞1设置于结构中间，向两边双向打设，可以极大的改善因为管棚施作的过长，施工难度大，定位精度难以保证的问题。

本步骤，第一导洞1利用浅埋暗挖原理进行开挖，因其尺寸微小，可在超浅埋空间(以最终要形成的暗挖大断面为衡量标准)实现刚度足够的超前支护(管棚)的架设，从而为超浅埋暗挖创造了先决条件。

本方法中的横向管棚结构相比传统双侧壁导洞法中的管棚(及全断面开挖法、台阶法、CD法、CRD法、中洞法、侧洞法、洞柱法、一次扣拱法中的管棚)，采用与开挖方向垂直(与结构主受力方向一致)布设的方式，而非顺开挖方向打设。同时其由辅助受力结构调整为主受力结构。此外相比传统工法，横向管棚结构调整为横向打设，打设长度显著降低，避免了传统工法延开挖方向打设，带来的施工难度大，定位精度难以保证的问题。

步骤四：在横向管棚结构的保护下施作第二导洞2，第二导洞2采用传统钢格栅+喷射混凝土或型钢+喷射混凝土结构施作，其格栅(或型钢)间距及开挖进尺同导洞1格栅间距，选为0.5～0.75m，第二导洞2格栅与第一导洞1格栅通过连接钢板连接为一体。开挖及支护方式同传统浅埋暗挖的全断面法开挖法或台阶法开挖。通过在第二导洞2侧墙顶部插入钢板等补充垫块或喷射混凝土实现第二导洞2的侧墙顶部对管棚形成有效的支撑，以避免施工期间带来的沉降问题。

利用第二导洞2顶部钢格栅+喷射混凝土，与横向管棚结构形成复合结构，使第二导洞2的侧墙形成横向管棚结构的支座提高横向管棚结构的承载力，第二导洞2顶部喷射混凝土结构用于横向管棚结构的补强。解决了传统双侧璧导洞等浅埋暗挖结构，顶部设置为平顶后，喷射混凝土结构节点板处于单纯受剪状态(浅埋暗挖喷射混凝土支护结构的节点板须处于压剪状态才安全，因此顶部须设计为拱形，使节点板受压)容易被剪断而开挖不安全的问题。从而可避免结构起拱以实现结构的超浅埋。

步骤五：当第二导洞2的开挖进尺超过第三导洞3开挖高度的2倍后，施做第三导洞3，第三导洞3与第二导洞2需一直保持2倍第三导洞3高的安全距离。第三导洞3采用传统钢格栅+喷射混凝土或型钢+喷射混凝土结构施作，格栅与第二导洞2连接为一体，开挖进尺及格栅间距与第二导洞2保持一致，采用传统浅埋暗挖的全断面法开挖法或台阶法开挖。

步骤六：开挖第1导洞1下方的土体，在第三导洞3底部分段施作封底型钢，间距3m～6m(具体间距根据计算确定)。

因此，本实用新型的优点在于：

(1)横向管棚结构采用与开挖方向垂直(与结构主受力方向一致)布设的方式，而非顺开挖方向打设。同时其由辅助受力结构调整为主受力结构。且横向打设，长度显著降低，避免了传统工法延开挖方向打设，带来的施工难度大，定位精度难以保证的问题。

(2)第一导洞利用浅埋暗挖原理进行开挖，因其尺寸微小，可在超浅埋空间(以最终要形成的暗挖大断面为衡量标准)实现刚度足够的横向管棚结构的架设，从而为超浅埋暗挖创造了先决条件。同时因打设长度较短，横向管棚结构不宜产生偏差，与其下方的支护结构更容易密贴，避免了与支护结构之间夹土，带来的沉降问题，更有利于超浅埋暗挖的沉降控制，有利于结构实现超浅埋暗挖。

(3)相比传统管幕法，可采用简便、体量小、成本低的管棚机施工(管幕施工需要顶管机，设备体量较大，同时对设备功率有着较高的要求，施工成本高，施工作业所需的空间也较大，从而需要较大的顶进导洞)。同时打入结构为微直径钢管，相比管幕法采用的钢管(直径通常为700mm以上)，直径显著降低，成本显著降低，顶进施工难度显著降低，对施工场地的需求显著降低。

(4)安全性更高，除第一导洞1外的其余导洞均在刚度较大的管棚下进行开挖，结构施工的安全性得到显著改善。

(5)施工步序更为优化，初支及永久结构间的受力转换显著减小，从而可有效节约工期。

(6)本实用新型的综合建造成本更低

1)在实现同样建筑功能的前提下，本实用新型可以避免结构起拱带来的不必要开挖和支护结构的投入，因此有利于降低工程建设成本。

2)地下结构当面积过大时，通常需设置出地面的疏散口及通风口，当采用双侧璧导洞时结构因覆土需求不得已深埋，疏散口及通风口的爬升高度增加，工程量增加，工程造价增加。

3)工期短，减少了人工成本及管理成本的投入，造价更优。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本实用新型的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本实用新型不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本实用新型的教导的特定例子，本实用新型的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (10)

1.一种横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构，包含第一导洞、横向管棚结构、第二导洞、第三导洞和封底型钢，其特征在于：

所述横向管棚结构包含多根管棚钢管，所述多根管棚钢管贯穿第一导洞且相对第一导洞横向间隔设置，所述第二导洞位于横向管棚结构下方和第一导洞的两侧，所述第三导洞位于第二导洞的下侧，在两侧第三导洞底板之间设有封底型钢。

2.如权利要求1所述的横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构，其特征在于：所述第一导洞的内壁为钢格栅结合喷射混凝土结构，第一导洞的净空为2.5m-4.0m，净高为2.5m。

3.如权利要求1所述的横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构，其特征在于：所述管棚钢管的材质为普通钢管，钢管的直径取150mm～200mm，壁厚采用8mm～10mm，纵向间距取为300mm～400mm。

4.如权利要求1所述的横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构，其特征在于：所述管棚钢管通过多节管节组成，各管节间采用丝扣连接或者焊接，相邻管棚钢管的连接节点为错开布置。

5.如权利要求4所述的横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构，其特征在于：在管棚钢管内放置钢筋笼或在管节连接处放置内衬套管以用于连接节点补强。

6.如权利要求1所述的横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构，其特征在于：所述第二导洞的内壁为钢格栅结合喷射混凝土结构或型钢结合喷射混凝土结构，其钢格栅或型钢间距同第一导洞相同，且通过连接钢板连接为一体。

7.如权利要求1所述的横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构，其特征在于：第三导洞采用钢格栅结合喷射混凝土或型钢结合喷射混凝土结构施作，第三导洞与第二导洞的格栅通过连接钢板连接为一体。

8.如权利要求1所述的横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构，其特征在于：封底型钢连接两侧第三导洞底部，纵向间距选为3m～6m。

9.如权利要求1所述的横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构，其特征在于：所述横向管棚需超过最终开挖外轮廓一定长度。

10.如权利要求1所述的横向管棚支护下双侧壁导洞式支护结构，其特征在于：所述第二导洞与管棚钢管密贴或在第二导洞侧墙顶部插入补充垫块或喷射混凝土从而在第二导洞的顶部与横向管棚结构形成复合受力结构。