CN214836343U - 地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统，属于非开挖建造技术领域。地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统，包括箱室管片和顶推系统，所述箱室管片由钢板和内置桁架组成，所述顶推系统包括反力墙、始发台、后靠背板、油缸和顶铁，所述始发台由导轨基础梁和轨道构成，所述反力墙为C50钢筋混凝土墙，所述反力墙中预埋钢板与后靠背板焊接连接，所述后靠背板分成上下左右四块进行组装，所述后靠背板由面板和加劲板构成。本实用新型箱室管片采用钢板与内置桁架组成，分节加工，运输与吊装方便；充分利用钢材的抗拉性能、混凝土的抗压性能，以及桁架抗扭稳定性能等优点，拥有良好的抗拉、抗压、抗扭性。

Description

地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统

技术领域

本实用新型涉及非开挖建造技术领域，尤其涉及地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统。

背景技术

非开挖工程技术，解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的，它为城市创造了洁净、舒适和美好的环境。目前已有大量的地下工程采用管道顶推等非开挖技术。

然而，对于地铁站施工，因为其空间面积大，顶推施工在技术上被证明有很大的难度。此外，我国城市交通隧道与管廊矩形顶管，均采用钢筋混凝土整体预制管片，截止目前最大尺寸未超过宽×高(15m×10m)，而地铁站建造一般尺寸宽×高(18m×12m)以上。顶管的限制，进一步提高了技术难度。且，大型预制构件存在吊装及运输的困难，在结构施工和受力转换也存在诸多风险。

目前仍主要采用基坑支护开挖，现浇站身混凝土结构，顶部土方回填，恢复道路结构的方式进行施工。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统，以解决现有技术中问题地铁站大断面进行非开挖顶管施工难度高，钢筋混凝土预制管片体积大、重量大、运输困难，在结构施工和受力转换存在风险，整体强度和承载力不足的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统，包括箱室管片和顶推系统，所述箱室管片由钢板和内置桁架组成，所述顶推系统包括反力墙、始发台、后靠背板、油缸和顶铁，所述始发台由导轨基础梁和轨道构成，所述反力墙为C钢筋混凝土墙，所述反力墙中预埋钢板与后靠背板焊接连接，所述后靠背板分成上下左右四块进行组装，所述后靠背板由面板和加劲板构成，所述油缸由若干根千斤顶组成，所述顶铁的外形同箱室管片相同。

优选的，所述箱室管片由～节组成，在工厂内进行加工，运输至施工现场拼装，设置临时支撑柱，内部灌注自密实混凝土，形成大尺寸钢混组合节段管片。

优选的，所述反力墙的后部设置有旋喷混凝土桩。

优选的，所述导轨基础梁的主筋深入底板。

优选的，所述箱室管片的环间接触面预设有止水槽。

优选的，所述箱室管片的外表面设置有室外防腐层，所述箱室管片的内表面设置有室内防腐层。

优选的，所述室外防腐层采用环氧涂层；所述室内防腐层由内之外依次为环氧富锌底漆、环氧云铁中间漆、防火涂料。

优选的，所述箱室管片相邻间采用错缝拼装，所述箱室管片外侧环缝通过现场焊接进行连接，内部环缝通过高强螺栓进行连接。

与现有技术相比，本实用新型提供了地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统，具备以下有益效果：

1、本实用新型，箱室管片采用钢板与内置桁架组成，在钢结构加工工厂分节进行加工，尺寸小，吊装运输重量相对较轻，运输与吊装方便；进入施工现场后组装，浇筑自密实混凝土；管片的外部约束作用使混凝土处于多向受压状态，混凝土使外部约束受压不易折曲，承载能力1+1>2，两种材料优势互补，抗弯刚度大，不易屈曲变形，整体拥有极高的整体刚度、抗变形能力和承载力；并采用蒸汽养生，保证管片质量的稳定性和可靠性，整体结构成型快；钢混组合箱室管片结构，充分利用了钢材的抗拉性能、混凝土的抗压性能，以及钢桁架抗扭稳定性能等优点，克服了预制大尺寸钢筋混凝土管片在吊装、运输吨位大、抗折防裂的技术难题；在工作井正式拼装前，在加工厂进行试拼，以满足并进一步保证拼装质量、安全、工期要求。

2、本实用新型，相邻箱室管片采用错缝拼装，使得管面平整，整体性好，接缝刚度分布均匀，提高管片的纵向刚度，减少接缝及整个结构变形；在接缝防水上更易处理，且接缝变形较小，进一步有利于防水；现场焊接难度较小，焊接质量高。

3、本实用新型，围护主体结构施工预留始发、接收工作井，始发、接收端头均采用双重管高压旋喷桩进行加固，加固隧道上下左右范围，进一步提高施工环境的安全性和稳定性。

4、本实用新型，始发台导轨基础梁的主筋深入底板，并于底板施工中进行预埋，提高稳定性；反力墙后部设置旋喷混凝土桩，增强承压力，满足设计需求；反力墙预埋钢板，以便和后靠背板焊接，防止因反力过大造成局部混凝土破坏；后靠背板，采用面板和内部加劲板，保证强度的要求下，降低重量，且分成上下左右四块制作，现场拼装成整体，便于生产、运输和安装；顶铁外形同管节相同，直接承受后方主千斤顶顶力，并将顶力通过顶铁均匀传导至管节，确保管节受力均匀。

5、本实用新型，设置钢板、内置桁架、混凝土和临时支撑柱，使得箱室管片拥有良好的抗拉、抗压、抗扭，充分满足施工需求；箱室管片设置有节段防水、防腐，进一步提高工程的可靠性和耐久性。

6、本实用新型，钢混组合管片与周边土体摩擦系数小，相比钢筋混凝土预制管片更容易顶进施工，施工速度块，场地要求小，能够实现大尺寸钢混结构组合节段管片一次机械暗挖顶推施工，提高工作效率。

该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，本实用新型管片采用钢板与内置桁架，分节加工，尺寸小，运输与吊装方便；管片的外部约束作用使混凝土处于多向受压状态，混凝土使外部约束受压不易折曲，承载能力1+1>2，两种材料优势互补，抗弯刚度大，不易屈曲变形，整体拥有极高的整体刚度、抗变形能力和承载力；蒸汽养生保证管片质量的稳定性和可靠性，整体结构成型快；钢混组合箱室管片结构充分利用钢材的抗拉性能、混凝土的抗压性能，以及钢桁架抗扭稳定性能等优点，克服了预制大尺寸钢筋混凝土管片在吊装、运输吨位大、抗折防裂的技术难题；正式拼装前进行试拼，进一步保证拼装质量、安全、工期要求；采用错缝拼装，管面平整，整体性好，接缝刚度分布均匀，减少接缝及整个结构变形；防水更易处理，焊接难度较小，焊接质量高；始发、接收端头加固，进一步提高施工环境的安全性和稳定性；始发台导轨基础梁的主筋预埋，提高稳定性；反力墙设置旋喷混凝土桩，增强承压力；反力墙预埋钢板，防止因反力过大造成局部混凝土破坏；后靠背板保证强度的要求下，降低重量；分块制作，便于生产、运输和安装；顶铁确保管节受力均匀；始发井内拼装，设置临时支撑柱，灌注自密实混凝土，采用蒸汽养生系统；钢板、内置桁架、混凝土和临时支撑柱，使得箱体拥有良好的抗拉、抗压、抗扭，充分满足施工需求；节段防水、防腐，进一步提高工程的可靠性和耐久性；钢混组合管片与周边土体摩擦系数小，相比钢筋混凝土预制管片更容易顶进施工，施工速度块，场地要求小，能够实现大尺寸钢混结构组合节段管片一次机械暗挖顶推施工，提高工作效率。

附图说明

图1为箱室管片的结构示意图；

图2为箱室管片的剖视结构示意图；

图3为始发台的结构示意图；

图4为反力墙、始发台的侧视剖视结构示意图。

图中：1、箱室管片；101、钢板；102、桁架；2、反力墙；201、旋喷混凝土桩；3、始发台；301、导轨基础梁；302、轨道；4、后靠背板；5、油缸；6、顶铁；7、临时支撑柱；8、止水槽。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。

参照图1-4，地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统，包括箱室管片1和顶推系统，箱室管片1由钢板101与内置桁架102组成，分为4～6节。

在钢结构加工工厂分节进行加工，尺寸小，吊装运输重量相对较轻，运输与吊装方便；进入施工现场始发井后组装，设置临时支撑柱7，通过预留孔道浇筑自密实混凝土；并采用蒸汽养生，整体结构成型快，保证管片质量的稳定性和可靠性，形成大尺寸钢混组合节段管片，待强度满足要求后，进入下一工序。

管片的外部约束作用，使混凝土处于多向受压状态，混凝土使外部约束受压不易折曲，承载能力1+1>2，两种材料优势互补，抗弯刚度大，不易屈曲变形，整体拥有极高的整体刚度、抗变形能力和承载力。

箱室管片1结构，充分利用了钢材的抗拉性能、混凝土的抗压性能，以及钢桁架102抗扭稳定性能等优点，克服了预制大尺寸钢筋混凝土管片在吊装、运输过程中吨位大，抗折防裂的技术难题；钢板101、内置桁架102、混凝土和临时支撑柱7综合作用，使得箱体拥有良好的抗拉、抗压、抗扭，充分满足施工需求。

钢混组合管片与周边土体摩擦系数小，相比钢筋混凝土预制管片更容易顶进施工，施工速度块，场地要求小，能够实现大尺寸钢混结构组合节段管片一次机械暗挖顶推施工，提高工作效率。

以管片断面尺寸22.3×14.1m为例：

采用钢板101箱体16mm厚钢板101、型钢桁架102主骨架∠90×5，链接斜撑∠50×5，连接板-8×20×20mm，管片分6块制作，箱体及桁架102在加工厂完成加工。

管片单环6块，有3种尺寸，分别为：

管片A：15.8m×1.5m×1.0m；

管片B：7.05m×3.5m×1.5m；

管片C：7.05m×3.0m×1.5m；

管片分块	长×宽×高m	数量/件	单重/t
				管片标准节A	15.8×1.5×1.0	2	10.9
管片标准节B	7.05×3.5×1.5	2	6.2
				管片标准节C	7.05×3.0×1.5	2	5.9
临时支撑-柱	12.1×0.84×0.75	3	6.0
				临时支撑-梁	20.3×0.56×0.67	1	7.0

除临时支撑外，单环钢材总重量：46t；单环混凝土重量：99.5m³×2.4t/m³＝239t，单环总重：239+46＝285t。

箱室管片1在钢结构加工厂加工，采用30t或以上平板拖车运输，施工现场采用45t门式起重机，配合100t履带吊在工作井内进行拼装。

相对比，若采用钢筋混凝土预制构件，需要单独设厂，配套模具及成套设备，预制成本费用高。且管片重量大，以尺寸为11m×2.9m为例，重约62.1t，管片运输、吊装难度大，存在吊装及运输过程开裂的风险。采用钢板101及桁架102，成本低廉，方便加工，且避免了吊装过程中对管片造成的破坏。

在工作井正式拼装前，在加工厂进行试拼，以满足并进一步保证拼装质量、安全、工期要求。

顶推系统包括反力墙2、始发台3、后靠背板4、油缸5和顶铁6，顶推系统设置在始发井内。

在围挡内进口端设置始发井，出口端设置接收井；围护结构采用地下连续墙，主体结构施工预留始发、接收工作井；地下连续墙厚度和深度，依据施工要求进行设定。

工作井预留孔尺寸宽度W＝D+2B，B为工作面净宽，D为管外径。

设置始发、接收端加固，在始发、接收端头均采用双重管高压旋喷桩进行加固，加固范围到隧道上下左右，进一步提高施工环境的安全性和稳定性。

以暗挖段70m，结构埋深20m为例：

围护结构采用1000mm厚地下连续墙，地下连续墙深度27m，结构主体为地下两层双柱三跨矩形钢筋混凝土箱体结构；工作面净宽B取2.5m，D为管外径22.3m，预留孔尺寸宽度W＝D+2B＝22.3+2×2.5＝27m；加固长度为始发、到达端各3m，加固范围到隧道上下各3m，左右各3m。

始发台3设置在始发井的底部，由导轨基础梁301和轨道302构成，导轨基础梁301的主筋深入底板，提高稳定性，并于底板施工中进行预埋；轨道302采用重型轨；

反力墙2为C50钢筋混凝土墙，反力墙2中预埋钢板与后靠背板4焊接连接，防止因反力过大造成局部混凝土破坏；在反力墙2后部设置旋喷混凝土桩201，作为承压结构，增强承压力，满足设计需求；

后靠背板4，根据顶进千斤顶进行设计，分成上下左右四块制作，现场拼装成整体，便于生产、运输和安装；后靠背板4由面板和加劲板构成，保证强度的要求下，降低重量；

油缸5，由若干根千斤顶组成，油缸架根据千斤顶布置情况进行设计；

顶铁6的外形同箱室管片1相同；直接承受后方主千斤顶顶力，并将顶力通过顶铁6均匀传导至管节，确保管节受力均匀。

以暗挖段70m，结构埋深20m为例：暗挖段顶管施工段总长度为70m，顶管机在顶进过程中推力将逐渐增大，计算最大顶推力将达到27000t左右，顶管后靠将提供巨大的反作用力。

始发台3采用43#重型轨，高度为140mm；

后靠墙，设置厚度为1200mm，高度为15500mm，采用C50钢筋混凝土墙，设置旋喷混凝土桩201，设计最大顶推力为30000T；反力墙2预埋钢板101共计8块，厚度为10mm，尺寸为500mm×500mm；

后靠背板4，设置长度为22.7m，高度为15.1m，厚度为2m，其中面板厚度为40mm，内部加劲板板厚度为30mm，分成上下左右四块制作，现场拼装成整体；

油缸5，共设置44根千斤顶，油缸5架根据千斤顶布置情况进行设计，单个千斤顶顶力为630t，千斤顶长度为3.5m，油缸5行程为2.5m；

顶铁6，设置厚度为500mm。

箱室管片1的环间接触面预设有止水槽8，现场单节拼装完成后，环间粘贴止水条；相比钢筋混凝土管片，防水结构简单、止水效果好；

箱室管片1的外表面设置有室外防腐层，箱室管片1的内表面设置有室内防腐层。

室外防腐层采用环氧涂层；室内防腐层由内之外依次为环氧富锌底漆、环氧云铁中间漆、防火涂料。

箱室管片1相邻间采用错缝拼装，箱室管片1外侧环缝通过现场焊接进行连接，内部环缝通过高强螺栓进行连接；现场焊接难度较小，焊接质量高；采用错缝拼装，使得管面平整，整体性好，接缝刚度分布均匀，提高管片的纵向刚度，减少接缝及整个结构变形；在接缝防水上更易处理，且接缝变形较小，进一步有利于防水。

本实用新型中，箱室管片1采用钢板101与内置桁架102组成，在钢结构加工工厂分节进行加工，尺寸小，吊装运输重量相对较轻，运输与吊装方便；进入施工现场后组装，浇筑自密实混凝土；管片的外部约束作用使混凝土处于多向受压状态，混凝土使外部约束受压不易折曲，承载能力1+1>2，两种材料优势互补，抗弯刚度大，不易屈曲变形，整体拥有极高的整体刚度、抗变形能力和承载力；采用蒸汽养生，保证管片质量的稳定性和可靠性，整体结构成型快；钢混组合箱室管片1结构，充分利用了钢材的抗拉性能、混凝土的抗压性能，以及钢桁架102抗扭稳定性能等优点，克服了预制大尺寸钢筋混凝土管片在吊装、运输过程中吨位大、抗折防裂的技术难题；工作井正式拼装前，在加工厂进行试拼，以满足并进一步保证拼装拼装质量、安全、工期要求；相邻箱室管片1采用错缝拼装，使得管面平整，整体性好，接缝刚度分布均匀，提高管片的纵向刚度，减少接缝及整个结构变形；在接缝防水上更易处理，且接缝变形较小，进一步有利于防水；现场焊接难度较小，焊接质量高；围护主体结构施工预留始发、接收工作井，始发、接收端头均采用双重管高压旋喷桩进行加固，加固隧道上下左右范围，进一步提高施工环境的安全性和稳定性；始发台3导轨基础梁301的主筋深入底板，并于底板施工中进行预埋，提高稳定性；反力墙2后部设置旋喷混凝土桩201，增强称压力，满足设计需求；反力墙2预埋钢板101，以便和后靠背板4焊接，防止因反力过大造成局部混凝土破坏；后靠背板4，采用面板和内部加劲板，保证强度的要求下，降低重量，且分成上下左右四块制作，现场拼装成整体，便于生产、运输和安装；顶铁6外形同管节相同，直接承受后方主千斤顶顶力，并将顶力通过顶铁6均匀传导至管节，确保管节受力均匀；始发井内拼装箱室管片1，设置临时支撑柱7，灌注自密实混凝土，采用蒸汽养生系统；钢板101、内置桁架102、混凝土和临时支撑柱7，使得箱体管片拥有良好的抗拉、抗压、抗扭，充分满足施工需求；箱室管片1设置节段防水、防腐，进一步提高工程的可靠性和耐久性；钢混组合管片与周边土体摩擦系数小，相比钢筋混凝土预制管片更容易顶进施工，施工速度块，场地要求小，能够实现大尺寸钢混结构组合节段管片一次机械暗挖顶推施工，提高工作效率。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统，其特征在于，包括箱室管片(1)和顶推系统，所述箱室管片(1)由钢板(101)和内置桁架(102)组成，所述顶推系统包括反力墙(2)、始发台(3)、后靠背板(4)、油缸(5)和顶铁(6)，所述始发台(3)由导轨基础梁(301)和轨道(302)构成，所述反力墙(2)为C50钢筋混凝土墙，所述反力墙(2)中预埋钢板与后靠背板(4)焊接连接，所述后靠背板(4)分成上下左右四块进行组装，所述后靠背板(4)由面板和加劲板构成，所述油缸(5)由若干根千斤顶组成，所述顶铁(6)的外形同箱室管片(1)相同。

2.根据权利要求1所述的地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统，其特征在于，所述箱室管片(1)由4～6节组成，在工厂内进行加工，运输至施工现场拼装，设置临时支撑柱(7)，内部灌注自密实混凝土，形成大尺寸钢混组合节段管片。

3.根据权利要求1所述的地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统，其特征在于，所述反力墙(2)的后部设置有旋喷混凝土桩(201)。

4.根据权利要求1所述的地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统，其特征在于，所述导轨基础梁(301)的主筋深入底板。

5.根据权利要求1所述的地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统，其特征在于，所述箱室管片(1)的环间接触面预设有止水槽(8)。

6.根据权利要求1所述的地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统，其特征在于，所述箱室管片(1)的外表面设置有室外防腐层，所述箱室管片(1)的内表面设置有室内防腐层。

7.根据权利要求6所述的地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统，其特征在于，所述室外防腐层采用环氧涂层；所述室内防腐层由内之外依次为环氧富锌底漆、环氧云铁中间漆、防火涂料。

8.根据权利要求1所述的地铁站大断面矩形节段管片机械暗挖顶推系统，其特征在于，所述箱室管片(1)相邻间采用错缝拼装，所述箱室管片(1)外侧环缝通过现场焊接进行连接，内部环缝通过高强螺栓进行连接。

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