一種用於地鐵基坑的支撐體系的製作方法

2024-03-21 15:46:05 1

本實用新型涉及建築工程領域，特別是一種基坑支撐體系。

背景技術：

目前，對於地鐵基坑採用的主要支撐體系主要為鋼筋混凝土和鋼管對撐，特別是其中的鋼管支撐，其水平設置間距往往不超過3m。基於地鐵站房狹長、矩形的平面形狀特點，地鐵基坑土方開挖一般採用臺階式退挖接力的方法進行。由於水平支撐設置的間距過於緊密，施工作業面小，土方開挖機械往往採用鬥容量較小挖掘設備，通過臺階接力的方式完成土方開挖，大大降低了土方開挖工作效率；另一方面，在鋼管支撐逐根吊裝時，因為較密的水平支撐間距，必須避免吊裝時支撐的相互碰撞，吊裝就位後尚需進行支撐端部焊接固定及支撐預應力施工，支撐安裝困難、施工效率地下。

眾所周知，基坑土方開挖必須遵循「先撐後挖」的原則進行，通過調研發現，即便採用工效較低鬥容量較小的挖機進行土方開挖，支撐的安裝工效也遠遠不能滿足土方開挖要求，土方開挖和支撐安裝兩者無論在時間上和空間上均無法實現相互滿足，導致水平支撐安裝往往滯後於土方開挖，為基坑工程埋下巨大的安全隱患。

綜上，對於目前狹長型規則的地鐵基坑工程，採用現有的水平支撐體系及土方開挖方法，在工期及安全上均對工程建設造成了一定的困難。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種用於地鐵基坑的支撐體系，要解決現有施工效率低、安全隱患大、作業空間有限的技術問題。

為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案：

一種用於地鐵基坑的支撐體系，包括水平支撐在基坑圍護結構之間的水平支撐平臺，所述水平支撐平臺沿著基坑的長度和高度方向平行間隔均勻分布，還包括導軌、升降動力單元和傳力機構；所述導軌沿基坑圍護結構的長度方向平行間隔設置；所述升降動力單元連接在水平支撐平臺與導軌之間；所述傳力機構連接在水平支撐平臺與導軌之間。

所述導軌單元通過可調支座組件與基坑圍護結構連接，通過單元支架與升降動力單元連接。

所述導軌是由導軌單元沿基坑圍護結構的高度方向豎向拼接而成的。

所述導軌單元為矩形柱筒，相鄰的導軌單元通過連接銷連接；導軌單元的一端設有穿過連接銷的導軌連接孔、另一端對應設有連接連接銷的連接耳板；導軌單元的筒身背面設有連接可調支座組件的導軌支座連接孔，側面沿其長度方向設有一組連接單元支架的反力孔。

所述可調支座組件包括與導軌連接的導軌支座、與導軌支座連接的基坑支座以及連接基坑支座與基坑圍護結構之間的錨板；所述導軌支座是由背板、底板和兩側板組成的盒狀結構，其中背板上均勻開有X向調節孔、並通過緊固件與導軌連接，底板上開有Y向調節孔並通過緊固件與基坑支座連接；所述基坑支座是由背板、底板和兩側板組成的盒狀結構，其中底板通過緊固件與導軌支座的底板連接、上開有穿過緊固件的通孔，背板上均勻開有Z向調節孔、並通過錨件與錨板連接；所述錨件的一端的螺紋頭、依次穿過錨板和Z向調節孔並通過螺母固定，另一端為彎鉤頭、錨固在基坑圍護結構的鋼筋骨架上。

所述單元支架包括連接在水平支撐平臺端部的三角支架、連接在三角支架端部的上插銷支座以及平行設置在上插銷支座下方的下插銷支座；所述上插銷支座和下插銷支座分別通過上插銷和下插銷與導軌的反力孔可拆卸連接。

所述升降動力單元為液壓油缸，包括缸筒和活塞杆，其中缸筒與上插銷支座固定連接，活塞杆的一端穿過上插銷支座與缸筒活動連接、另一端與下插銷支座固定連接。

所述水平支撐平臺包括上平面桁架支撐、下平面桁架支撐以及豎直連接在兩者之間的連杆；所述上平面桁架支撐包括兩根沿基坑寬度方向設置的對撐鋼桁架、連接在對撐鋼桁架兩端之間的邊桁架和連接在對撐鋼桁架兩端兩側面上的琵琶撐；所述下平面桁架支撐和上平面桁架支撐結構相同、且平行間隔設置。

所述傳力機構包括連接在水平支撐平臺端部的千斤頂、連接在千斤頂前端的轉動關節、鉸接在轉動關節上的滾輪支架和鉸接在滾輪支架上的滾輪；所述滾輪支架為三角形板或者是彎折呈銳角的條狀板，其頂角與轉動關節鉸接、兩底角對稱鉸接有一個滾輪。

與現有技術相比本實用新型具有以下特點和有益效果：

本實用新型通過將狹長型的矩形規則地鐵基坑劃分為若干單元，每個單元設置水平支撐平臺，採用鋼結構對對撐鋼桁架和邊桁架的布置形式進行有效的組合和設計，增大了整個支撐體系的平面內和平面外的整體剛度，使得支撐體系的穩定和安全更能夠得到保障，實現大跨度的設計，以保證其中心區域有較大的機械作業空間；取消傳統地鐵基坑採用鋼筋砼支撐或鋼管支撐所必須的臨時立柱樁，合理有效規避支撐間距設置較密的缺點，以地鐵基坑兩個方向的尺寸分別為18m，23m為例，在支撐體系範圍內，形成了約13m×16m的淨空範圍，利用坑內無障礙大淨空的挖土作業環境，改變了目前傳統密支撐條件下只能採用小型挖掘機而導致的工效低下的窘境，即可方便大型機器投入，加快土方開挖工效，有效縮短工程建設工期；水平支撐平臺可進行裝配式設計，便於拆解和安裝，並可循環重複使用，利於低碳環保。

在基坑圍護結構上設置橫向鋼製圍檁和縱向鋼製導軌，在單元桁架兩端設置若干千斤頂以傳遞主動土壓力至水平支撐平臺上，土壓力傳力路徑為：土體→基坑圍護結構→鋼製圍檁→導軌→千斤頂→水平支撐平臺；在水平支撐平臺兩端設置升降動力單元，一方面將水平支撐平臺自重傳遞至縱嚮導軌上，另一方面利用升降動力單元配合導軌進行水平支撐平臺的整體升降，比安裝較常規的混凝土或鋼管內支撐更高效，而且安全係數更好、結構更穩定，避免傳統地鐵基坑因野蠻施工不能遵循先撐後挖的原則導致的基坑安全隱患，在加快支撐體系的安裝工效的同時，使得支撐體系施工與土方開挖緊密配合，避免目前傳統單一鋼支撐安裝往往滯後於土方開挖而可能導致的安全隱患。

基坑開挖前可通過千斤頂對水平支撐平臺施加預壓力，進而控制基坑開挖過程中圍護結構水平方向的變形，而滾輪將千斤頂傳至的支撐力以線荷載的形式施加於基坑圍護結構，在承受水平支撐力的情況下帶動水平支撐平臺沿基坑深度方向移動，保證支撐桁架在移動的過程中仍能起到支撐的作用，因此，傳力機構可在承受水平支撐力的情況下帶動水平支撐平臺沿基坑圍護結構豎向移動，方便進行多層水平支撐平臺的快速豎向移動，確保裝配過程中各層調節，施工效率高，而且安全有效，為地鐵基坑施工領域提出一種新的支撐體系和施工方法，是低碳、綠色、快速、安全的施工技術。

附圖說明

下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明。

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是本實用新型的俯視結構示意圖。

圖3是本實用新型的主視結構示意圖。

圖4是本實用新型水平支撐平臺的結構示意圖。

圖5是本實用新型水平支撐平臺、升降動力單元、導軌、可調支座組件的連接結構示意圖。

圖6是本實用新型可調支座組件的結構示意圖。

圖7是本實用新型可調支座組件的結構示意圖。

圖8是本實用新型傳力機構的結構示意圖。

附圖標記：1－水平支撐平臺、1.1－對撐鋼桁架、1.2－邊桁架、1.3－琵琶撐、2－升降動力單元、3－導軌、3.1-導軌單元、3.2-反力孔、3.3-連接銷、3.4-導軌連接孔、3.5-連接耳板、4－可調支座組件、4.1-導軌支座、4.2-X向調節孔、4.3-Y向調節孔、4.4-基坑支座、4.5- Z向調節孔、4.6-錨板、4.7-錨件、4.8-緊固件、5－基坑圍護結構、5.1-鋼筋骨架、6－單元支架、6.1-三角支架、6.2-上插銷支座、6.3-上插銷、6.4-下插銷支座、6.5-下插銷、7-圍檁、8－傳力機構、8.1－滾輪、8.2－千斤頂、8.3-轉動關節、8.4-滾輪支架。

具體實施方式

實施例參見圖1、圖2、圖3所示，這種用於地鐵基坑的支撐體系，包括水平支撐在基坑圍護結構5之間的水平支撐平臺，所述水平支撐平臺1沿著基坑的長度和高度方向平行間隔均勻分布，其特徵在於：還包括導軌3、升降動力單元2和傳力機構8；所述導軌3沿基坑圍護結構5的長度方向平行間隔設置；所述升降動力單元2連接在水平支撐平臺1與導軌3之間；所述傳力機構8連接在水平支撐平臺1與導軌3之間；所述導軌單元3.1通過可調支座組件4與基坑圍護結構5連接，通過單元支架6與升降動力單元2連接。

參見圖5所示，所述導軌3是由導軌單元3.1沿基坑圍護結構5的高度方向豎向拼接而成的；所述導軌單元3.1為矩形柱筒，相鄰的導軌單元3.1通過連接銷3.3連接；導軌單元3.1的一端設有與穿過連接銷3.3的導軌連接孔3.4、另一端對應設有連接連接銷3.3的連接耳板3.5；導軌單元3.1的筒身背面設有連接可調支座組件4的導軌支座連接孔，側面沿其長度方向設有一組連接單元支架6的反力孔3.2。

參見圖6、圖7所示，所述可調支座組件4包括與導軌3連接的導軌支座4.1、與導軌支座4.1連接的基坑支座4.4以及連接基坑支座4.4與基坑圍護結構5之間的錨板4.6；所述導軌支座4.1是由背板、底板和兩側板組成的盒狀結構，其中背板上均勻開有X向調節孔4.2、並通過緊固件與導軌3連接，底板上開有Y向調節孔4.3並通過緊固件與基坑支座4.4連接；所述基坑支座4.4是由背板、底板和兩側板組成的盒狀結構，其中底板通過緊固件與導軌支座的底板連接、上開有穿過緊固件的通孔，背板上均勻開有Z向調節孔4.5、並通過錨件4.7與錨板4.6連接；所述錨件4.7的一端的螺紋頭、依次穿過錨板4.6和Z向調節孔4.5並通過螺母固定，另一端為彎鉤頭、錨固在基坑圍護結構5的鋼筋骨架5.1上。

參見圖4、圖5所示，所述單元支架6包括連接在水平支撐平臺1端部的三角支架6.1、連接在三角支架6.1端部的上插銷支座6.2以及平行設置在上插銷支座6.2下方的下插銷支座6.4；所述上插銷支座6.2和下插銷支座6.4分別通過上插銷6.3和下插銷6.5與導軌3的反力孔3.2可拆卸連接。

參見圖4、圖5所示，所述升降動力單元2為液壓油缸，包括缸筒和活塞杆，其中缸筒與上插銷支座6.2固定連接，活塞杆的一端穿過上插銷支座6.2與缸筒活動連接、另一端與下插銷支座6.4固定連接。

參見圖4所示，所述水平支撐平臺1包括上平面桁架支撐、下平面桁架支撐以及豎直連接在兩者之間的連杆；所述上平面桁架支撐包括兩根沿基坑寬度方向設置的對撐鋼桁架1.1、連接在對撐鋼桁架1.1兩端之間的邊桁架1.2和連接在對撐鋼桁架1.1兩端兩側面上的琵琶撐1.3；所述下平面桁架支撐和上平面桁架支撐結構相同、且平行間隔設置。

參見圖8所示，所述傳力機構8包括連接在水平支撐平臺1端部的千斤頂8.2、連接在千斤頂前端的轉動關節8.3、鉸接在轉動關節8.3上的滾輪支架8.4和鉸接在滾輪支架8.4上的滾輪8.1；所述滾輪支架8.4為三角形板或者是彎折呈銳角的條狀板，其頂角與轉動關節8.3鉸接、兩底角對稱鉸接有一個滾輪8.1。

一種如所述的用於地鐵基坑的支撐體系的施工方法，其特徵在於，具體步驟如下：

步驟一，完成基坑圍護結構5的施工，進行第一層土方開挖。

步驟二，開挖至支撐設計標高后，安裝導軌單元以及對應的可調支座組件4。

步驟三，連接第一層水平支撐平臺以及對應的升降動力單元2、單元支架6和傳力機構8。

步驟四，整體吊裝至第一層水平支撐設計標高位置，傳力機構8的千斤頂頂推受力。

步驟五，頂推受力穩定後，基坑開挖深度繼續增加，繼續向下安裝導軌單元以及對應的可調支座組件4，其中導軌單元與導軌單元之間採用連接銷連接。

步驟六，開挖到第二層支撐設計標高后，新增第二層水平支撐平臺以及對應的升降動力單元2、單元支架6和傳力機構8。

步驟七，整體吊裝第二層水平支撐平臺，使之緊鄰第一層水平支撐平臺。

步驟八，第二層水平支撐平臺傳力機構8的千斤頂頂推受力。

步驟九，受力穩定後，收縮第一層水平支撐平臺傳力機構8的千斤頂。

步驟十，在第一層水平支撐平臺被上部新增的第二層水平支撐平臺換撐後，利用升降動力單元進行第一層水平支撐平臺1的分步間歇式分段下降。

步驟十一，第一層水平支撐平臺下降至第二層支撐設計標高后，第一層水平支撐平臺傳力機構8的千斤頂頂推受力

步驟十二，將第二層水平支撐平臺負載小距離下降至第一層支撐設計標高，第二層水平支撐平臺傳力機構8的千斤頂頂推受力。

步驟十三，頂推受力穩定後，進行第三層土方開挖，開挖至第三層支撐設計底標高。

步驟十四，重複步驟二至步驟十二直至第一層水平支撐平臺1到達最底層支撐設計標高后，開始最底層結構施工。

水平支撐平臺的裝配施工，具體步驟如下。

步驟一，對撐主杆、對撐腹杆裝配對撐鋼桁架。

步驟二，桁架主杆、邊桁架腹杆裝配邊桁架。

步驟三，琵琶撐主杆、琵琶撐腹杆裝配琵琶撐。

步驟四，對撐鋼桁架、邊桁架和琵琶撐依次裝配連接，組裝成水平支撐平臺。

水平支撐平臺1的分步間歇式分段下降，具體步驟如下：

步驟一，所有液壓油缸的活塞杆回收直至下插銷不承受豎向力後，將下插銷6.5退出反力孔。

步驟二，所有的活塞杆伸出直至下插銷支座6.4對應相應的反力孔，將下插銷插入對應的反力孔中。

步驟三，將所有的下插銷插入反力孔後，所有的活塞杆同步伸長，所有的下插銷與反力孔底部接觸並且受力，直至所有的上插銷不承受豎向力後，將所有的上插銷退出反力孔。

步驟四，所有的活塞杆同步回收，第一層水平支撐平臺1下降一段高度，直至所有上插銷支座6.2正對指定的反力孔，將上插銷插入對應的反力孔中。

步驟五，所有的上插銷插入反力孔後，所有的活塞杆同步回收，所有的上插銷與反力孔底部接觸並受力，直至所有的下插銷不承受豎向力時，活塞杆停止，至此完成單步下降。

步驟六，重複步驟1至步驟5，直至第一層水平支撐平臺1下降至設計標高位置。

步驟七，調整所有的活塞杆伸出長度及壓力，使得所有的上插銷、下插銷均分豎向荷載，然後閉死所有的液壓油缸，使水平支撐平臺1定位在指定高度。

底層結構達到強度要求後，開始拆除支撐體系，具體步驟如下：

步驟一，底層水平支撐平臺1開始進行分步間歇式分段爬升，具體步驟如下：

步驟1，所有液壓油缸的活塞杆伸長直至上插銷不承受豎向力後，將上插銷退出反力孔；

步驟2，所有的活塞杆伸出直至上插銷支座對應相應的反力孔，將上插銷插入對應的反力孔中；

步驟3，將所有的上插銷插入反力孔後，所有的活塞杆同步回收，所有的上插銷與反力孔底部接觸並且受力，直至所有的下插銷不承受豎向力後，將所有的下插銷退出反力孔；

步驟4，所有的活塞杆同步回收，第一層水平支撐平臺1爬升一段高度，直至所有下插銷支座正對指定的反力孔，將下插銷插入對應的反力孔中；

步驟5，所有的下插銷插入反力孔後，所有的活塞杆同步伸長，所有的下插銷與反力孔底部接觸並受力，直至所有的上插銷不承受豎向力時，活塞杆停止，至此完成單步下降；

步驟6，重複步驟1至步驟5，底層水平支撐平臺1爬升至設計標高位置；

步驟二，底層水平支撐平臺1達到上一層支撐設計標高后，調整所有的活塞杆伸出長度及壓力，使得所有的上插銷、下插銷均分豎向荷載，然後閉死所有的液壓油缸，使水平支撐平臺1定位在指定高度；

步驟三，拆除最底層的導軌單元，並對對應的可調支座組件進行拆除周轉；

步驟四，重複步驟一至步驟二，爬升上一層水平支撐平臺至再上一層支撐設計標高，以此類推，隨著結構向上施工，直至底層水平支撐平臺1爬升至頂層支撐設計標高，然後進行吊裝拆除。