一種大跨度地下空間結構及其施工方法與流程
2024-03-20 06:55:05 1
本發明屬於地下暗挖工程技術領域；具體的說是涉及一種大跨度地下空間結構及其施工方法。
背景技術：
隨著我國的改革開放和現代化的城市建設，地下空間的建設利用越來越受到國家的重視；並且在我國城市化進程的繼續推進過程中，城市人口的快速集中，土地資源變得尤為稀缺，整個社會對地下空間開發利用的需求亦愈加突出；然而通常的地下工程施工，做法是採用支護和明挖相結合的施工方式，但是這種傳統的方式帶來的最大困擾就是需要對地面進行整體開挖，不但影響周邊環境，而且嚴重阻礙交通，對社會公共運輸和環境影響較大；並且隨著結構埋深的增加，支護費用也大幅提高，如果在城市成熟區域進行明挖，給社會帶來的潛在損失更是無法小覷；而目前的暗挖技術也存在諸多不足，效率和質量較難控制；盾構、頂管技術也只能較好的運用在隧道方面，對於大型的地下空間結構尚無較好的、成體系的、能應對不同地質條件、不同功能需求的施工方法；因此，如何在不影響地上環境、交通、社會生活的前提下，完成複雜地質條件、複雜功能需求的地下工程的建設是尤為重要且亟待解決的難題。
技術實現要素：
本發明的發明目的：
主要是為了提供一種對社會環境影響較小的地下暗挖空間結構及其施工方法，有效的解決地下空間結構工程施工難度大的技術問題，提高企業的施工效率，降低工人的勞動強度，提高地下大跨度空間結構的實施質量，提高地下工程的安全性和機械化程度。
本發明的技術方案為：
提供了一種大跨度地下空間結構，該地下空間結構主要由地下隧道結構和地下管幕結構組成，其中地下隧道結構主要由使用盾構機或頂管機開挖的多個縱向先行隧道組成；在相鄰的縱向先行隧道之間設置有由多個管體組成的橫向地下管幕結構，其中管體採用直線形或拱形結構設置，直線形管體採用直線管幕機開挖設置，拱形管體採用曲線管幕機開挖設置。
該橫向管幕及其跨接的縱向先行隧道作為基本結構單元可進行地下空間的平面方向和深度方向的有序組合，在同一深度平面內的重複組合構成大型的多跨地下空間結構，在深度方向的重複組合構成大型的多層地下空間結構。
所述的縱向先行隧道可採用矩形或類矩形隧道、圓形隧道和馬蹄形隧道。
所述的相鄰的縱向先行隧道之間的地下管幕結構的跨度為8m～30m。
所述的地下管幕結構的形狀為半圓型、圓型、門字型或口子型。
根據以上所述的大跨度地下空間結構的施工方法步驟為：
（1）、利用盾構機、頂管機開挖完成縱向先行隧道；縱向先行隧道之間相互平行。
（2）、在縱向先行隧道之間採用管幕機進行管幕結構開挖施做，形成線形或者拱形及其相結合的多個跨度方向的地下管幕結構，並在管幕結構兩端設置支座，管幕鋼管依靠鎖口相連，並在鎖口處注入止水劑或者砂漿，形成密封的止水管幕，進而形成橫向跨度空間的開挖支護結構。
（3）、利用挖掘機械對縱向先行隧道和橫向管幕結構所組成的圍合區域進行土方開挖。
（4）、重複上述步驟（1）～（3），完成多個由縱向先行隧道和橫向管幕結構組成的結構單元；最後構成多層或多跨度的地下空間結構主體。
（5）、進行地下空間建築的機電設備安裝、給排水安裝、吊頂及牆面裝飾、照明設備安裝等。
本發明的有益效果是：
該結構設置的地下空間結構通過縱向隧道和管幕結構的組合，形成經濟可靠的縱橫結構體系；該體系單元可靈活布置，不僅能夠在平面進行組合形成多跨空間結構，也可以在深度方向組合，形成多層的地下空間結構，從而實現複雜地下空間建築的功能需要；其不但大幅提高了掘進設備的掘進和出渣效率，而且大幅提高了地下工程機械化施工程度，提高施工效率，保證了地下工程施工的安全，縮短了工期，降低了施工成本，而且有效的避免了對地面環境的影響，降低了地下空間開發對社會綜合效益的影響。
附圖說明
圖1為本發明的主視結構示意圖；
圖2為本發明的俯視結構示意圖；
圖3為本發明的實施例一的施工方法結構示意圖之一；
圖4為本發明的實施例一的施工方法結構示意圖之二；
圖5為本發明的實施例一的施工方法結構示意圖之三；
圖6為本發明的實施例一的施工方法結構示意圖之四；
圖7為本發明的實施例二的實施方法結構示意圖之一；
圖8為本發明的實施例二的實施方法結構示意圖之二；
圖9為本發明的實施例二的實施方法結構示意圖之三；
圖10為本發明的實施例二的實施方法結構示意圖之四；
圖11為本發明的實施例三的實施方法結構示意圖之一；
圖12為本發明的實施例三的實施方法結構示意圖之二；
圖13為本發明的實施例三的實施方法結構示意圖之三；
圖14為本發明的實施例三的實施方法結構示意圖之四；
圖中；1為縱向先行隧道；2為管體；3為橫向地下管幕。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的具體實施方式做出詳細的描述。
如圖1～2所示，提供了一種大跨度地下空間結構，該地下空間結構主要由地下隧道結構和地下管幕結構組成，其中地下隧道結構主要由使用盾構機或頂管機開挖的多個縱向先行隧道1組成；在相鄰的縱向先行隧道之間設置有由多個管體2組成的橫向地下管幕3結構，其中管體採用直線形或拱形結構設置，直線形管體採用直線管幕機開挖設置，拱形管體採用曲線管幕機開挖設置。
該橫向管幕及其跨接的縱向先行隧道作為基本結構單元可進行地下空間的平面方向和深度方向的有序組合，在同一深度平面內的重複組合構成大型的多跨地下空間結構，在深度方向的重複組合構成大型的多層地下空間結構。
所述的縱向先行隧道可採用矩形或類矩形隧道、圓形隧道和馬蹄形隧道。
所述的相鄰的縱向先行隧道之間的地下管幕結構的跨度為8m～30m。
所述的地下管幕結構的形狀為半圓型、圓型、門字型或口子型。
根據以上所述的大跨度地下空間結構的施工方法步驟為：
（1）、利用盾構機、頂管機開挖完成縱向先行隧道；縱向先行隧道之間相互平行。
（2）、在縱向先行隧道之間採用管幕機進行管幕結構開挖施做，形成線形或者拱形及其相結合的多個跨度方向的地下管幕結構，並在管幕結構兩端設置支座，管幕鋼管依靠鎖口相連，並在鎖口處注入止水劑或者砂漿，形成密封的止水管幕，進而形成橫向跨度空間的開挖支護結構。
（3）、利用挖掘機械對縱向先行隧道和橫向管幕結構所組成的圍合區域進行土方開挖。
（4）、重複上述步驟（1）～（3），完成多個由縱向先行隧道和橫向管幕結構組成的結構單元；最後構成多層或多跨度的地下空間結構主體。
（5）、進行地下空間建築的機電設備安裝、給排水安裝、吊頂及牆面裝飾、照明設備安裝等。
實施例一：以下就該結構設置的大跨度地下空間結構的平面方面組合的施工方式做出詳細的描述；如圖3～6所示：
步驟一：縱向隧道機械化施工；利用盾構機、頂管機先施做兩條平行的隧道；先行隧道作為空間結構單元的縱向承載結構,其截面形狀可採用矩形或類矩形隧道、圓形隧道或馬蹄形隧道。
步驟二：橫向管幕機械化施工；利用管幕機進行管幕施做，形成跨度方向的結構；管幕機從一條隧道始發，另一條隧道接收，管幕形成後在兩條隧道的管幕端頭澆築支座，固定管幕兩端；結構所處地層含水較多則採用帶鎖扣形式的管幕結構和配套管幕機，利用鎖扣並注漿處理；管幕根據結構荷載情況，在管道內部灌注素混凝土或配置鋼筋或插入型鋼。
步驟三：土方開挖；在先行隧道和管幕的支護下，對隧道與管幕圍合的區域，沿先行隧道延伸方向進行土方開挖。
步驟四：再施做一條縱向的平行隧道，重複步驟二、步驟三，完成結構單元在平面的簡單重複組合，實現多跨地下空間結構；重複步驟一、二、三，重複、組合隧道+管幕的結構單元，形成複雜地下空間建築的主體結構；
步驟五：破除隧道側壁，連通先行隧道和大跨度空間，並進行設備安裝、裝飾裝修等收尾作業。
實施例二：以下就該結構設置的大跨度地下空間結構的深度方向組合的施工方式做出詳細的描述；如圖7～10所示：
步驟一：縱向隧道機械化施工；利用盾構機、頂管機先施做兩條平行的隧道；先行隧道作為空間結構單元的縱向承載結構,其截面形狀可採用矩形或類矩形隧道、圓形隧道或馬蹄形隧道。
步驟二：橫向管幕機械化施工；利用管幕機進行管幕施做，形成跨度方向的結構；管幕機從一條隧道始發，另一條隧道接收，管幕形成後在兩條隧道的管幕端頭澆築支座，固定管幕兩端；結構所處地層含水較多則採用帶鎖扣形式的管幕結構和配套管幕機，利用鎖扣並注漿處理；管幕根據結構荷載情況，在管道內部灌注素混凝土或配置鋼筋或插入型鋼。
步驟三：土方開挖；在先行隧道和管幕的支護下，對隧道與管幕圍合的區域，沿先行隧道延伸方向進行土方開挖。
步驟四：在深度方向施做第二次平行隧道，重複步驟二、步驟三，完成結構單位在深度方向的重複組合，實現多層地下空間結構。
步驟五：破除隧道側壁，連通先行隧道和大跨度空間，並進行設備安裝、裝飾裝修等收尾作業。
實施例三： 以下就該結構設置的大跨度地下空間結構的拱形結構管幕組合的施工方式做出詳細的描述；如圖11～14所示：
步驟一：縱向隧道機械化施工；利用盾構機、頂管機先施做兩條平行的隧道；先行隧道作為空間結構單元的縱向承載結構,其截面形狀可採用矩形或類矩形隧道、圓形隧道或馬蹄形隧道。
步驟二：橫向曲線管幕機械化施工；利用曲線管幕機進行管幕施做，形成跨度方向的結構；管幕機從一條隧道始發，另一條隧道接收，管幕形成後在兩條隧道的管幕端頭澆築支座，固定管幕兩端；結構所處地層含水較多則採用帶鎖扣形式的管幕結構和配套管幕機，利用鎖扣並注漿處理；管幕根據結構荷載情況，在管道內部灌注素混凝土或配置鋼筋或插入型鋼。
步驟三：土方開挖；在先行隧道和管幕的支護下，對隧道與管幕圍合的區域，沿先行隧道延伸方向進行土方開挖。
步驟四：再施做一條縱向的平行隧道，重複步驟二、步驟三，完成結構單元在平面的簡單重複組合，實現多跨連拱的地下空間結構；
步驟五：破除隧道側壁，連通先行隧道和大跨度空間，並進行設備安裝、裝飾裝修等收尾作業。
以上所述僅是本發明的優選方式，應當指出，對於本領域普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干相似的變更或改型，這些也應視為本發明的保護範圍之內。