預製裝配式地下通道上部節段的移運拼裝系統及方法與流程

2023-05-04 22:40:06 4

本發明涉及地下工程建設技術領域，特別涉及預製裝配式地下通道上部節段的移運拼裝系統及方法。

背景技術：

目前，預製裝配式地下通道結構多採用工廠分段預製→現場整體節段吊裝→施加預應力並連成整體的方式進行施工，主要適用於分段預製構件重量較輕、吊裝施工空間較大的地下通道結構的施工，而對於地處城市核心區的預製裝配式地下通道結構來說，由於其分段重量較大，對吊裝機具、現場作業空間及施工組織的要求比較高，傳統粗放式的施工工藝及吊裝設備不僅不利於提高工程施工質量，更是增加了現場大規模吊裝施工安全風險的控制難度；而且，大型吊裝設備的正常工作需要佔用更多的施工空間，這將給用地日益緊張的城市道路建設帶來諸多問題，如對周邊環境影響大、巨額拆遷補償費等。

技術實現要素：

針對在施工場地狹小、環境保護要求苛刻的地下通道工程建設中，地下通道結構分段預製構件的重量仍然很大，現場大規模吊裝施工安全風險的控制難度較大的問題。本發明的目的是提供一種預製裝配式地下通道上部節段的移運拼裝系統及方法，多節地下通道上部節段通過移運拼裝系統運送至預定位置並與相對應的地下通道下部節段拼裝，提高了拼裝效率及拼裝精度，提高了地下通道結構的施工效率、降低了工程施工風險，實現地下通道建設的工業化施工。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：預製裝配式地下通道上部節段的移運拼裝系統，施工之前預先將地下通道結構豎向分幅為若干節段，每個節段又橫向分割為地下通道上部節段及地下通道下部節段，預製加工多節所述地下通道上部節段和所述地下通道下部節段，通過頂進系統依次將多節所述地下通道下部節段頂進就位拼裝成地下通道下部結構，所述移運拼裝系統包括支撐主體、自行式滑軌、豎向調節機構及水平調節機構，所述自行式滑軌安裝在所述地下通道下部結構的底板上，根據所述地下通道結構的淨空在所述自行式滑軌上方架設所述支撐主體，所述支撐主體的頂端和側面分別安裝所述豎向調節機構和所述水平調節機構，使得所述豎向調節機構和所述水平調節機構與所述地下通道上部節段的內壁相抵。

優選的，所述移運拼裝系統的支撐主體由若干標準節豎向拼裝而成，所述標準節是由型鋼杆件焊接而成的長方體桁架結構，相鄰兩個所述標準節螺栓連接。

優選的，所述移運拼裝系統的豎向調節機構和水平調節機構均採用液壓缸結構，且所述豎向調節機構和所述水平調節機構均與控制系統連接。

優選的，所述豎向調節機構的頂部還安裝有滾軸。

優選的，所述移運拼裝系統的自行式滑軌設有液壓或電動的動力裝置。

優選的，所述移運拼裝系統還包括垂直定位裝置，所述垂直定位裝置包括安裝於已就位的所述地下通道下部節段邊緣的雷射接收器二，及安裝於所述地下通道上部節段邊緣的雷射發射器二，所述雷射接收器二和所述雷射發射器二均與控制系統連接。

另外，本發明還提供了一種預製裝配式地下通道上部節段的移運拼裝方法，步驟如下：

s101：施工地下通道的圍護結構，分批次進行土方開挖及鋼筋混凝土支撐結構施工，並澆築鋼筋混凝土墊層，在所述鋼筋混凝土墊層上鋪設底層滑軌，在工作井內進行頂進系統後靠結構加固施工，並搭建頂進系統，檢查所述頂進系統並在預頂進試驗滿足要求後，通過所述頂進系統依次將多節地下通道下部節段頂進就位，拆除靠近所述鋼筋混凝土墊層的鋼筋混凝土支撐；

s102：在已頂進就位的所述地下通道下部節段的內腔安裝如權利要求1至6任一項所述的移運拼裝系統，自行式滑軌安裝在所述地下通道下部結構的底板上，根據所述地下通道結構的淨空在所述自行式滑軌上方架設支撐主體，在所述支撐主體的頂端和側面分別安裝豎向調節機構和水平調節機構並進行預加壓，在工作井內吊裝地下通道上部節段並放置於所述支撐主體上，使得所述豎向調節機構和所述水平調節機構與所述地下通道上部節段的內壁相抵；

s103：啟動所述豎向調節機構頂升所述地下通道上部節段，頂升距離應滿足移運及拼裝的施工要求，開啟所述自行式滑軌的動力裝置，將所述地下通道上部節段移運就位，並通過所述豎向調節機構及所述水平調節機構進行精確定位後，將所述地下通道上部節段放置於相對應的所述地下通道下部節段上並連接，如此反覆，通過所述移運拼裝系統依次將多節所述地下通道上部節段運輸至預定位置並拼裝就位；

s104：所述地下通道上部節段拼裝施工完成後，分段進行預應力張拉並將所述地下通道上部節段與所述地下通道下部節段連接形成整體的所述地下通道結構，最後拆除遠離所述鋼筋混凝土墊層的鋼筋混凝土支撐，回填所述地下通道結構的上方覆土並恢復原有地面道路分段。

優選的，所述步驟s101中，在所述地下通道下部節段安裝頂推糾偏換撐系統，所述頂推糾偏換撐系統包括設置於所述圍護結構與所述地下通道下部節段之間的升降支架和軸力調整裝置，以及支撐在所述地下通道下部節段側壁與底板之間的斜向調節機構，所述升降支架的底部安裝動力行走裝置，所述軸力調整裝置設置於所述升降支架上，所述斜向調節機構包括安裝於所述地下通道下部節段底板上的反力基座、依次安裝於所述反力基座上的調節杆及傳力杆件。

優選的，所述頂推糾偏換撐系統還包括水平定位系統，它包括設置於已安裝就位的所述地下通道下部結構底板上的雷射接收器一，及安裝在待頂進施工的所述地下通道下部節段底板上的雷射發射器一，所述雷射接收器一和所述雷射發射器一均與控制系統連接。

優選的，所述水平調節機構的靠近所述地下通道上部節段的一端設置加強綴板一，所述軸力調整裝置的靠近所述圍護結構的一端設置加強綴板二，所述斜向調節機構的調節杆與反力基座之間設置加強綴板三。

本發明的效果在於：

一、本發明的預製裝配式地下通道上部節段的移運拼裝系統，它通過豎向調節機構和水平調節機構將地下通道上部節段穩定固定於支撐主體的上部，支撐主體在自行式滑軌的帶動下沿地下通道下部節段的底面運行，進而將多節地下通道上部節段運送至預定位置，從而依次完成地下通道上部節段與地下通道下部節段的拼裝；該移運拼裝系統操控方便，保障了施工安全；避免了傳統大型吊裝機械對施工場地的限制要求，降低了工程施工對周邊環境的擾動影響，同時減少了由於施工場地增加而帶來的巨額拆遷補償費，降低了工程建設的綜合成本。

二、本發明的預製裝配式地下通道上部節段的移運拼裝方法，首先通過頂進系統依次將多節地下通道下部節段頂進就位拼裝成地下通道下部結構，在已完成的地下通道下部結構內安裝移運拼裝系統進行地下通道上部節段的拼裝施工，通過在支撐主體與地下通道上部節段之間安裝豎向調節機構和水平調節機構，將地下通道上部節段穩定固定在支撐主體上，再利用安裝於支撐主體底部的自行式滑軌依次將多節地下通道上部節段運送至預定位置，並與相對應的地下通道下部節段拼裝就位並連接為整體的地下通道結構。與現有地下通道上部結構全斷面吊裝的施工工藝不同，本發明的移運拼裝方法通過移運拼裝系統將多節地下通道上部節段運送至預定位置實施拼裝，移運拼裝系統的豎向調節機構和水平調節機構能夠與控制系統聯動，在一定程度上提高了地下通道上部節段和地下通道下部節段的拼裝效率及拼裝精度；並根據圍護結構的動態受力特點對移運拼裝系統進行高度調整，避免傳統支撐拆除過程中圍護結構的無支撐現象，降低了工程施工風險；綜上，在確保工程施工質量和安全的前提下，本發明的預製裝配式地下通道上部節段的移運拼裝方法提高了工程施工效率並降低了工程施工風險，最大限度地降低了城市核心區地下通道建設對既有交通運行的不利影響，有助於其市場化推廣及應用，對於實現信息化、綠色化、智能化地下空間建設具有重要的指導意義，提高了城市運行效率，其綜合經濟和社會效益顯著。

附圖說明

圖1為本發明一實施例中地下通道的圍護結構及鋼筋混凝土支撐的結構示意圖；

圖2為本發明一實施例中安裝地下通道下部結構的示意圖；

圖3為本發明一實施例中地下通道下部結構內安裝頂推糾偏換撐系統的示意圖；

圖4為本發明一實施例中地下通道下部結構內安裝移運拼裝系統以拼裝地下通道上部節段的示意圖；

圖5為圖4的剖面圖；

圖6為本發明一實施例中地下通道下部結構內安裝水平定位系統的示意圖。

圖中標號如下：

圍護結構1；第一道鋼筋混凝土支撐2；第二道鋼筋混凝土支撐3；鋼筋混凝土墊層4；底層滑軌5；後靠結構6；頂進系統7；置換頂鐵8；地下通道下部節段10；地下通道上部節段20；支撐主體50；自行式滑軌51；豎向調節機構52；滾軸53；水平調節機構54；加強綴板一55；升降支架31；動力行走裝置32；軸力調整裝置33；加強綴板二33a；斜向調節機構35；反力基座35a；調節杆35b；傳力杆件35c；加強綴板三35d；垂直定位裝置36；雷射接收器36a；雷射發射器36b；水平定位系統60；雷射接收器一60a；雷射發射器一60b。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的預製裝配式地下通道上部節段的移運拼裝系統及方法作進一步詳細說明。根據下面的說明和權利要求書，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。為敘述方便，下文中所述的「上」、「下」與附圖的上、下的方向一致，但這不能成為本發明技術方案的限制。

實施例一：本實施例的地下通道結構是縱截面呈矩形的雙洞地下通道,為便於地下通道結構的預製加工，施工之前預先將地下通道結構豎向分幅為若干節段，每個節段又橫向分割為地下通道上部節段20及地下通道下部節段10，並按設計要求分別預製加工多節地下通道上部節段20和地下通道下部節段10，通過頂進系統7依次將多節地下通道下部節段10頂進就位進而拼裝成地下通道下部結構，下面結合圖4說明本發明的預製裝配式地下通道上部節段的移運拼裝系統，該移運拼裝系統包括支撐主體50、自行式滑軌51、豎向調節機構52及水平調節機構54，自行式滑軌51安裝在地下通道下部結構的底板上，根據地下通道結構的淨空在自行式滑軌51上方架設支撐主體50，支撐主體50的頂端和側面分別安裝豎向調節機構52和水平調節機構54，使得豎向調節機構52和水平調節機構54與地下通道上部節段20的內壁相抵；該移運拼裝系統通過豎向調節機構52和水平調節機構54將地下通道上部節段20穩定固定於支撐主體50的上部，支撐主體50在自行式滑軌51的帶動下沿地下通道下部節段10的底面運行，進而將多節地下通道上部節段20運送至預定位置，從而依次完成地下通道上部節段20與地下通道下部節段10的拼裝；該移運拼裝系統操控方便，保障了施工安全；避免了傳統大型吊裝機械對施工場地的限制要求，降低了工程施工對周邊環境的擾動影響，同時減少了由於施工場地增加而帶來的巨額拆遷補償費，降低了工程建設的綜合成本。

請繼續參考圖4，移運拼裝系統的支撐主體50由若干標準節豎向拼裝而成，該標準節是由型鋼杆件焊接而成的長方體桁架結構，結構更加穩定，相鄰兩個標準節螺栓連接，便於快速拼裝及拆卸，並能夠根據地下通道結構的淨高進行調整；豎向調節機構52採用液壓缸結構，並與控制系統(圖中未示出)連接，豎向調節機構52主要支撐地下通道上部節段20的重量，並能夠對地下通道上部節段20的高度進行微調使其保持水平；水平調節機構54採用液壓缸結構，並與控制系統連接，水平調節機構54能夠調節寬度以適應支撐主體50側面與地下通道上部節段20側面內壁之間的距離，使得地下通道上部節段20穩定固定在支撐主體50上，因此，移動支撐主體50能夠實現地下通道上部節段20的水平位移；自行式滑軌51安裝在已施工就位的地下通道下部節段10的底板上，自行式滑軌51的頂端與支撐主體50連接，自行式滑軌51設有液壓或電動的動力裝置，可實現支撐主體50的前後移運。需指出的是，上文所述控制系統的結構及連接關係為現有技術內容，此處不再贅述。

更佳的，豎向調節機構52的頂部還安裝有滾軸53，在將吊裝的地下通道上部節段20放置於支撐主體50頂端的過程中，滾軸53的設置降低地下通道上部節段20與豎向調節機構52兩者之間的摩擦阻力，更有利於地下通道上部節段20在支撐主體50頂端的快速及安全就位。

如圖4所示，移運拼裝系統還包括垂直定位裝置36，垂直定位裝置36包括分別安裝於已就位的地下通道下部節段10邊緣的雷射接收器二36a，及安裝於地下通道上部節段20邊緣的雷射發射器二36b，雷射接收器二36a和雷射發射器二36b均與控制系統連接；雷射發射器二36b發射的位置信號由雷射接收器二36a接收並傳輸至控制系統，控制系統判斷地下通道上部節段20的位置信號是否符合施工要求，當不符合施工要求時，控制系統發出信號並與水平調節機構54和豎向調節機構52進行聯動，進而調整地下通道上部節段20的位置，實現地下通道上部節段20與地下通道下部節段10的精確定位拼裝。

實施例二：下面結合圖1至圖6說明本發明的預製裝配式地下通道上部節段的移運拼裝方法，具體施工步驟如下：

s101：如圖1所示，施工地下通道的圍護結構1，分批次進行土方開挖及支撐結構施工，並澆築鋼筋混凝土墊層4，具體來講，先行施工地下通道的圍護結構1，進行第一批土方開挖，並施工第一道鋼筋混凝土支撐2，在第一道鋼筋混凝土支撐2達到設計要求的強度後，進行第二批土方開挖，完成後施作第二道鋼筋混凝土支撐3；在第二道鋼筋混凝土支撐3形成後，進行第三批土方開挖，開挖至基底後澆築鋼筋混凝土墊層4；如圖2和圖5所示，在鋼筋混凝土墊層4上鋪設底層滑軌5，在工作井內進行頂進系統7後靠結構6加固施工，並搭建頂進系統7；檢查頂進系統7並在預頂進試驗滿足要求後，吊裝預製的第一節地下通道下部節段10並放置在工作井內的底層滑軌5上，在頂進系統7與第一節地下通道下部節段10之間安裝置換頂鐵8，將第一節地下通道下部節段10向前頂進，使得第二節地下通道下部節段10可安全吊入，將頂進系統7縮回，將第二節地下通道下部節段10放置於底層滑軌5並再次安裝置換頂鐵8，啟動頂進系統7將第二節地下通道下部節段10和第一節地下通道下部節段10同時向前頂進，如此反覆，通過頂進系統7依次將多節地下通道下部節段10頂進就位，拆除第二道鋼筋混凝土支撐3；

s102：如圖4和圖5所示，在已頂進就位的地下通道下部節段的內腔安裝移運拼裝系統，自行式滑軌51安裝在地下通道下部結構的底板上，根據地下通道結構的淨空在自行式滑軌51上方架設支撐主體50，在支撐主體50的頂端和側面分別安裝豎向調節機構52和水平調節機構54並進行預加壓，在工作井內吊裝地下通道上部節段20並放置於支撐主體50上，使得豎向調節機構52和水平調節機構54與地下通道上部節段20的內壁相抵；

s103：啟動豎向調節機構52，將地下通道上部節段20向上頂升，頂升距離應滿足移運及拼裝的施工要求，開啟自行式滑軌51的動力裝置(圖中未示出)，將地下通道上部節段20移運就位，並通過豎向調節機構52及水平調節機構54進行精確定位後，緩慢下放地下通道上部節段20並置於相對應的地下通道下部節段10上，且地下通道上部節段20與地下通道下部節段10的預留鋼筋進行灌漿套筒連接，如此反覆，通過移運拼裝系統依次將多節地下通道上部節段20運輸至預定位置並拼裝就位；

s104：地下通道上部節段20與地下通道下部節段10拼裝施工完成後，分段進行預應力張拉並將地下通道上部節段20與地下通道下部節段10連接形成整體的地下通道結構，最後拆除第一道鋼筋混凝土支撐2，回填地下通道結構的上方覆土並恢復原有地面道路分段。

本發明的預製裝配式地下通道上部節段的移運拼裝方法，首先通過頂進系統7依次將多節地下通道下部節段10頂進就位，在已完成的地下通道下部結構內安裝移運拼裝系統進行地下通道上部節段20的拼裝施工，通過在支撐主體50與地下通道上部節段20之間安裝豎向調節機構52和水平調節機構54，將地下通道上部節段20穩定固定在支撐主體50上，再利用安裝於支撐主體50底部的自行式滑軌51依次將多節地下通道上部節段20運送至預定位置，並與相對應的地下通道下部節段10拼裝就位並連接為整體的地下通道結構。與現有地下通道上部結構全斷面吊裝的施工工藝不同，本發明的移運拼裝方法通過移運拼裝系統將多節地下通道上部節段20運送至預定位置實施拼裝，移運拼裝系統的豎向調節機構52和水平調節機構54能夠與控制系統聯動，在一定程度上提高了地下通道上部節段20和地下通道下部節段10的拼裝效率及拼裝精度；並根據圍護結構1的動態受力特點對移運拼裝系統進行高度調整，避免傳統支撐拆除過程中圍護結構1的無支撐現象，降低了工程施工風險；綜上，在確保工程施工質量和安全的前提下，本發明的預製裝配式地下通道上部節段的移運拼裝方法提高了工程施工效率並降低了工程施工風險，最大限度地降低了城市核心區地下通道建設對既有交通運行的不利影響，有助於其市場化推廣及應用，對於實現信息化、綠色化、智能化地下空間建設具有重要的指導意義，提高了城市運行效率，其綜合經濟和社會效益顯著。

上述步驟s101還包括：如圖3所示，在地下通道下部節段10安裝頂推糾偏換撐系統，該頂推糾偏換撐系統包括設置於圍護結構1與地下通道下部節段10之間，且自下而上設置的升降支架31和軸力調整裝置33，以及支撐在地下通道下部節段10側壁與底板間的可實現軸力調整的斜向調節機構35；升降支架31能夠根據圍護結構1的變形及傳力特點進行換撐高度的調整，安裝於升降支架31底部的動力行走裝置32可以根據具體工況調整升降支架31的水平位置；軸力調整裝置33通過其位移伸縮功能實現頂進過程中的線性校正功能；斜向調節機構35設置於地下通道下部節段10的內壁與底板之間，它包括反力基座35a、調節杆35b及傳力杆件35c，首先在地下通道下部節段10的底板上安裝反力基座35a，調節杆35b及傳力杆件35c依次安裝於反力基座35a上，上述調節杆35b為液壓缸結構，在軸力調整裝置33和斜向調節機構35安裝就位後進行初步加壓，在確保頂推糾偏換撐系統受壓穩定後，再依據圍護結構1變形及受力特點、頂推線性等因素，進行換撐軸力調整，斜向調節機構35能夠實現軸力的實時調整，配合軸力調整裝置33可實現地下通道下部節段10外牆變形的實時校正，實現地下通道上部節段20頂進施工過程中的線性主動糾偏，提高地下通道上部節段20及地下通道下部節段10的拼裝效率，最後，拆除第二道鋼筋混凝土支撐3。該頂推糾偏換撐系統能夠降低鋼筋混凝土支撐拆除過程中圍護結構1的懸臂高度，降低施工風險；頂推糾偏換撐系統能夠適應圍護結構1施工過程中的動態受力特點，實現頂進線性、結構變形及孔位對接過程中的主動控制，優化地下預製結構分節段頂進施工工藝；而且，該頂推糾偏換撐系統安裝速度快，並可以實現循環利用，符合我國建築領域綠色化可持續發展的設計理念。

如圖6所示，上述頂推糾偏換撐系統還包括水平定位系統60，它包括設置於已安裝就位的地下通道下部結構的底板上的雷射接收器一60a，及安裝在待頂進施工的地下通道下部節段10底板上的雷射發射器一60b，雷射接收器一60a和雷射發射器一60b均與控制系統連接；雷射發射器一60b發射的水平位置信號由雷射接收器一60a接收並傳輸至控制系統，控制系統判斷地下通道上部節段20的水平位置信號是否符合施工要求，當不符合施工要求時，控制系統發出信號並與頂進系統7進行聯動實現頂推線性的實時調整，軸力調整裝置33、斜向調節機構35通過與水平定位系統60的聯動實現頂進位移的主動糾偏，從而保證工程施工質量。

此外，根據地下通道上部節段20與支撐主體50之間的空間大小，水平調節機構54的靠近地下通道上部節段20的一端可設置加強綴板一55，根據圍護結構1與地下通道下部結構之間施工空間的大小，軸力調整裝置33的靠近圍護結構1的一端可設置加強綴板二33a，可以通過調整加強綴板一55和加強綴板二33a的長度進一步調節地下通道上部節段20及地下通道下部節段10的水平位置；類似的，斜向調節機構35的調節杆35b與反力基座35a之間設置加強綴板三35d，加強綴板三35d能夠根據預留空間大小調整斜向調節機構35的長度。

如圖5所示，上述後背結構可以是與頂進系統7尾部相抵的厚鐵板或鋼結構件，且後背結構與頂進系統7的頂進軸線垂直，後背結構能夠將頂進系統7推力的反力比較均勻地傳遞到土體中去，避免破壞圍護結構1。

上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明範圍的任何限定，本發明領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬於權利要求範圍。