一種地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)和施工結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)和施工結(jié)構(gòu)，所述初期支護(hù)結(jié)構(gòu)包括：兩個預(yù)導(dǎo)洞、橫向管棚和管棚支撐。其中，兩個預(yù)導(dǎo)洞分別位于待修建地下工程主體空間的橫斷面的上部兩側(cè)拐角處，是沿待修建地下工程主體空間的縱向方向開挖出來的；其中，預(yù)導(dǎo)洞的頂部高于待修建地下工程主體空間頂部；橫向管棚由橫穿待修建地下工程主體空間頂部的上方土體的若干根鋼管組成；對于其中的一根鋼管，該鋼管是從一個預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)，沿待修建地下工程主體空間的橫向方向，向另一個預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)打設(shè)的；管棚支撐位于橫向管棚的鋼管兩端。應(yīng)用本實用新型，可加快地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度，進(jìn)而縮短地下工程的施工工期。
【專利說明】一種地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)和施工結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及地下工程領(lǐng)域，尤其涉及一種地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)和施工結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，在建筑物密集、交通繁忙的城市中心地區(qū)，采用明挖法施工地下工程必須拆遷大量的地層管網(wǎng)和地面建筑物，隨著人們對環(huán)境保護(hù)的呼聲越來越高及政府對環(huán)保的日益重視，既影響交通又不利于環(huán)境保護(hù)的明挖法不再適用。而暗挖法在施工時，不對地下工程上方的地面進(jìn)行全部開挖，對周圍環(huán)境影響較小，尤其適用于城區(qū)地下工程的修建。
[0003]管棚法作為一種重要的暗挖施工法在日本、美國及歐洲各國被廣泛采用。如日本、美國、新加坡等國家應(yīng)用管棚法施作穿越道路、鐵路、機場等建筑結(jié)構(gòu)下方的地下工程，都取得了不錯的效果。同時，國內(nèi)將管棚法用于大型城市地下工程的修建也有20余年的發(fā)展歷史，也積累了一定的施工經(jīng)驗。
[0004]現(xiàn)有的管棚法用于地下工程的修建時，管棚通常是沿地下工程主體空間的縱向方向(或與縱向方向之間存在小角度)打設(shè)的，也就是管棚打設(shè)方向與地下工程主體空間的延伸方向一致。例如，圖1示出了現(xiàn)有的管棚的打設(shè)方向的示意圖。但這種沿縱向方向打設(shè)的管棚結(jié)構(gòu)(簡稱為縱向管棚)，往往只是作為地下工程的初期支護(hù)的先導(dǎo)輔助措施，或者只是作為地下工程的超前初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，主要起到在形成地下工程的初期支護(hù)前防止圍巖坍塌的作用。因此，現(xiàn)有技術(shù)在打設(shè)縱向管棚的基礎(chǔ)上，仍然需要采用在縱向管棚內(nèi)架設(shè)格柵并加噴混凝土的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，以解決地下工程施工的早期受力問題。然而，這種打設(shè)縱向管棚、架設(shè)格柵并加噴混凝土的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工序較多，導(dǎo)致施工進(jìn)度較慢，進(jìn)而使得地下工程的施工工期較長。
[0005]因此，有必要提供一種能夠縮短施工工期的地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法，并尤其適用于軟土地層、軟弱不均地層等大斷面淺埋地下工程的安全、高效施工。
實用新型內(nèi)容
[0006]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型提供了一種地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)和施工結(jié)構(gòu)，用以縮短施工工期。
[0007]本實用新型提供了一種地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括:
[0008]兩個預(yù)導(dǎo)洞，分別位于待修建地下工程主體空間的橫斷面的上部兩側(cè)拐角處，是沿所述待修建地下工程主體空間的縱向方向開挖出來的；所述預(yù)導(dǎo)洞的頂部高于所述待修建地下工程主體空間頂部；
[0009]橫向管棚，由橫穿所述待修建地下工程主體空間頂部的上方土體的若干根鋼管組成；對于其中的一根鋼管，該鋼管是從一個預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)，沿所述待修建地下工程主體空間的橫向方向，向另一個預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)打設(shè)的；
[0010]管棚支撐，位于所述橫向管棚的鋼管兩端。
[0011]其中，所述橫向管棚中的相鄰鋼管之間的距離I滿足條件:D < I < Ifflax ；
[0012]其中，D為鋼管的直徑；1_為所述橫向管棚中的相鄰鋼管之間的距離的最大值，且Imax滿足如下公式1:
[0013]LJ + |l + 2tan 45?！?-=(公式 I)
[0014]公式I中，Φ為鋼管上方土體的內(nèi)摩擦角；Y為鋼管上方土體的重度；σ。為鋼管


2c cosφ
上方土體的單軸抗壓強度；其中，?=(丨—sin》)，C為鋼管上方土體的黏聚力。
[0015]較佳地，所述管棚支撐具體包括:
[0016]回填于所述待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板與所述預(yù)導(dǎo)洞的頂部之間的空間中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)包裹所述橫向管棚中鋼管的兩端，以對所述橫向管棚中的鋼管的兩端進(jìn)行支撐固定。
[0017]進(jìn)一步，所述地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，還包括:
[0018]鋼筋混凝土梁，其沿所述縱向方向設(shè)置于所述預(yù)導(dǎo)洞的外側(cè)壁底角處；其中，所述預(yù)導(dǎo)洞的底部高于所述待修建地下工程主體空間的底部；
[0019]鎖腳錨桿，其打設(shè)于所述預(yù)導(dǎo)洞的外側(cè)壁底角處，并向所述待修建地下工程主體空間外側(cè)延伸。
[0020]進(jìn)一步，所述地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，還包括:
[0021]門式型鋼支撐，其設(shè)于所述預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)，位于所述待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板下方，以支撐其上方的、所述待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板。
[0022]較佳地，所述地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，還包括:打設(shè)于所述預(yù)導(dǎo)洞的外圍的超前管棚和超前小導(dǎo)管。
[0023]本實用新型還提供了一種地下工程的施工結(jié)構(gòu)，包括:
[0024]兩個預(yù)導(dǎo)洞，分別位于待修建地下工程主體空間的橫斷面的上部兩側(cè)拐角處，是沿所述待修建地下工程主體空間的縱向方向開挖出來的；所述預(yù)導(dǎo)洞的頂部高于所述待修建地下工程主體空間頂部；
[0025]橫向管棚，由橫穿所述待修建地下工程主體空間頂部的上方土體的若干根鋼管組成；對于其中的一根鋼管，該鋼管是從一個預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)，沿所述待修建地下工程主體空間的橫向方向，向另一個預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)打設(shè)的；
[0026]管棚支撐，位于所述橫向管棚的鋼管兩端；
[0027]鋼管柱，設(shè)于待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板和底板之間，以支撐待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板；其中，所述待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板施作于所述待修建地下工程主體空間的頂部,所述待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的底板施作于所述待修建地下工程主體空間的底部。
[0028]其中，所述橫向管棚中的相鄰鋼管之間的距離I滿足條件:D彡I彡Ifflax ；
[0029]其中，D為鋼管的直徑；1_為所述橫向管棚中的相鄰鋼管之間的距離的最大值，且Imax滿足如下公式1:
[0030]^max"+|1 +2 lan 1^45 I^Zmax f^ = 0， (公式 I)
[0031]公式I中，φ為鋼管上方土體的內(nèi)摩擦角；Y為鋼管上方土體的重度；σ。為鋼管


Ic cosφ
上方土體的單軸抗壓強度；其中，A = (1—sin0，C為鋼管上方土體的黏聚力。
[0032]較佳地，所述管棚支撐具體包括:
[0033]回填于所述待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板與所述預(yù)導(dǎo)洞的頂部之間的空間中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)包裹所述橫向管棚中鋼管的兩端，以對所述橫向管棚中的鋼管的兩端進(jìn)行支撐固定。
[0034]進(jìn)一步，所述地下工程的施工結(jié)構(gòu)，還包括:
[0035]鋼筋混凝土梁，其沿所述縱向方向設(shè)置于所述預(yù)導(dǎo)洞的外側(cè)壁底角處；其中，所述預(yù)導(dǎo)洞的底部高于所述待修建地下工程主體空間的底部；
[0036]鎖腳錨桿，其打設(shè)于所述預(yù)導(dǎo)洞的外側(cè)壁底角處，并向所述待修建地下工程主體空間外側(cè)延伸。
[0037]本實用新型的技術(shù)方案中，在地下工程主體空間的橫斷面的上部兩側(cè)拐角處分別開挖預(yù)導(dǎo)洞；從其中一個預(yù)導(dǎo)洞向另一個預(yù)導(dǎo)洞，打設(shè)橫穿地下工程主體空間的上方土體的若干根鋼管，組成橫向管棚；之后，對橫向管棚中鋼管的兩端進(jìn)行支撐固定，防止橫向管棚在垂直與地面的方向上的移動，從而形成地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。由于本實用新型的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法在兩個預(yù)導(dǎo)洞的基礎(chǔ)上，采用支撐固定的橫向管棚作為地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，充分利用了橫向管棚中鋼管的強度以及土體的自穩(wěn)能力，從而與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法可明顯減少地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工序，加快了施工進(jìn)度，縮短了地下工程的施工工期；并且在形成初期支護(hù)結(jié)構(gòu)過程中不必架設(shè)格柵并加噴混凝土，可節(jié)省建筑材料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中管棚的打設(shè)方向的示意圖；
[0039]圖2a為本實用新型實施例的地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法的示意圖；
[0040]圖2b為本實用新型實施例的地下工程的施工方法的示意圖；
[0041]圖3a、3b為本實用新型實施例的預(yù)導(dǎo)洞的開挖位置示意圖；
[0042]圖4為本實用新型實施例的地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0043]圖5為本實用新型實施例的施作鋼管柱的示意圖；
[0044]圖6為本實用新型實施例的施作上層的中跨及中跨的頂板的示意圖；
[0045]圖7為本實用新型實施例的施作上層的側(cè)墻以及上層、下層間中板的示意圖；
[0046]圖8為本實用新型實施例的施作下層的側(cè)墻、底板的示意圖。

【具體實施方式】
[0047]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實施例，對本實用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細(xì)節(jié)僅僅是為了使讀者對本實用新型的一個或多個方面有一個透徹的理解，即便沒有這些特定的細(xì)節(jié)也可以實現(xiàn)本實用新型的這些方面。
[0048]本實用新型的技術(shù)方案中，在地下工程主體空間的橫斷面的上部兩側(cè)拐角處，分別開挖預(yù)導(dǎo)洞；從其中一個預(yù)導(dǎo)洞向另一個預(yù)導(dǎo)洞，打設(shè)橫穿地下工程主體空間的上方土體的若干根鋼管，這若干根鋼管組成橫向管棚；之后，對橫向管棚中鋼管的兩端進(jìn)行支撐固定，防止橫向管棚在垂直于地面的方向上的移動，從而形成地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有技術(shù)中采用打設(shè)縱向管棚、架設(shè)格柵并加噴混凝土的方式形成地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。而本實用新型在兩個預(yù)導(dǎo)洞的基礎(chǔ)上，采用支撐固定的橫向管棚作為地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，充分利用了橫向管棚中鋼管的強度以及土體的自穩(wěn)能力；與現(xiàn)有技術(shù)相比，可明顯減少地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工序，加快了施工進(jìn)度，縮短了地下工程的施工工期；并且本實用新型在形成初期支護(hù)結(jié)構(gòu)過程中不必架設(shè)格柵并加噴混凝土，可節(jié)省建筑材料。
[0049]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型的技術(shù)方案。本實用新型實施例提供的地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法，如圖2a所示，具體包括如下步驟:
[0050]S201:分別在待修建地下工程主體空間的橫斷面的上部兩側(cè)拐角處，沿待修建地下工程主體空間的縱向方向開挖預(yù)導(dǎo)洞310。
[0051]具體地，工程人員通常先為待修建地下工程開挖豎井和橫通道，并通過豎井和橫通道進(jìn)入待修建地下工程主體空間的橫斷面處進(jìn)行施工，也就是從橫通道的側(cè)壁開始，進(jìn)行待修建地下工程的施工。其中，待修建地下工程的橫斷面的形狀可以為多種，例如圖3a所示的矩形橫斷面，如圖3b所示的拱形橫斷面等。
[0052]在本步驟中，分別在待修建地下工程主體空間的橫斷面的上部兩側(cè)拐角處，沿待修建地下工程主體空間的縱向方向開挖預(yù)導(dǎo)洞310。其中，開挖的兩個預(yù)導(dǎo)洞310的頂部高于待修建地下工程主體空間頂部；這為下述步驟S202打設(shè)橫向管棚提供了基礎(chǔ)。較優(yōu)地，開挖的預(yù)導(dǎo)洞310的底部低于待修建地下工程主體空間的頂部，高于待修建地下工程主體空間的頂部。換言之，開挖的預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)的空間與待修建地下工程主體空間具有重疊部分。
[0053]而且，對于預(yù)導(dǎo)洞310，可以采用現(xiàn)有的超前管棚和超前小導(dǎo)管施工方法進(jìn)行開挖；也就是，在開挖預(yù)導(dǎo)洞310的過程中，在預(yù)導(dǎo)洞310的掌子面的前端，沿預(yù)導(dǎo)洞310的縱向方向打設(shè)預(yù)導(dǎo)洞310外圍的超前管棚和超前小導(dǎo)管，并開挖支護(hù)預(yù)導(dǎo)洞310。其中，超前管棚和超前小導(dǎo)管的作用是在預(yù)導(dǎo)洞310掘進(jìn)施工時，防止預(yù)導(dǎo)洞310上部圍巖在掌子面開挖支護(hù)期間發(fā)生坍塌。
[0054]其中，對于預(yù)導(dǎo)洞310的側(cè)壁可噴射混凝土進(jìn)行支護(hù)加固；而且預(yù)導(dǎo)洞310的橫斷面的大小能夠保證后續(xù)施工人員完成橫向管棚320的施工即可，在滿足上述條件的情況下，預(yù)導(dǎo)洞310的橫斷面越小越好；具體地，預(yù)導(dǎo)洞310的橫斷面由工程人員根據(jù)地下工程周圍土體的性質(zhì)來確定，例如，可以是2mX2m的大小。
[0055]上述的待修建地下工程主體空間的縱向方向指的是待修建地下工程的長度方向，即待修建地下工程的延伸方法；相應(yīng)地，待修建地下工程主體空間的橫向方向指的是待修建地下工程的寬度方向，與上述的待修建地下工程主體空間的縱向方向垂直。
[0056]S202:在一個預(yù)導(dǎo)洞310內(nèi)，沿待修建地下工程主體空間的橫向方向，向另一個預(yù)導(dǎo)洞310內(nèi)打設(shè)橫穿待修建地下工程主體空間頂部的上方土體的若干根鋼管，組成橫向管棚 320。
[0057]具體地，在開挖支護(hù)完成兩個預(yù)導(dǎo)洞310后，在其中一個預(yù)導(dǎo)洞310內(nèi)，沿待修建地下工程主體空間的橫向方向，向另一個預(yù)導(dǎo)洞310內(nèi)打設(shè)橫穿待修建地下工程主體空間頂部的上方土體的若干根鋼管，打設(shè)的若干根鋼管組成橫向管棚320。
[0058]其中，橫向管棚320中相鄰鋼管之間的距離(即相鄰鋼管的中心軸之間的距離)根據(jù)鋼管上方土體的性質(zhì)來確定，具體可以為:
[0059]根據(jù)如下公式I計算出橫向管棚320中的相鄰鋼管之間的距離的最大值Imax:
[0060]ImJ + |l + 2 tan |^45° - Y | Dlmm--=(公式 I)
[0061]公式I中，φ為鋼管上方土體的內(nèi)摩擦角；Y為鋼管上方土體的重度山為鋼管的



2c cosφ
直徑；σ。為鋼管上方土體的單軸抗壓強度；其中，?=(丨—sin:)，c為鋼管上方土體的黏聚力。
[0062]選取滿足條件D < I ( Ifflax的距離I作為確定出的橫向管棚320中相鄰鋼管之間的距離。也就是說，確定出的橫向管棚320中相鄰鋼管之間的距離I的最小值為鋼管直徑D，即相鄰鋼管緊貼彼此進(jìn)行打設(shè)；1的最小值為根據(jù)公式I計算出的1_。若1>1_，相鄰鋼管之間的距離可能會太大，導(dǎo)致橫向管棚320不能很好地支撐其上方土體，從而起不到初期支護(hù)的作用。
[0063]通常，橫向管棚320中鋼管的直徑是由工程人員進(jìn)行選取的，具體可以為300_。
[0064]S203:對橫向管棚320中的鋼管的兩端進(jìn)行支撐固定，形成地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0065]具體地，施作位于每個預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)的、待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板；從待修建地下工程主體空間的橫斷面處向待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板與該預(yù)導(dǎo)洞的頂部之間的空間回填鋼筋混凝土，使得橫向管棚320中的鋼管的兩端包裹于鋼筋混凝土中?；靥畹匿摻罨炷聊毯蟊憧尚纬射摻罨炷两Y(jié)構(gòu)，以作為管棚支撐對橫向管棚320中的鋼管的兩端進(jìn)行支撐固定，防止橫向管棚320在垂直于地面的方向上的移動。此外，還可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的一些支撐固定方式對橫向管棚320中的鋼管的兩端進(jìn)行支撐固定。其中，預(yù)導(dǎo)洞位于待修建地下工程主體空間的橫斷面的上部兩側(cè)拐角處，也就是說，預(yù)導(dǎo)洞的底部低于待修建地下工程主體空間的頂部。這樣，在待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板與預(yù)導(dǎo)洞的頂部之間便會存在一定的空間。
[0066]由于預(yù)導(dǎo)洞310的橫斷面并不大，可滿足施工人員的施工即可，這樣，回填的鋼筋混凝土的量也較少，遠(yuǎn)少于現(xiàn)有技術(shù)在形成初期支護(hù)結(jié)構(gòu)時在地下工程主體空間中架設(shè)的格柵上噴射的混凝土的量，因此，可節(jié)省建筑材料。
[0067]事實上，在上述步驟S202中完成橫向管棚320的打設(shè)后，可對于每個預(yù)導(dǎo)洞310，在該預(yù)導(dǎo)洞310的外側(cè)壁的底角處(即拱腳處)，沿待修建地下工程主體空間的縱向方向施作鋼筋混凝土梁340并向待修建地下工程主體空間外側(cè)打設(shè)至少一個鎖腳錨桿360，以防止拱腳收縮和掉拱。其中，預(yù)導(dǎo)洞310的外側(cè)壁指的是位于待修建地下工程主體空間外的預(yù)導(dǎo)洞的一側(cè)壁，亦即靠近待修建地下工程主體空間外側(cè)的預(yù)導(dǎo)洞的側(cè)壁。
[0068]而且，還可在每個預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)架設(shè)門式型鋼支撐330，使門式型鋼支撐330的一側(cè)貼在靠近待修建地下工程主體空間中心的、預(yù)導(dǎo)洞310的側(cè)壁上。這樣，在基于架設(shè)的門式型鋼支撐330進(jìn)行待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板的施作。即在架設(shè)的門式型鋼支撐330的上方，施作位于每個預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)的、待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板，使架設(shè)的門式型鋼支撐330支撐其上方的待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板。而且，還在門式型鋼支撐330與預(yù)導(dǎo)洞之間施作位于每個預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)的、待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻。
[0069]通過步驟S201?S203的工序，便可完成基于橫向管棚320的地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。本實用新型的地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)可使得在松散地層中進(jìn)行暗挖施工較為安全，且其用于大斷面或大跨度地下工程的修建時，對地層擾動較小，同時可省去傳統(tǒng)暗挖施工期間的格柵架設(shè)、加噴混凝土的工序，很好地保護(hù)了施工人員的身體健康，并有利于環(huán)境保護(hù)。
[0070]在施作地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)之后，工程人員可根據(jù)待修建地下工程的跨度，確定出后續(xù)開挖地下工程主體空間內(nèi)的土體和修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的方法。
[0071]具體地，當(dāng)待修建地下工程的跨度較小時，可在根據(jù)本實用新型的方法完成地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)后，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法進(jìn)行地下工程主體空間內(nèi)的土體開挖，并完成地下工程主體結(jié)構(gòu)的修建。
[0072]而當(dāng)待修建地下工程的跨度較大時，可根據(jù)如圖2b所示的方法完成待修建地下工程的修建。具體地，本實用新型實施例提供的地下工程的施工方法，具體包括如下步驟:
[0073]S211:施作待修建地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0074]具體地，采用上述地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法，施作待修建地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0075]S212:開挖立柱孔，并在立柱孔中施作待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板到底板間的鋼管柱350。
[0076]具體地，從預(yù)導(dǎo)洞的側(cè)壁開始，沿待修建地下工程主體空間的橫向方向，開挖待修建地下工程主體空間內(nèi)的土體，并在預(yù)設(shè)立柱位置處垂直于地面向待修建地下工程主體空間底部的下方開挖立柱孔后，施作已開挖部分的、待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板、底板、側(cè)墻，并在立柱孔中，施作待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板到底板間的鋼管柱350，使得鋼管柱350支撐待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板。其中，待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板施作于待修建地下工程主體空間的頂部，待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的底板施作于待修建地下工程主體空間的底部。
[0077]較優(yōu)地，施作待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板到底板的鋼管柱350之前，還可在待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板、底板上施作鋼管柱350的柱帽。因而，可在上、下相對的兩個柱帽間施作鋼管柱350。
[0078]而且，預(yù)設(shè)立柱位置是工程人員根據(jù)待修建地下工程的跨度預(yù)先設(shè)計的。通常，跨度越大，在待修建地下工程主體空間的橫向方向上施作的鋼管柱350越多。例如，如圖5所示，根據(jù)待修建地下工程的跨度，在待修建地下工程主體空間的橫向方向上的一個面內(nèi)施作了兩根鋼管柱350。
[0079]S213:開挖待修建地下工程主體空間內(nèi)的剩余土體后，施作待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的剩余部分的頂板、底板、側(cè)墻，并完成地下工程的修建。
[0080]例如，施作鋼管柱350后，所形成的待修建地下工程的結(jié)構(gòu)如圖5所示。之后，如圖6、7、8所示，可將待修建地下工程主體空間分為上層、下層，開挖上層的中跨的土體，并施作中跨的頂板；分段開挖上層中的剩余土體后，施作上層、下層之間的中板，并施作上層的剩余部分的側(cè)墻；分段、分塊開挖下層中的土體后，施作底板和下層的側(cè)墻。在完成待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板、底板、側(cè)墻的施作后，進(jìn)而完成地下工程的修建。
[0081]基于上述的地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法，本實用新型實施例還提供了一種地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，具體包括:兩個預(yù)導(dǎo)洞310、橫向管棚320和管棚支撐。
[0082]兩個預(yù)導(dǎo)洞310分別位于待修建地下工程主體空間的橫斷面的上部兩側(cè)拐角處，是沿待修建地下工程主體空間的縱向方向開挖出來的；預(yù)導(dǎo)洞的頂部高于待修建地下工程主體空間頂部。
[0083]橫向管棚320由橫穿待修建地下工程主體空間頂部的上方土體的若干根鋼管組成；對于其中的一根鋼管，該鋼管是從一個預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)，沿待修建地下工程主體空間的橫向方向，向另一個預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)打設(shè)的。
[0084]管棚支撐位于橫向管棚320的鋼管兩端。具體地，管棚支撐包括:回填于待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板與預(yù)導(dǎo)洞310的頂部之間的空間中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)包裹橫向管棚320中鋼管的兩端，以對橫向管棚320中的鋼管的兩端進(jìn)行支撐固定。
[0085]其中，橫向管棚320中的相鄰鋼管之間的距離I滿足條件:D彡I彡Ifflax ；
[0086]其中，D為鋼管的直徑；1_為所述橫向管棚中的相鄰鋼管之間的距離的最大值，且Imax是根據(jù)如下公式I計算出來的:
[0087]ImJ + |l + 2tan 45° 卜c =0， (公式 I)
[0088]公式I中，Φ為鋼管上方土體的內(nèi)摩擦角；Y為鋼管上方土體的重度；σ。為鋼管


2ccosφ
上方土體的單軸抗壓強度；其中，KC為鋼管上方土體的黏聚力。
[0089]進(jìn)一步，上述的地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)還可包括:鋼筋混凝土梁340，鎖腳錨桿360、門式型鋼支撐330。
[0090]鋼筋混凝土梁340，其沿所述縱向方向設(shè)置于所述預(yù)導(dǎo)洞的外側(cè)壁底角處。其中，預(yù)導(dǎo)洞310的底部高于待修建地下工程主體空間的底部。
[0091]鎖腳錨桿360打設(shè)于預(yù)導(dǎo)洞310的外側(cè)壁底角處，并向待修建地下工程主體空間外側(cè)延伸。
[0092]門式型鋼支撐330設(shè)于預(yù)導(dǎo)洞310內(nèi)，并位于待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板下方，以支撐其上方的、待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板。
[0093]基于上述的地下工程的施工方法，本實用新型實施例提供的地下工程的施工結(jié)構(gòu)，具體包括:上述的地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)和鋼管柱350。
[0094]其中，鋼管柱350設(shè)于待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板和底板之間，以支撐待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板；其中，待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板施作于待修建地下工程主體空間的頂部,待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的底板施作于待修建地下工程主體空間的底部。
[0095]綜上所述，本實用新型的技術(shù)方案中，在地下工程主體空間的橫斷面的上部兩側(cè)拐角處分別開挖預(yù)導(dǎo)洞；從其中一個預(yù)導(dǎo)洞向另一個預(yù)導(dǎo)洞，打設(shè)橫穿地下工程主體空間的上方土體的若干根鋼管，組成橫向管棚；之后，對橫向管棚中鋼管的兩端進(jìn)行支撐固定，防止橫向管棚在垂直與地面的方向上的移動，從而形成地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。由于本實用新型的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法在兩個預(yù)導(dǎo)洞的基礎(chǔ)上，采用支撐固定的橫向管棚作為地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，充分利用了橫向管棚中鋼管的強度以及土體的自穩(wěn)能力，從而與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方法可明顯減少地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工序，加快了施工進(jìn)度，縮短了地下工程的施工工期；并且在形成初期支護(hù)結(jié)構(gòu)過程中不必架設(shè)格柵并加噴混凝土，可節(jié)省建筑材料。
[0096]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種地下工程的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 兩個預(yù)導(dǎo)洞，分別位于待修建地下工程主體空間的橫斷面的上部兩側(cè)拐角處，是沿所述待修建地下工程主體空間的縱向方向開挖出來的；所述預(yù)導(dǎo)洞的頂部高于所述待修建地下工程主體空間頂部； 橫向管棚，由橫穿所述待修建地下工程主體空間頂部的上方土體的若干根鋼管組成；對于其中的一根鋼管，該鋼管是從一個預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)，沿所述待修建地下工程主體空間的橫向方向，向另一個預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)打設(shè)的； 管棚支撐，位于所述橫向管棚的鋼管兩端。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述橫向管棚中的相鄰鋼管之間的距離I滿足條件=D^ I ^ Ifflax ； 其中，D為鋼管的直徑；1_為所述橫向管棚中的相鄰鋼管之間的距離的最大值，且Imax滿足如下公式1: Lm2 + |l + 2tan 45°—魯 |-DZmax > r =。， (公式 I) 公式I中，Φ為鋼管上方土體的內(nèi)摩擦角；Y為鋼管上方土體的重度；σ。為鋼管上方

2c cosφ土體的單軸抗壓強度；其中，K = (1_sin&，c為鋼管上方土體的黏聚力。
3.如權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述管棚支撐具體包括: 回填于所述待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板與所述預(yù)導(dǎo)洞的頂部之間的空間中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)包裹所述橫向管棚中鋼管的兩端，以對所述橫向管棚中的鋼管的兩端進(jìn)行支撐固定。
4.如權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 鋼筋混凝土梁，其沿所述縱向方向設(shè)置于所述預(yù)導(dǎo)洞的外側(cè)壁底角處；其中，所述預(yù)導(dǎo)洞的底部高于所述待修建地下工程主體空間的底部； 鎖腳錨桿，其打設(shè)于所述預(yù)導(dǎo)洞的外側(cè)壁底角處，并向所述待修建地下工程主體空間外側(cè)延伸。
5.如權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 門式型鋼支撐，其設(shè)于所述預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)，位于所述待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板下方，以支撐其上方的、所述待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板。
6.如權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括:打設(shè)于所述預(yù)導(dǎo)洞的外圍的超前管棚和超前小導(dǎo)管。
7.一種地下工程的施工結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 兩個預(yù)導(dǎo)洞，分別位于待修建地下工程主體空間的橫斷面的上部兩側(cè)拐角處，是沿所述待修建地下工程主體空間的縱向方向開挖出來的；所述預(yù)導(dǎo)洞的頂部高于所述待修建地下工程主體空間頂部； 橫向管棚，由橫穿所述待修建地下工程主體空間頂部的上方土體的若干根鋼管組成；對于其中的一根鋼管，該鋼管是從一個預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)，沿所述待修建地下工程主體空間的橫向方向，向另一個預(yù)導(dǎo)洞內(nèi)打設(shè)的； 管棚支撐，位于所述橫向管棚的鋼管兩端； 鋼管柱，設(shè)于待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板和底板之間，以支撐待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板；其中，所述待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板施作于所述待修建地下工程主體空間的頂部，所述待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的底板施作于所述待修建地下工程主體空間的底部。
8.如權(quán)利要求7所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述橫向管棚中的相鄰鋼管之間的距離I滿足條件=D^ I ^ Ifflax ； 其中，D為鋼管的直徑；1_為所述橫向管棚中的相鄰鋼管之間的距離的最大值，且Imax滿足如下公式1: LJ +|l + 2tan〔45?！?0Dliwi — = O， (公式 I) 公式I中，Φ為鋼管上方土體的內(nèi)摩擦角；Y為鋼管上方土體的重度；σ。為鋼管上方

2ccosφ土體的單軸抗壓強度；其中，σ( =(1—sin&，C為鋼管上方土體的黏聚力。
9.如權(quán)利要求7或8所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述管棚支撐具體包括: 回填于所述待修建地下工程主體結(jié)構(gòu)的頂板與所述預(yù)導(dǎo)洞的頂部之間的空間中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)包裹所述橫向管棚中鋼管的兩端，以對所述橫向管棚中的鋼管的兩端進(jìn)行支撐固定。
10.如權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 鋼筋混凝土梁，其沿所述縱向方向設(shè)置于所述預(yù)導(dǎo)洞的外側(cè)壁底角處；其中，所述預(yù)導(dǎo)洞的底部高于所述待修建地下工程主體空間的底部； 鎖腳錨桿，其打設(shè)于所述預(yù)導(dǎo)洞的外側(cè)壁底角處，并向所述待修建地下工程主體空間外側(cè)延伸。
【文檔編號】E21D9/00GK203925505SQ201420203660
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】陳學(xué)峰, 譚富圣, 劉國生, 王楊, 呂剛, 劉建友, 馬福東, 高玉蘭 申請人:中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司