预制装配式地下通道结构的顶推纠偏换撑系统及方法与流程

本发明涉及地下工程建设技术领域，特别涉及一种预制装配式地下通道结构的顶推纠偏换撑系统及方法。

背景技术：

随着大中型城市交通拥堵现象日益严重，将迎来越来越多的交通基础设施立体化改建项目，然而，在人口密集的城市核心区开展地下通道的建设，必然面临着施工场地狭小、环境保护要求苛刻等难题。

现有地下通道基坑开挖常采用围护结构加多道钢筋混凝土支撑的形式，在地下通道结构构筑过程中，依次由下往上逐渐拆除多道钢筋混凝土支撑，直至地下通道结构全部完成施工。如图1和图2所示，常规地下通道结构100与围护结构1之间需留有一定的施工空间，用于模板架设及后期防水体系施工；在基坑开挖及钢筋混凝土支撑2、3逐道拆除的过程中，为了减少围护结构1因无支撑范围大而导致的变形严重甚至坍塌等事故，需在地下通道结构100底板与围护结构1之间的合理位置设置传力板带结构。现有传力板带结构多采用如图1中所示的上翻牛腿101，或如图2中所示的地下通道结构底板延伸浇筑段102。但是由于其自身特点的限制，现有传力板带结构具有如下缺点：

1、传力高度无法根据围护结构的动态受力特点进行调整；

2、对于地下通道结构的变形不能起到主动调整的作用；

3、对于地下通道结构顶推施工工艺，无法起到控制或调整顶推线性的作用；

4、在地下通道结构上部节段及下部节段的对接过程中，对于孔位对接施工，无法实现下部节段的位移校正。

技术实现要素：

针对现有传力板带结构无法根据围护结构的受力特点及地下通道结构的变形进行主动调整，而且现有顶推施工工艺无法起到控制或调整顶推线性作用的问题。本发明的目的是提供一种预制装配式地下通道结构的顶推纠偏换撑系统及方法，斜向调节机构能够实现轴力的实时调整，配合轴力调整装置可实现地下通道下部结构外墙变形的实时校正，实现地下通道上部节段顶进施工过程中的线性主动纠偏，提高地下通道上部节段及地下通道下部节段的拼装效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：预制装配式地下通道结构的顶推纠偏换撑系统，预先将地下通道结构竖向分幅为若干节段，每个节段又横向分割为地下通道上部节段及地下通道下部节段，分别预制加工多节所述地下通道上部节段和所述地下通道下部节段，通过顶进系统依次将多节所述地下通道下部节段顶进就位进而拼装成地下通道下部结构，所述顶推纠偏换撑系统包括设置于所述围护结构与所述地下通道下部结构之间的升降支架和轴力调整装置，以及支撑在所述地下通道下部结构侧壁与底板间的斜向调节机构，所述升降支架的底部安装动力行走装置，所述轴力调整装置设置于所述升降支架上，且所述轴力调整装置的两端分别与所述围护结构及所述地下通道下部节段相抵，所述斜向调节机构包括安装于所述地下通道下部节段底板上的反力基座、依次安装于所述反力基座上的调节杆及传力杆件，所述轴力调整装置及所述调节杆均为液压缸结构。

优选的，它还包括水平定位系统，它包括设置于已安装就位的所述地下通道下部节段底板上的激光接收器一，及安装于待顶进施工的所述地下通道下部节段底板上的激光发射器一，所述激光接收器一和所述激光发射器一均与控制系统连接。

优选的，所述轴力调整装置的靠近所述围护结构的一端设置加强缀板二，所述斜向调节机构的调节杆与反力基座之间设置加强缀板三。

另外，本发明还提供了一种预制装配式地下通道结构的顶推纠偏换撑方法，步骤如下：

s101：施工地下通道的围护结构，分批次进行土方开挖及钢筋混凝土支撑结构施工，并浇筑钢筋混凝土垫层，在所述钢筋混凝土垫层上铺设底层滑轨，在工作井内进行顶进系统后靠结构加固施工，并搭建顶进系统，检查所述顶进系统并在预顶进试验满足要求后，通过所述顶进系统依次将多节所述地下通道下部节段顶进就位，拆除靠近所述钢筋混凝土垫层的钢筋混凝土支撑；

s102：在已顶进就位的所述地下通道下部节段安装顶推纠偏换撑系统，在所述围护结构与所述地下通道下部节段之间的施工空间内放置升降支架，将轴力调整装置安装在所述升降支架的顶端，使得所述轴力调整装置的两端与所述围护结构和所述地下通道下部节段相抵，在所述地下通道下部结构的侧壁与底板之间安装斜向调节机构，即在所述地下通道下部结构的底板上安装反力基座，调节杆及传力杆件依次安装于所述反力基座上；

s103：在所述轴力调整装置和所述斜向调节机构安装就位后进行初步加压，在确保所述顶推纠偏换撑系统受压稳定后，再依据围护结构变形、受力特点及顶推线性因素，进行换撑轴力调整。

优选的，所述步骤s102还包括，在所述地下通道下部节段安装水平定位系统，所述水平定位系统的激光接收器一设置于已安装就位的所述地下通道下部节段的底板上，所述水平定位系统的激光发射器一安装在待顶进施工的所述地下通道下部节段的底板上，所述激光接收器一和所述激光发射器一均与控制系统连接。

优选的，所述步骤s103后还包括步骤s104：在已顶进就位的所述地下通道下部结构的内腔安装移运拼装系统，所述移运拼装系统包括支撑主体、自行式滑轨、竖向调节机构及水平调节机构，所述自行式滑轨安装在所述地下通道下部结构的底板上，根据所述地下通道结构的净空在所述自行式滑轨上方架设所述支撑主体，在所述支撑主体的顶端和侧面分别安装所述竖向调节机构和所述水平调节机构并进行预加压，在工作井内吊装所述地下通道上部节段并放置于所述支撑主体上，使得所述竖向调节机构和所述水平调节机构与所述地下通道上部节段的内壁相抵；启动所述竖向调节机构，将所述地下通道上部节段向上顶升，顶升距离应满足移运及拼装的施工要求，开启所述自行式滑轨的动力装置，将所述地下通道上部节段移运就位，通过所述竖向调节机构及所述水平调节机构进行精确定位后，缓慢下放所述地下通道上部节段并置于相对应的所述地下通道下部节段上，且所述地下通道上部节段与所述地下通道下部节段的预留钢筋进行灌浆套筒连接，如此反复，通过所述移运拼装系统依次将多节所述地下通道上部节段运输至预定位置并拼装就位。

优选的，所述步骤s104后还包括步骤s105：所述地下通道上部节段与所述地下通道下部节段拼装施工完成后，分段进行预应力张拉并将所述地下通道上部节段与所述地下通道下部节段连接形成整体的所述地下通道结构，最后拆除靠近所述钢筋混凝土垫层的钢筋混凝土支撑，回填所述地下通道结构的上方覆土并恢复原有地面道路分段。

优选的，所述移运拼装系统的支撑主体由若干标准节竖向拼装而成，所述标准节是由型钢杆件焊接而成的长方体桁架结构，相邻两个所述标准节螺栓连接，所述自行式滑轨设有液压或电动的动力装置。

优选的，所述移运拼装系统的竖向调节机构和水平调节机构均采用液压缸结构，且所述竖向调节机构和所述水平调节机构与控制系统连接，所述竖向调节机构的顶部还安装有滚轴。

优选的，所述移运拼装系统还包括垂直定位装置，所述垂直定位装置包括安装于已就位的所述地下通道下部节段边缘的激光接收器，及安装于所述地下通道上部节段边缘的激光发射器，所述激光接收器和所述激光发射器均与控制系统连接。

本发明的效果在于：

一、本发明的预制装配式地下通道结构的顶推纠偏换撑系统，它包括设置于围护结构与地下通道下部节段之间的升降支架和轴力调整装置，以及支撑在地下通道下部节段内壁与底板间的可实现轴力调整的斜向调节机构，斜向调节机构能够实现轴力的实时调整，配合轴力调整装置可实现地下通道下部结构外墙变形的实时校正，实现地下通道上部节段顶进施工过程中的线性主动纠偏，提高地下通道上部节段及地下通道下部节段的拼装效率。综上，该顶推纠偏换撑系统能够降低钢筋混凝土支撑拆除过程中围护结构的悬臂高度，降低施工风险；顶推纠偏换撑系统能够适应围护结构施工过程中的动态受力特点，实现顶进线性、结构变形及孔位对接过程中的主动控制，优化地下预制结构分节段顶进施工工艺，并通过与水平定位系统的联动实现顶进位移的主动纠偏，从而保证工程施工质量；而且，该顶推纠偏换撑系统安装速度快，并可以实现循环利用，符合我国建筑领域绿色化可持续发展的设计理念。

二、本发明的预制装配式地下通道结构的顶推纠偏换撑方法，首先通过顶进系统依次将多节地下通道下部节段顶进就位，在地下通道下部节段安装顶推纠偏换撑系统，在轴力调整装置和斜向调节机构安装就位后进行初步加压，在确保顶推纠偏换撑系统受压稳定后，再依据围护结构变形及受力特点、顶推线性等因素，进行换撑轴力调整，该顶推纠偏换撑方法操作步骤简单，能够适应围护结构施工过程中的动态受力特点，实现顶进线性、结构变形及孔位对接过程中的主动控制，优化地下预制结构分节段顶进施工工艺，从而保证工程施工质量。

附图说明

图1为现有传力板带结构中上翻牛腿的结构示意图；

图2为现有传力板带结构中地下通道结构底板延伸浇筑段的结构示意图；

图3为本发明一实施例中地下通道的围护结构及钢筋混凝土支撑的结构示意图；

图4为本发明一实施例中安装地下通道下部结构的示意图；

图5为本发明一实施例中地下通道下部结构内安装顶推纠偏换撑系统的示意图；

图6为本发明一实施例中地下通道下部结构内安装移运拼装系统以拼装地下通道上部节段的示意图；

图7为图6的剖面图；

图8为本发明一实施例中地下通道下部结构内安装水平定位系统的示意图。

图中标号如下：

围护结构1；第一道钢筋混凝土支撑2；第二道钢筋混凝土支撑3；钢筋混凝土垫层4；底层滑轨5；后靠结构6；顶进系统7；置换顶铁8；地下通道下部节段10；地下通道上部节段20；支撑主体50；自行式滑轨51；竖向调节机构52；滚轴53；水平调节机构54；加强缀板一55；升降支架31；动力行走装置32；轴力调整装置33；加强缀板二33a；斜向调节机构35；反力基座35a；调节杆35b；传力杆件35c；加强缀板三35d；垂直定位装置36；激光接收器二36a；激光发射器二36b；水平定位系统60；激光接收器一60a；激光发射器一60b。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的预制装配式地下通道结构的顶推纠偏换撑系统及方法作进一步详细说明。根据下面的说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

实施例一：本实施例的地下通道结构是纵截面呈矩形的双洞地下通道,为便于地下通道结构的预制加工，施工之前预先将地下通道结构竖向分幅为若干节段，每个节段又横向分割为地下通道上部节段及地下通道下部节段10，并按设计要求分别预制加工多节地下通道上部节段和地下通道下部节段10，通过顶进系统7依次将多节地下通道下部节段10顶进就位进而拼装成地下通道下部结构。下面结合图5说明本发明的预制装配式地下通道结构的顶推纠偏换撑系统，它包括设置于围护结构1与地下通道下部节段10之间的升降支架31和轴力调整装置33，以及支撑在地下通道下部节段10侧壁与底板间的可实现轴力调整的斜向调节机构35；升降支架31能够根据围护结构1的变形及传力特点进行换撑高度的调整，安装于升降支架31底部的动力行走装置32可以根据具体工况调整升降支架31的水平位置；轴力调整装置33设置于升降支架31的顶部，轴力调整装置33的两端分别与围护结构1及地下通道下部节段10相抵，通过轴力调整装置33的水平位移伸缩功能实现顶进过程中的线性校正功能；斜向调节机构35设置于地下通道下部节段10的内壁与底板之间，它包括反力基座35a、调节杆35b及传力杆件35c，首先在地下通道下部节段10的底板上安装反力基座35a，调节杆35b及传力杆件35c依次安装于反力基座35a上，上述轴力调整装置33及调节杆35b为液压缸结构。在轴力调整装置33和斜向调节机构35安装就位后进行初步加压，在确保顶推纠偏换撑系统受压稳定后，再依据围护结构1变形及受力特点、顶推线性等因素，进行换撑轴力调整。

本发明的预制装配式地下通道结构的顶推纠偏换撑系统，它包括设置于围护结构1与地下通道下部节段10之间的升降支架31和轴力调整装置33，以及支撑在地下通道下部节段10内壁与底板间的可实现轴力调整的斜向调节机构35，斜向调节机构35能够实现轴力的实时调整，配合轴力调整装置33可实现地下通道下部结构外墙变形的实时校正，实现地下通道上部节段顶进施工过程中的线性主动纠偏，提高地下通道上部节段及地下通道下部节段10的拼装效率。综上，该顶推纠偏换撑系统能够降低钢筋混凝土支撑拆除过程中围护结构1的悬臂高度，降低施工风险；顶推纠偏换撑系统能够适应围护结构1施工过程中的动态受力特点，实现顶进线性、结构变形及孔位对接过程中的主动控制，而且，该顶推纠偏换撑系统安装速度快，并可以实现循环利用，符合我国建筑领域绿色化可持续发展的设计理念。

如图8所示，上述顶推纠偏换撑系统还包括水平定位系统60，它包括设置于已安装就位的地下通道下部节段10底板上的激光接收器一60a，及安装在待顶进施工的地下通道下部节段10底板上的激光发射器一60b，激光接收器一60a和激光发射器一60b均与控制系统连接；激光发射器一60b发射的水平位置信号由激光接收器一60a接收并传输至控制系统，控制系统判断地下通道上部节段的水平位置信号是否符合施工要求，当不符合施工要求时，控制系统发出信号并与顶进系统7进行联动实现顶推线性的实时调整。需指出的是，上文所述控制系统的结构及连接关系为现有技术内容，此处不再赘述。

更佳的，根据围护结构1与地下通道下部结构之间施工空间的大小，轴力调整装置33的靠近围护结构1的一端可设置加强缀板二33a，通过调整加强缀板二33a的长度调节地下通道下部节段10的水平位置；类似的，斜向调节机构35的调节杆35b与反力基座35a之间设置加强缀板三35d，加强缀板三35d能够根据预留空间大小调整斜向调节机构35的长度。

实施例二：下面结合图3至图8说明本发明的预制装配式地下通道结构的顶推纠偏换撑方法，具体施工步骤如下：

s101：如图3所示，施工地下通道的围护结构1，分批次进行土方开挖及支撑结构施工，并浇筑钢筋混凝土垫层4；具体来讲，先行施工地下通道的围护结构1，进行第一批土方开挖，并施工第一道钢筋混凝土支撑2，在第一道钢筋混凝土支撑2达到设计要求的强度后，进行第二批土方开挖，完成后施作第二道钢筋混凝土支撑3；在第二道钢筋混凝土支撑3形成后，进行第三批土方开挖，开挖至基底后浇筑钢筋混凝土垫层4；如图4和图7所示，在钢筋混凝土垫层4上铺设底层滑轨5，在工作井内进行顶进系统7后靠结构6加固施工，并搭建顶进系，统检查顶进系统7并在预顶进试验满足要求后，吊装预制的第一节地下通道下部节段10并放置在工作井内的底层滑轨5上，在顶进系统7与第一节地下通道下部节段10之间安装置换顶铁8，将第一节地下通道下部节段10向前顶进，使得第二节地下通道下部节段10可安全吊入，将顶进系统7缩回，将第二节地下通道下部节段10放置于底层滑轨5并再次安装置换顶铁8，启动顶进系统7将第二节地下通道下部节段10和第一节地下通道下部节段10同时向前顶进，如此反复，通过顶进系统7依次将多节地下通道下部节段10顶进就位，拆除第二道钢筋混凝土支撑3；

s102：如图5所示，在已顶进就位的地下通道下部节段10安装顶推纠偏换撑系统，首先在围护结构1与地下通道下部节段10之间的施工空间内放置升降支架31，将轴力调整装置33安装在升降支架31的顶端，使得轴力调整装置33的两端分别与围护结构1和地下通道下部节段10相抵，在地下通道下部结构侧壁与底板之间安装斜向调节机构35，即在地下通道下部结构的底板上安装反力基座35a，调节杆35b及传力杆件35c依次安装于反力基座35a上；

s103：在轴力调整装置33和斜向调节机构35安装就位后进行初步加压，在确保顶推纠偏换撑系统受压稳定后，再依据围护结构1变形及受力特点、顶推线性等因素，进行换撑轴力调整，包括调节升降支架31的高度、轴力调整装置33及斜向调节机构35的长度等。

本发明的预制装配式地下通道结构的顶推纠偏换撑方法，首先通过顶进系统7依次将多节地下通道下部节段10顶进就位，在地下通道下部节段10安装顶推纠偏换撑系统，在轴力调整装置33和斜向调节机构35安装就位后进行初步加压，在确保顶推纠偏换撑系统受压稳定后，再依据围护结构1变形及受力特点、顶推线性等因素，进行换撑轴力调整，该顶推纠偏换撑方法操作步骤简单，能够适应围护结构1施工过程中的动态受力特点，实现顶进线性、结构变形及孔位对接过程中的主动控制，优化地下预制结构分节段顶进施工工艺，从而保证工程施工质量。

上述步骤s102还包括，在地下通道下部节段10安装水平定位系统60，水平定位系统60的激光接收器一60a设置于已安装就位的地下通道下部节段10底板上，激光发射器一60b安装在待顶进施工的地下通道下部节段10底板上，激光接收器一60a和激光发射器一60b均与控制系统连接，上述轴力调整装置33和斜向调节机构35通过与水平定位系统60联动可实现地下通道下部节段10顶推位移的主动纠偏。

上述步骤s103后还包括步骤s104：在已顶进就位的地下通道下部结构的内腔安装移运拼装系统，该移运拼装系统包括支撑主体50、自行式滑轨51、竖向调节机构52及水平调节机构54，自行式滑轨51安装在地下通道下部结构的底板上，根据地下通道结构的净空在自行式滑轨51上方架设支撑主体50，在支撑主体50的顶端和侧面分别安装竖向调节机构52和水平调节机构54并进行预加压，在工作井内吊装地下通道上部节段并放置于支撑主体50上，使得竖向调节机构52和水平调节机构54与地下通道上部节段的内壁相抵；启动竖向调节机构52，将地下通道上部节段向上顶升，顶升距离应满足移运及拼装的施工要求，开启自行式滑轨51的动力装置(图中未示出)，将地下通道上部节段移运就位，通过竖向调节机构52及水平调节机构54进行精确定位后，缓慢下放地下通道上部节段并置于相对应的地下通道下部节段10上，且地下通道上部节段与地下通道下部节段10的预留钢筋进行灌浆套筒连接，如此反复，通过移运拼装系统依次将多节地下通道上部节段运输至预定位置并拼装就位；地下通道上部节段与地下通道下部节段10拼装施工完成后，分段进行预应力张拉并将地下通道上部节段与地下通道下部节段10连接形成整体的地下通道结构，最后拆除第一道钢筋混凝土支撑2，回填地下通道结构的上方覆土并恢复原有地面道路分段。

与现有地下通道上部结构全断面吊装的施工工艺不同，多节地下通道上部节段通过移运拼装系统运送至预定位置实施拼装，并根据围护结构1的动态受力特点对移运拼装系统进行高度调整，避免传统支撑拆除过程中围护结构1的无支撑现象，降低了工程施工风险；移运拼装系统的竖向调节机构52和水平调节机构54能够与控制系统联动，在一定程度上提高了地下通道上部节段和地下通道下部节段10的拼装效率及拼装精度；综上，在确保工程施工质量和安全的前提下，本发明通过对传统分段预制现场拼装施工工艺进行一系列的技术创新及工艺优化，提高了工程施工效率并降低了工程施工风险，最大限度地降低了城市核心区地下通道建设对既有交通运行的不利影响，有助于分段预制现场拼装施工工艺的市场化推广及应用，对于实现信息化、绿色化、智能化地下空间建设具有重要的指导意义，提高了城市运行效率，其综合经济和社会效益显著。

请继续参考图6，上述移运拼装系统的支撑主体50由若干标准节竖向拼装而成，该标准节是由型钢杆件焊接而成的长方体桁架结构，结构更加稳定，相邻两个标准节螺栓连接，便于快速拼装及拆卸，并能够根据地下通道结构的净高进行调整；竖向调节机构52采用液压缸结构，并与控制系统(图中未示出)连接，竖向调节机构52主要支撑地下通道上部节段的重量，并能够对地下通道上部节段的高度进行微调使其保持水平；水平调节机构54采用液压缸结构，并与控制系统连接，水平调节机构54能够调节宽度以适应支撑主体50侧面与地下通道上部节段侧面内壁之间的距离，使得地下通道上部节段稳定固定在支撑主体50上，因此，移动支撑主体50能够实现地下通道上部节段的水平位移；自行式滑轨51安装在已施工就位的地下通道下部节段10的底板上，自行式滑轨51的顶端与支撑主体50连接，自行式滑轨51设有液压或电动动力装置，可实现支撑主体50的前后移运。

所述移运拼装系统通过竖向调节机构52和水平调节机构54将地下通道上部节段稳定固定于支撑主体50的上部，支撑主体50在自行式滑轨51的带动下沿地下通道下部节段10的底面运行，进而将多节地下通道上部节段运送至预定位置，从而依次完成地下通道上部节段与地下通道下部节段10的拼装；该移运拼装系统操控方便，保障了施工安全；避免了传统大型吊装机械对施工场地的限制要求，降低了工程施工对周边环境的扰动影响，同时减少了由于施工场地增加而带来的巨额拆迁补偿，降低了工程建设的综合成本。

更佳的，上述竖向调节机构52的顶部还安装有滚轴53，在将吊装的地下通道上部节段放置于支撑主体50顶端的过程中，滚轴53的设置降低地下通道上部节段与竖向调节机构52两者之间的摩擦阻力，更有利于地下通道上部节段在支撑主体50顶端的快速及安全就位。

如图6所示，移运拼装系统还包括垂直定位装置36，垂直定位装置36包括分别安装于已就位的地下通道下部节段10边缘的激光接收器二36a，及安装于地下通道上部节段边缘的激光发射器二36b，激光接收器二36a和激光发射器二36b均与控制系统连接；激光发射器二36b发射的位置信号由激光接收器二36a接收并传输至控制系统，控制系统判断地下通道上部节段的位置信号是否符合施工要求，当不符合施工要求时，控制系统发出信号并与水平调节机构54和竖向调节机构52进行联动，进而调整地下通道上部节段的位置，实现地下通道上部节段与地下通道下部节段10的精确定位拼装。

此外，根据地下通道上部节段与支撑主体50之间的空间大小，水平调节机构54的靠近地下通道上部节段的一端可设置加强缀板一55。

如图7所示，上述后背结构6可以是与顶进系统7尾部相抵的厚铁板或钢结构件，且后背结构6与顶进系统7的顶进轴线垂直，后背结构6能够将顶进系统7推力的反力比较均匀地传递到土体中去，避免破坏围护结构1。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求范围。