一种地下工程的初期支护结构及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种地下工程的初期支护结构及其施工方法，所述方法包括：分别在待修建地下工程主体空间的横断面的上部两侧拐角处，沿待修建地下工程主体空间的纵向方向开挖预导洞，且预导洞的顶部高于待修建地下工程主体空间的顶部；在一个预导洞内，沿待修建地下工程主体空间的横向方向，向另一个预导洞内打设横穿待修建地下工程主体空间顶部的上方土体的若干根钢管，组成横向管棚；对横向管棚中的钢管的两端进行支撑固定后，形成地下工程的初期支护结构。应用本发明，可加快地下工程的初期支护结构的施工进度，进而缩短地下工程的施工工期。
【专利说明】一种地下工程的初期支护结构及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及地下工程领域，尤其涉及一种地下工程的初期支护结构及其施工方法。
【背景技术】
[0002]目前，在建筑物密集、交通繁忙的城市中心地区，采用明挖法施工地下工程必须拆迁大量的地层管网和地面建筑物，随着人们对环境保护的呼声越来越高及政府对环保的日益重视，既影响交通又不利于环境保护的明挖法不再适用。而暗挖法在施工时，不对地下工程上方的地面进行全部开挖，对周围环境影响较小，尤其适用于城区地下工程的修建。
[0003]管棚法作为一种重要的暗挖施工法在日本、美国及欧洲各国被广泛采用。如日本、美国、新加坡等国家应用管棚法施作穿越道路、铁路、机场等建筑结构下方的地下工程，都取得了不错的效果。同时，国内将管棚法用于大型城市地下工程的修建也有20余年的发展历史，也积累了一定的施工经验。
[0004]现有的管棚法用于地下工程的修建时，管棚通常是沿地下工程主体空间的纵向方向(或与纵向方向之间存在小角度)打设的，也就是管棚打设方向与地下工程主体空间的延伸方向一致。例如，图1示出了现有的管棚的打设方向的示意图。但这种沿纵向方向打设的管棚结构(简称为纵向管棚)，往往只是作为地下工程的初期支护的先导辅助措施，或者只是作为地下工程的超前初期支护结构，主要起到在形成地下工程的初期支护前防止围岩坍塌的作用。因此，现有技术在打设纵向管棚的基础上，仍然需要采用在纵向管棚内架设格栅并加喷混凝土的初期支护结构，以解决地下工程施工的早期受力问题。然而，这种打设纵向管棚、架设格栅并加喷混凝土的初期支护结构的施工工序较多，导致施工进度较慢，进而使得地下工程的施工工期较长。
[0005]因此，有必要提供一种能够缩短施工工期的地下工程的初期支护结构的施工方法，并尤其适用于软土地层、软弱不均地层等大断面浅埋地下工程的安全、高效施工。
【发明内容】
[0006]针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种地下工程的初期支护结构及其施工方法，用以缩短施工工期。
[0007]本发明提供了 一种地下工程的初期支护结构的施工方法，包括:
[0008]分别在待修建地下工程主体空间的横断面的上部两侧拐角处，沿所述待修建地下工程主体空间的纵向方向开挖预导洞；所述预导洞的顶部高于所述待修建地下工程主体空间的顶部；
[0009]在一个预导洞内，沿所述待修建地下工程主体空间的横向方向，向另一个预导洞内打设横穿所述待修建地下工程主体空间顶部的上方土体的若干根钢管，组成横向管棚；
[0010]对所述横向管棚中的钢管的两端进行支撑固定后，形成所述地下工程的初期支护结构。[0011]其中，所述横向管棚中相邻钢管之间的距离根据钢管上方土体的性质确定:
[0012]根据如下公式I计算出所述横向管棚中的相邻钢管之间的距离的最大值Imax:
[0013]
【权利要求】
1.一种地下工程的初期支护结构的施工方法，其特征在于，包括: 分别在待修建地下工程主体空间的横断面的上部两侧拐角处，沿所述待修建地下工程主体空间的纵向方向开挖预导洞；所述预导洞的顶部高于所述待修建地下工程主体空间的顶部； 在一个预导洞内，沿所述待修建地下工程主体空间的横向方向，向另一个预导洞内打设横穿所述待修建地下工程主体空间顶部的上方土体的若干根钢管，组成横向管棚； 对所述横向管棚中的钢管的两端进行支撑固定后，形成所述地下工程的初期支护结构。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述横向管棚中相邻钢管之间的距离根据钢管上方土体的性质确定: 根据如下公式I计算出所述横向管棚中的相邻钢管之间的距离的最大值Imax:
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述对所述横向管棚中的钢管的两端进行支撑固定，具体包括: 施作位于每个预导洞内的、所述待修建地下工程主体结构的顶板； 从所述横断面处向所述待修建地下工程主体结构的顶板与所述预导洞的顶部之间的空间回填钢筋混凝土，使得所述横向管棚中的钢管的两端包裹于钢筋混凝土中，以对所述横向管棚中的钢管的两端进行支撑固定。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预导洞的底部高于所述待修建地下工程主体空间的底部；以及 所述施作位于每个预导洞内的、所述待修建地下工程主体结构的顶板之前，所述方法还包括: 对于每个预导洞，在该预导洞的外侧壁的底角处，沿所述纵向方向施作钢筋混凝土梁并向所述待修建地下工程主体空间外侧打设至少一个锁脚锚杆； 在每个预导洞内架设门式型钢支撑；以及 所述施作位于每个预导洞内的、所述待修建地下工程主体结构的顶板，具体为: 在架设的门式型钢支撑的上方，施作位于每个预导洞内的、所述待修建地下工程主体结构的顶板，使架设的门式型钢支撑支撑其上方的顶板。
5.一种地下工程的施工方法，其特征在于，包括: 采用如权利要求1-4任一所述的方法，施作待修建地下工程的初期支护结构； 从预导洞的侧壁开始，沿所述待修建地下工程主体空间的横向方向，开挖所述待修建地下工程主体空间内的土体，并在预设立柱位置处垂直于地面向所述待修建地下工程主体空间底部的下方开挖立柱孔后，施作已开挖部分的、所述待修建地下工程主体结构的顶板、底板、侧墙，并在所述立柱孔中，施作所述待修建地下工程主体结构的顶板到底板间的钢管柱，使得所述钢管柱支撑所述待修建地下工程主体结构的顶板； 开挖所述待修建地下工程主体空间内的剩余土体后，施作所述待修建地下工程主体结构的剩余部分的顶板、底板、侧墙，并完成所述地下工程的修建。
6.一种地下工程的初期支护结构，其特征在于，包括: 两个预导洞，分别位于待修建地下工程主体空间的横断面的上部两侧拐角处，是沿所述待修建地下工程主体空间的纵向方向开挖出来的；所述预导洞的顶部高于所述待修建地下工程主体空间顶部； 横向管棚，由横穿所述待修建地下工程主体空间顶部的上方土体的若干根钢管组成；对于其中的一根钢管，该钢管是从一个预导洞内，沿所述待修建地下工程主体空间的横向方向，向另一个预导洞内打设的； 管棚支撑，位于所述横向管棚的钢管两端。
7.如权利要求6所述的结构，其特征在于，所述横向管棚中的相邻钢管之间的距离I满足条件=D^≤ I≤ Imax ； 其中，D为钢管的直径；1_为所述横向管棚中的相邻钢管之间的距离的最大值，且Imax是根据如下公式I计算出来的:
8.如权利要求6或7所述的结构，其特征在于，所述管棚支撑具体包括: 回填于所述待修建地下工程主体结构的顶板与所述预导洞的顶部之间的空间中的钢筋混凝土结构；所述钢筋混凝土结构包裹所述横向管棚中钢管的两端，以对所述横向管棚中的钢管的两端进行支撑固定。
9.如权利要求8所述的结构，其特征在于，还包括: 钢筋混凝土梁，其沿所述纵向方向设置于所述预导洞的外侧壁底角处；其中，所述预导洞的底部高于所述待修建地下工程主体空间的底部； 锁脚锚杆，其打设于所述预导洞的外侧壁底角处，并向所述待修建地下工程主体空间外侧延伸； 门式型钢支撑，其设于所述预导洞内，位于所述待修建地下工程主体结构的顶板下方，以支撑其上方的、所述待修建地下工程主体结构的顶板。
10.一种地下工程的施工结构，其特征在于，包括: 如权利要求6-9任一所述的地下工程的初期支护结构； 钢管柱，设于待修建地下工程主体结构的顶板和底板之间，以支撑待修建地下工程主体结构的顶板；其中，所述待修建地下工程主体结构的顶板施作于所述待修建地下工程主体空间的顶部，所 述待修建地下工程主体结构的底板施作于所述待修建地下工程主体空间的底部。
【文档编号】E21D9/00GK103982189SQ201410168487
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】陈学峰, 谭富圣, 刘国生, 王杨, 吕刚, 刘建友, 马福东, 高玉兰 申请人:中铁工程设计咨询集团有限公司