一种地铁基坑大跨度支撑体系及其施工方法与流程

本发明涉及地铁基坑施工领域，特别是一种支撑体及其施工方法。

背景技术：

目前，对于地铁基坑采用的主要支撑体系主要为钢筋混凝土和钢管对撑，特别是其中的钢管支撑，其水平设置间距往往不超过3m，但是随着地铁领域的进一步发展，基坑的宽度也在增加，传统的支撑强度不能满足地铁基坑大跨度的需求，此外，基于地铁站房狭长、矩形的平面形状特点，地铁基坑土方开挖一般采用台阶式退挖接力的方法进行。由于水平支撑设置的间距过于紧密，施工作业面小，土方开挖机械往往采用斗容量较小挖掘设备，通过台阶接力的方式完成土方开挖，大大降低了土方开挖工作效率；另一方面，在钢管支撑逐根吊装时，因为较密的水平支撑间距，必须避免吊装时支撑的相互碰撞，吊装就位后尚需进行支撑端部焊接固定及支撑预应力施工，支撑安装困难、施工效率地下。

众所周知，基坑土方开挖必须遵循“先撑后挖”的原则进行，通过调研发现，即便采用工效较低斗容量较小的挖机进行土方开挖，支撑的安装工效也远远不能满足土方开挖要求，土方开挖和支撑安装两者无论在时间上和空间上均无法实现相互满足，导致水平支撑安装往往滞后于土方开挖，为基坑工程埋下巨大的安全隐患。

综上，对于目前狭长型规则的地铁基坑工程，采用现有的水平支撑体系及土方开挖方法，在工期及安全上均对工程建设造成了一定的困难。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种地铁基坑大跨度支撑体系及其施工方法，要解决现有基坑支撑跨度小、结构强度低的技术问题；并解决施工效率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种地铁基坑大跨度支撑体系，包括水平支撑在基坑地下连续墙之间的水平桁架支撑单元，所述水平桁架支撑单元沿着基坑的长度和高度方向平行间隔均匀分布，所述水平桁架支撑单元包括上平面桁架支撑、下平面桁架支撑以及竖直连接在两者之间的连杆。

所述上平面桁架支撑包括两根沿基坑宽度方向设置的对撑钢桁架、连接在对撑钢桁架两端之间的边桁架和连接在对撑钢桁架两端两侧面上的琵琶撑。

所述下平面桁架支撑和上平面桁架支撑结构相同、且平行间隔设置。

所述对撑钢桁架包括平行的对撑主杆和连接在对撑主杆之间的对撑腹杆。

所述边桁架包括平行的边桁架主杆和连接边桁架主杆之间的边桁架腹杆。

所述琵琶撑包括斜向设置在对撑钢桁架和边桁架之间的琵琶撑主杆和连接琵琶撑主杆与对撑钢桁架和边桁架之间的琵琶撑腹杆。

所述所述水平桁架支撑单元的边桁架与基坑地下连续墙之间连接有升降动力机构。

所述升降动力机构至少有四组、对称分布在水平桁架支撑单元两侧。

所述升降动力机构包括连接在水平桁架支撑单元端部的千斤顶、连接在千斤顶前端的转动关节、铰接在转动关节上的滚轮支架和铰接在滚轮支架上的滚轮。

所述滚轮支架为三角形板或者是弯折呈锐角的条状板，其顶角与转动关节铰接、两底角对称铰接有一个滚轮。

一种如所述的地铁基坑大跨度支撑体系的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一，对撑主杆、对撑腹杆装配对撑钢桁架。

步骤二，桁架主杆、边桁架腹杆装配边桁架。

步骤三，琵琶撑主杆、琵琶撑腹杆装配琵琶撑。

步骤四，对撑钢桁架、边桁架和琵琶撑依次装配连接，组装成水平桁架支撑单元。

步骤五，将水平桁架支撑单元整体吊放至地铁基坑中设计标高位置处作为第一层水平桁架支撑单元。

步骤六，精确调整第一层水平桁架支撑单元平面位置和垂直度、并固定。

步骤七，开挖第一层土体至设计标高位置处。

步骤八，重复步骤一至步骤四，将另一水平桁架支撑单元整体吊放至地铁基坑中设计标高位置处作为第二层水平桁架支撑单元。

步骤九，精确调整第二层水平桁架支撑单元平面位置和垂直度、并固定。

步骤十，利用升降动力机构将第一层水平桁架支撑单元下降至设计标高位置处。

步骤十一，精确调整第一层水平桁架支撑单元平面位置和垂直度、并固定。

步骤十二，开挖第二层土体。

步骤十三，重复步骤八至步骤十二，直至完成地铁基坑的土方开挖施工。

所述步骤六中，第一层水平桁架支撑单元的两端对应固定在地铁基坑顶部的第一冠梁和第二冠梁上。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明不同于以往地铁基坑施工，而是通过将狭长型的矩形规则地铁基坑划分为若干单元，每个单元通过设置水平支撑单元，在满足地铁基坑稳定性和变形控制要求的前提下，具有装配式、大跨度、可升降的特点，使得地铁基坑施工作业空间大，施工效率更高，为地铁基坑施工领域提出一种新的支撑体系和施工方法，是低碳、绿色、快速、安全的施工技术，既能加快土方开挖工效，缩短工程建设工期，同时通过水平支撑单元的整体升降，避免传统地铁基坑因野蛮施工不能遵循先撑后挖的原则导致的基坑安全隐患。

在施工过程中，先将水平支撑单元安装在设计标高1，而后分层开挖相应土体，再利用导轨将水平支撑单元通过升降动力装置下降至设计标高2，再次分层开挖相应土体，这样以此类推，至底层施工完成，施工效率高，适用于深基坑的土方开挖施工，另外，水平支撑单元采用空间桁架式结构，结构强度高，采用这种支撑体系在满足地铁基坑稳定性和变形控制要求的同时，还具有大跨度的特点，以地铁基坑两个方向的尺寸分别为18m，23m为例，在支撑体系范围内，形成了约13m×16m的净空范围，能提供大型工作面供反铲挖掘机机作业空间，而且利用升降动力单元配合导轨完成水平支撑单元的升降，比安装较常规的混凝土或钢管内支撑更高效，而且安全系数更好、结构更稳定。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明水平桁架支撑单元的结构示意图。

图2是本发明施工前设计结构示意图。

图3是本发明的步骤五的状态示意图。

图4是本发明的步骤七的状态示意图。

图5是本发明的步骤十一的状态示意图。

图6是本发明的步骤十二的状态示意图。

图7是本发明升降动力机构的结构示意图。

附图标记：1－对撑钢桁架、2－边桁架、3－琵琶撑、4－地铁基坑、5－第一地下连续墙、6－第二地下连续墙、7－第一冠梁、8－第二冠梁、9－第一层水平桁架支撑单元、10－升降动力机构、11-第一层土体、12-第二层水平桁架支撑单元、13-第一层土体、14-滚轮、15-千斤顶、16-转动关节、17-滚轮支架。

具体实施方式

实施例参见图1所示，本例中，地铁基坑两个方向的尺寸分别为18m，23m；在支撑体系范围内，形成了约13m×16m的净空范围，中型反铲挖掘机可在此范围内直接作业，较设置常规内支撑，扩大了挖掘范围，可提高地铁基坑施工效率。土方挖运后，通过升降动力机构将水平桁架支撑体系快速下降至设计标高，提高了支撑安装效率。

这种地铁基坑大跨度支撑体系，包括水平支撑在基坑地下连续墙之间的水平桁架支撑单元，所述水平桁架支撑单元沿着基坑的长度和高度方向平行间隔均匀分布，所述水平桁架支撑单元包括上平面桁架支撑、下平面桁架支撑以及竖直连接在两者之间的连杆。

参见图1所示，所述上平面桁架支撑包括两根沿基坑宽度方向设置的对撑钢桁架1、连接在对撑钢桁架1两端之间的边桁架2和连接在对撑钢桁架1两端两侧面上的琵琶撑3；所述下平面桁架支撑和上平面桁架支撑结构相同、且平行间隔设置。

所述对撑钢桁架1包括平行的对撑主杆和连接在对撑主杆之间的对撑腹杆；所述边桁架2包括平行的边桁架主杆和连接边桁架主杆之间的边桁架腹杆；所述琵琶撑3包括斜向设置在对撑钢桁架1和边桁架2之间的琵琶撑主杆和连接琵琶撑主杆与对撑钢桁架1和边桁架2之间的琵琶撑腹杆。

参见图7所示，所述水平桁架支撑单元的边桁架2与基坑地下连续墙之间连接有升降动力机构10；所述水平桁架支撑单元的上平面桁架支撑、下平面桁架支撑的两端部之间间隔连接有连接板，所述升降动力机构10有十二组、对应焊接在水平桁架支撑单元两侧的连接板上，每侧连接六组；所述升降动力机构10包括连接在水平桁架支撑单元端部的千斤顶15、连接在千斤顶前端的转动关节16、铰接在转动关节16上的滚轮支架17和铰接在滚轮支架17上的滚轮14；所述滚轮支架17为三角形板或者是弯折呈锐角的条状板，其顶角与转动关节16铰接、两底角对称铰接有一个滚轮14。

一种如所述的地铁基坑大跨度支撑体系的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一，对撑主杆、对撑腹杆装配对撑钢桁架。

步骤二，桁架主杆、边桁架腹杆装配边桁架。

步骤三，琵琶撑主杆、琵琶撑腹杆装配琵琶撑。

步骤四，对撑钢桁架、边桁架和琵琶撑依次装配连接，组装成水平桁架支撑单元。

步骤五，参见图3所示，将水平桁架支撑单元整体吊放至地铁基坑4中设计标高1位置处作为第一层水平桁架支撑单元9。

步骤六，精确调整第一层水平桁架支撑单元9平面位置和垂直度、并固定。

步骤七，参见图4所示，开挖第一层土体11至设计标高2位置处。

步骤八，重复步骤一至步骤四，将另一水平桁架支撑单元整体吊放至地铁基坑4中设计标高1位置处作为第二层水平桁架支撑单元12。

步骤九，精确调整第二层水平桁架支撑单元12平面位置和垂直度、并固定。

步骤十，利用升降动力机构10将第一层水平桁架支撑单元9下降至设计标高2位置处。

步骤十一，参见图5所示，精确调整第一层水平桁架支撑单元9平面位置和垂直度、并固定。

步骤十二，参见图6所示，开挖第二层土体13。

步骤十三，重复步骤八至步骤十二，直至完成地铁基坑4的土方开挖施工。

所述步骤六中，第一层水平桁架支撑单元9的两端对应固定在地铁基坑顶部的第一冠梁7和第二冠梁8上。