一种地下防护结构的工程施工方法与流程

本发明涉及地下防护结构技术领域，特别涉及一种地下防护结构的工程施工方法。

背景技术：

目前建设地铁车站、下穿隧道、涵道等开挖的细长形基坑多用混凝土梁或钢管作为横向支撑，采用格构柱作为纵向支撑，基坑侧壁使用搅拌桩、钻孔桩等排支护结构，待地下结构施工结束后需拆除内部支撑。其施工步骤为：灌注桩、旋喷桩施工→格构柱施工→坑内降水→挖土至冠梁面施工冠梁及第一道支撑→挖土至第二道支撑设计高度，施工围檩及第二道支撑→重复以上步骤直至全部支撑施工完毕→垫层及基础施工→主体结构第一段施工（最底部一段）→拆除最底部一道支撑（包括横向支撑、围檩、纵向格构柱，下同）→主体结构第二段施工→拆除第二道支撑→重复上述两个步骤直至主体结构全部施工完成→回填顶板。

上述施工方法存在以下不足：1、灌注桩、旋喷桩施工数量多，施工速度慢，每桩独立施工，需投入大量人力物力保证施工进度；2、灌注桩与旋喷桩分开施工，仅靠混凝土相互咬合，施工要求高，整体性差，截水抗渗能力差，尤其是在有承压水地区施工风险较大；3、灌注桩内部钢筋环向分布，部分钢筋基本不受力，无法充分发挥作用；4、横向支撑为杆件形式，为满足整体稳定性要求，需大量密集布置，施工慢，周转效率低、成本高，监测点多，管理难度大；5、需要设置多道围檩，且施工过程中需要拆除，为一次性临时结构，工作量大，造价高，且不节材节能；6、需要设置多道纵向格构柱支撑，且施工过程中需要拆除，为一次性临时结构，工作量大，造价高，且不节材节能；7、横向支撑密集，机械设备使用受限，出土困难；8、纵向支撑密集，施工空间小，严重影响施工效率。若基坑内施工机械操作不慎导致支撑位移或损坏，可能造成更严重的安全事故；9、主体结构由下至上分段施工，结构侧壁产生水平施工缝，结构整体性被削弱，防水抗渗能力降低；10、基坑深度越大，横向支撑投入量成倍增加；11、对较宽基坑支撑能力有限，基坑越宽，横向支撑杆件越长，容易失稳，需要投入更多格构柱保证稳定性。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种施工工期短、施工效率高、整体性好、质量可控、造价低及管理难度低的地下防护结构的工程施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种地下防护结构的工程施工方法，包括如下步骤：

s1、在施工现场进行连续墙的施工，所述的连续墙包括间隔设置的第一连续墙和第二连续墙，所述的第一连续墙和第二连续墙分别打入地基内部指定深度。

s2、在两面连续墙之间的指定位置制作形成至少两个间隔设置的钢沉井，每一个钢沉井的两侧分别与第一连续墙及第二连续墙相接触，进行钢沉井内及钢沉井间挖土，使钢沉井下沉至设计深度，钢沉井间的挖空部分形成第一空间，钢沉井内的挖空部分形成第二空间。

s3、在钢沉井间的第一空间内进行第一主体结构施工。

s4、将钢沉井拆除并在第二空间内进行第二主体结构施工。

s5、重复步骤s2～s4直至全部主体结构施工完毕。

进一步地，所述步骤s2中，先将在工厂内制作完成的若干刃脚块和若干标准块运输至施工现场，在两面连续墙之间的指定位置通过若干刃脚块的拼接形成若干个刃脚层，对刃脚层内部形成的空间和相邻刃脚层之间形成的空间区域进行挖土使刃脚层下沉至指定高度；在每一个刃脚层上部通过若干标准块的拼接形成一至多层标准层，继续挖土直至钢沉井下沉到设计深度。

其中，所述的刃脚层与标准层之间、标准层与标准层之间、刃脚块与刃脚块之间、标准块与标准块之间的连接方式为焊接、铆接、栓接、胶接、承插接口中的一种或多种组合。

其中，所述刃脚块包括底部封闭且顶部开口的外壳以及固设在所述外壳内部的若干内部支撑件，所述标准块包括内层板、外层板以及固设在所述内层板和外层板之间的若干内部支撑件，所述的刃脚块和标准块的内部分别设有填充腔。

进一步地，若钢沉井无法下沉，则在填充腔内均匀放置填充材料配重，使钢沉井下沉。

进一步地，若钢沉井不均匀下沉或倾斜，则在相应的填充腔内放置填充材料进行动态纠偏。

优选地，所述的填充材料为混凝土、砂、土、石、砖、水、泥浆、发泡泡沫、发泡混凝土中的一种或多种。

进一步地，所述的连续墙为钢筋连接混凝土一体浇筑结构。

本发明具有如下有益效果：

1、侧壁围护结构采用地下连续墙，几乎不受地质条件限制，技术稳定，工艺成熟，机械化程度高，省去了冠梁、围檩等结构，节约了相应结构的施工及拆除成本及占用的工期，环保节材、高效。

2、地下连续墙内钢筋全部位于受压区，能充分发挥钢筋工作性能。且墙体刚度大，可承受较大的土压力，支护结构既可支护挡土又能够止水；较排桩相比还可缩短施工工期，间接降低成本，同时对周边建筑物、地下设施影响小。

3、地下连续墙横向采用钢筋连接混凝土一体浇筑，整体性好，质量可控，截水抗渗；

4、地下连续墙可与沉井平行搭接施工，大幅缩短工期。

5、沉井结构相较于杆件结构整体性好、刚度大、承载能力高、自身不易失稳，同时也不会因为大型机械的操作事务造成支护结构损坏失稳。

6、形成的作业空间大，利于施工设备展开作业，纵向空间上没有其他支撑结构干扰施工，能显著提高施工效率。

7、利用沉井将基坑分割成多个独立成块的小基坑，安全系数更高，可同时展开多个作业面施工，且每个作业空间施工不相互影响。可采取分段、分区、分层施工等方法，施工组织灵活。

8、基坑内主体结构垂直方向上可一次性施工完成，主体结构侧壁不会出现水平施工缝，保证了结构整体性及防水抗渗能力。

9、相同主体结构相较于分段施工，施工工期显著缩短。

10、各工种工作面独立，相互干扰小，管理及调度难度小。

11、沉井可地质情况采用边下沉边出土，也可采用一次下沉到位统一出土等方法，适用性高。

12、沉井采用钢结构装配成型，部署灵活。完成相应区段施工后即可部署至下一区段施工，无需等待全部主体结构施工完成，周转效率高。

13、沉井封底可兼做主体结构基础或垫层，降低施工成本，减少施工工期。

附图说明

图1为施工流程示意图1——第一部分地下连续墙施工。

图2为施工流程示意图2——沉井拼装就位。

图3为施工流程示意图3——挖土下沉直至达到设计底标高。

图4为施工流程示意图4——沉井间主体结构部分及下一部分地下连续墙施工。

图5为施工流程示意图5——原沉井所在位置主体结构部分施工及沉井周转至下一施工段挖土下沉。

图6为施工流程示意图6——下一段沉井间主体结构部分及下一部分地下连续墙施工。

图7为施工流程示意图7——下一段原沉井所在位置主体结构部分施工及沉井周转至下一施工段挖土下沉。

图8为施工流程图。

图9为本发明的平面示意图。

图10为本发明的剖面示意图。

图11为刃脚块的立体结构示意图。

图12为侧边封闭式标准块的立体结构示意图。

图13为侧边非封闭式标准块的立体结构示意图。

图14为刃脚的结构示意图（形式一）。

图15为刃脚的结构示意图（形式二）。

图16为刃脚的结构示意图（形式三）。

图17为刃脚的结构示意图（形式四）。

图18为标准块的结构示意图。

主要组件符号说明：1、连续墙；2、钢沉井；201、刃脚块；202、标准块；203、填充腔；204、外壳；205、内部支撑件；206、内层板；207、外层板；21、刃脚层；22、标准层；31、钢沉井2之间区域；32、钢沉井2内区域；4、地基；51、第一主体结构部分；52、第二主体结构部分。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

如图1-18所示，一种地下防护结构的工程施工方法，包括如下步骤：

步骤一：根据项目地质勘查报告及项目具体情况，设计钢沉井2。刃角块201、标准块202均在工厂内制作完成。刃脚块201的立体结构如图11所示，刃脚块201包括底部封闭且顶部开口的外壳204以及固设在外壳204内部的若干内部支撑件205，刃脚块201的底面可以是单斜面、双斜面等形式，如图14-17所示。标准块202的立体结构和平面结构分别如图12、图13和图18所示，标准块202包括内层板206、外层板207以及固设在内层板206和外层板207之间的若干内部支撑件205。刃脚块201和标准块202的内部分别设有填充腔203。钢沉井2可以是两个一组、3个一组直至数个一组，根据现场周转需要进行设计。为方便说明，本专利以4个一组为例。

步骤二：同时，施工现场进行第一部分地下连续墙1施工。连续墙1为钢筋连接混凝土一体浇筑结构（地下连续墙1施工技术成熟且普遍，具体施工方法在此不一一赘述）；第一部分地下连续墙1施工完毕后即进行下一施工段地下连续墙1施工。

步骤三：运输刃角块201、标准块202运输至施工现场。

步骤四：根据设计，在两道地下连续墙1间指定位置拼装连接刃角块201，形成刃角层21。

步骤五：进行钢沉井2之间区域31、钢沉井2内区域32挖土，使钢沉井2刃角层21下沉，若钢沉井2无法按设计下沉，则：

（1）、若钢沉井2不均匀下沉或倾斜，则在相应填充仓203放置填充材料进行动态纠偏；

（2）、若钢沉井2无法下沉，则在填充腔203内均匀放置填充材料配重，使钢沉井2下沉。

填充料为混凝土、砂、土、石、砖、水、泥浆、发泡泡沫、发泡混凝土中的一种或多种。

步骤六：在刃角层21上部拼装连接标准层22。刃脚层21与标准层22之间、标准层22与标准层22之间、刃脚块201与刃脚块201之间、标准块202与标准块202之间的连接方式为焊接、铆接、栓接、胶接、承插接口中的一种或多种组合。

步骤七：继续在进行钢沉井2之间区域31、钢沉井2内区域32挖土，若钢沉井2此时无法按设计下沉，则按步骤5中（1）、（2）点处理。

步骤八：重复步骤六和步骤七，直至钢沉井2下沉到设计深度。

步骤九：在钢沉井2之间区域31进行第一主体结构部分51施工。

步骤十：拆除中间两个钢沉井2，周转至下一施工段，并执行步骤三～步骤九。

步骤十一：在被拆除两个钢沉井2的位置上进行第二主体结构部分52施工。

步骤十二：拆除外侧两个钢沉井2，周转至下一施工段，并执行步骤三～步骤九。

步骤十三：在被拆除的两个外侧钢沉井2的位置上进行原沉井所在位置第二主体结构部分52施工。

步骤十四：重复步骤三～步骤十三，直至全部主体结构施工完毕。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。