[发明专利]可机械化施作大跨度地下空间结构的施工方法及其支护结构

说明书

一种可机械化施作大跨度地下空间结构的施工方法及其支护结构，施工方法包括施工竖井和横通道、在各横通道内施作矩形顶管导洞，在矩形顶管导洞的上端顶进垂直开挖方向的横向棚护结构，顶进施工形成平行于矩形顶管导洞的第二导洞、第三导洞及第四导洞，进行暗挖的大开挖作业，直至底板完成施工，支护结构包含矩形顶管导洞、第二导洞、第三导洞、第四导洞、横向棚护结构、侧面成孔桩以及中间成孔桩；由此，本发明能机械化施工大跨度地下空间结构，且步骤设置合理，适用广泛，能配合适用我国绝大部分地区，采用多导洞、横向棚护结构、成孔桩的有效支护配合，能保证操作过程的安全可靠，有效降低施工风险，提高操作人员的安全防护，保证施工效率。

技术领域

本发明涉及地下空间施工的技术领域，尤其涉及一种可机械化施作大跨度地下空间结构的施工方法及其支护结构。

背景技术

随着我国城市化进程的加速，城市地下空间的开发率及开发规模日渐增高，轨道交通、综合管廊、地下车库及各种一体化设施等正在我国地下空间大规模建设。我国地下工程的建设进入了一个全新的时代，其建设规模及建设速度在世界地下工程建设史上也是少有的。通常建设地下工程的建设方法有明挖法、盖挖法及暗挖法。

明挖法及盖挖法均以自然地面开挖为前提。明挖法在城市环境的应用过程中，通常牵扯大量的交通导改及管线改移，其实施顺序通常为进行交通导改、进行管线改移、施作桩(或墙)式竖向挡土支护结构、在竖向支护结构保护下分层开挖土层且随挖随施作水平向支撑、待基坑结构到底后顺做二村结构直至结构完成。盖挖法分盖挖顺作和盖挖逆作。

盖挖顺做实施顺序通常为进行交通导改、进行管线改移、施作桩(或墙)式竖向挡土支护结构、施作临时路面体系、在竖向支护结构保护下分层开挖土层且随挖随施作水平向支撑、待基坑结构到底后顺做二村结构直至结构完成。盖挖逆作在支护结构形成的步序上与盖挖顺做相同，其区别在于利用二衬的顶板结构作为路面体系，同时二村结构先形成顶板后形成底板。盖挖相比与明挖对路面交通的影响相对较少，但改移的管线数量基本没有变化。

暗挖在城市环境的应用过程中，不对路面交通及管线造成影响，其实施顺序为，在路边施作施工竖井、在竖井内施工暗挖横通道、利用横通道施作地下结构开挖所需的支护结构、在支护结构的保护下形成二村结构。

以上施工方法在我国应用多年，在早期的工程建设中因交通导改及管线改移的成本相对较低，明挖法因其土建施工成本较为经济、作业环境优良、技术安全可靠、施工速度快而相对广泛采用。暗挖法因其土建施工成本较高、施工风险大、作业环境差、施工速度慢而相对较少采用。然而、近年随着随着我国综合国力的增强，人们对于地下工程的建设及服务标准有了更高的要求。以往地下工程建设带来的占用道路施工甚至断路施工，管线迁改给日常生活带来不便等问题被新的建设环境所不能“容忍”。因此明挖法的适用性日趋降低，暗挖法因其不需交通及管线导改、综合建造成本低、综合建造工期短等优势而日趋被广泛采用。在北京等大型城市，地下工程的建设思路已由“能明则明”逐渐转变为“能暗则暗”。

常用的暗挖工法有CD、CRD、PBA、一次扣拱法、管幕法、盾构法及顶管法等。CD及CRD适用于开挖跨度在15m以内的断面结构，为保证开挖过程中土体的稳定性及支护结构的受力安全，均是将暗挖大断面通过“大化小”的方式，将较大的断面划分为较小的开挖分区，通过对较小分区的分步开挖分步支护，实现暗挖地下结构的支护结构，支护结构为钢格栅+喷射混凝土或型钢+喷射混凝土。在支护结构的保护下，在各开挖分区内分块形成永久受力结构，并通过分步凿除支护结构形成二村的连通，最终实现永久暗挖地下受力结构。各小断面的开挖，通常采用人工开挖的方式进行，开挖遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的十八字方针。小导管等超前支护、注浆、土方开挖、钢格栅的架设、喷射混凝土均通过人工操作进行。现场施工受混凝土粉尘、焊接气体等影响，作业人员的工作环境差，工作人员直接面对宜坍塌的土体施工风险高，但根据近些年来施工现场招工情况显示，现有的暗挖作业因其作业环境差施工风险高的严重缺陷，非常不适宜现场施工人员的具体操作，导致现场施工人员处于严重缺工状态。