一种建筑遗存顶管切割保护结构及其施工方法与流程

本发明涉及一种建筑整体迁移工程，特别是一种在浅表地层相对独立较小的建筑物或建筑遗存整体迁移工程。

背景技术：

目前建筑遗存的整体迁移工程多采用常规的管幕法施工。管幕法施工利用大型的水平钻孔机，将钢管顶入土体的方式，钢管与钢管之间咬合连接，施工速度较慢，造价较高，对场地及周边环境要求高。施工时需要较大的工作面，且噪音较大，采用燃油作为动力源，污染较大。特别是在旧城改造、新修建筑、道路拓宽改造和扩建过程中遇到一些极具历史保存价值的既有建筑遗存时，急需一种对建筑遗存完整保护的切割结构，确保建筑基础或遗存能够与原土体进行安全、可靠的分离，并将对原遗址文物的损坏的可能性降到最低，将对周边环境的影响降到最低，能够合理投入，有效控制工期，便于操作。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种建筑遗存顶管切割保护结构及其施工方法，要解决管幕法对建筑遗存施工存在施工速度慢、造价高、对场地及周边环境要求高的技术问题；还要解决施工时需要较大的工作面，噪音较大及动力源污染较大的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种建筑遗存顶管切割保护结构，包括土方基础、位于土方基础上的迁移体、围合在迁移体外侧的箱形防护体系以及承托迁移体底部与箱形防护体系底部的吊装底座。

所述土方基础的尺寸大于箱形防护体系的外轮廓尺寸，所述迁移体包括被保护的建筑本体和建筑本体外侧的土方保护壳体，所述迁移体为长方体，其横截面的长边为纵向，短边为横向。

所述箱形防护体系包括钢板护筒和护筒龙骨，所述钢板护筒围合紧贴在土方保护壳体四个侧面的表面，所述护筒龙骨包括沿钢板护筒高度方向的表面分层水平间隔固定连接的一组环箍主龙骨，相邻两层环箍主龙骨之间、绕钢板护筒一周间隔固定连接有竖向的次龙骨。

所述吊装底座包括横向水平打入土方基础的钢管帷幕，所述钢管帷幕为一组互相平行、沿纵向等标高间隔设置的切割钢顶管，所述切割钢顶管的顶侧面顶紧箱形防护体系的底侧面以及迁移体的底侧面，所述切割钢顶管的两个端部分别伸出土方基础横向的两个侧部形成伸出段，所述吊装底座还包括与每侧伸出段各自垂直、纵向设置的两根锁口钢梁，每侧锁口钢梁的底侧面与该侧所有伸出段的顶侧面均固定连接、将所有切割钢顶管连成整体，锁口钢梁的长度大于最外侧两根切割钢顶管之间的距离，所述吊装底座上设有供起吊绳连接的吊点结构。

所述钢板护筒是一组护筒单元逐层接高焊接而成，所述环箍主龙骨的个数与护筒单元的个数相同，每根环箍主龙骨对应设置在每层护筒单元的底部，每根环箍主龙骨的底侧面均与相应的护筒单元的底侧面平齐。

所述锁口钢梁通过u型挂勾筋与切割钢顶管固定连接，所述u型挂勾筋与切割钢顶管的个数相同，所述u型挂勾筋由一根钢筋弯折而成，包括u型部和挂勾部，挂勾部由u型部的两个端部弯折而成，挂勾部与u型部所在平面垂直，所述u型部的竖向尺寸与锁口钢梁和切割钢顶管的高度之和相适应，u型部的弧段承托切割钢顶管的底部，所述挂勾部紧贴锁口钢梁的上表面并与其满焊连接，切割钢顶管在锁口钢梁的两个侧面各通过一个u型挂勾筋固定连接。

所述吊点结构为固定连接在锁口钢梁上的吊环，吊环上绑扎吊绳。

每根锁口钢梁上至少设置三个吊环，两根锁口钢梁上的吊环对称设置。

所述吊点结构为贯穿切割钢顶管的吊管，所述吊管的尺寸小于切割钢顶管的尺寸，所述吊管的两个端部分别露出切割钢顶管的两个端部，露出的部分绑扎吊绳。

所述吊管沿纵向对称设置，至少设置两根。

所述环箍主龙骨由槽钢制成，槽钢的开口朝下设置。

所述次龙骨由型钢制成，所述型钢为角钢、槽钢或方钢。

一种建筑遗存顶管切割保护结构的施工方法，施工步骤如下：

步骤一，土方开挖：土方自地面向下开挖放坡，开挖区包括自迁移体横向一侧向外开挖放坡的顶管作业区，还包括迁移体其余三侧向外开挖放坡的土方基础成型作业区，两个作业区的放坡角度均为45度，开挖区首层的开挖高度为600mm-700mm；

步骤二，迁移体预加固：对开挖区首层露出的迁移体表面进行加固防风化处理，包括依次涂装的加固剂、防水剂和防风化剂；

步骤三，侧向加固：在步骤二处理后的迁移体外侧表面围合与开挖区首层等高的护筒单元，护筒单元的底部置于坡底上，然后将护筒龙骨的环箍主龙骨固定连接在护筒单元的表面，最后将次龙骨固定连接在环箍主龙骨之间，形成首层的箱形防护体系；

步骤四，重复步骤一至步骤三，对开挖区进行分层施工，层与层之间的护筒单元对接连接，后施工层的环箍主龙骨底部与先施工层的次龙骨顶部固定连接，施工至整个迁移体均露出；

步骤五，施工土方基础：在步骤四的基础上外侧坡壁继续向下开挖放坡，同时迁移体的四侧也放坡，该放坡方向与外侧坡壁的放坡方向相对，迁移体和箱形防护体系下侧的土方形成土方基础，土方基础的尺寸大于箱形防护体系的尺寸；

步骤六，对步骤五中的坡底进行基底处理：铺设塘渣土碾压密实形成基底处理土层；

步骤七，在顶管作业区的外侧坡壁处砌筑一排纵向砖导墙，砖导墙纵向排布长度与迁移体的长度相同，砌筑过程中控制平整度及垂直度，然后紧贴砖导墙内侧施工与其排布长度相同的排木桩；

步骤八，基底处理土层的上侧铺设一层与基底处理土层等面积的基底处理钢板层，然后基底处理钢板层上沿横向间隔设置有至少三道等高的顶管行进限位角铁，每道顶管限位角铁成对设置；

步骤九，在排木桩的内侧架设千斤顶顶管装置，该装置包括自排木桩的内侧依次顶接的千斤顶撑杆、千斤顶、顶铁、法兰垫和水平靠尺，将切割钢顶管的一端与法兰垫固定连接，随后进行试顶；试顶完成后，将行进承杆嵌入千斤顶撑杆和千斤顶之间，另一端通过顶管装置不断接长的顶铁将其顶入土方基础内，各段顶铁通过法兰垫传递纵向力；施工时先施工首层环箍主龙骨下侧的切割钢顶管，使切割钢顶管在行进过程中的标高通过始终与环箍主龙骨的底部平齐保证，行进过程中不断采用水平靠尺进行校验，然后再施工其余切割钢顶管；切割钢顶管之间的净距离控制在50mm之内，切割钢顶管施工前均进行除油、除锈处理，并刷防腐涂料；

步骤十，切割钢顶管均成功穿过土体基础后，用钢钎将管内土体锄松，之后用液压千斤顶配上小管径顶铁将松土挤出切割钢顶管；

步骤十一，在每侧切割钢顶管的伸出部上连接一道锁口钢梁，锁口钢梁依次通过u型挂勾筋与切割钢顶管固定连接形成吊装底座；锁口钢梁施工前均进行除油、除锈处理，并刷防腐涂料；

步骤十二，施工吊点结构，然后在吊点结构上绑扎吊绳起吊。

所述步骤三施工时，在钢板护筒与迁移体之间预留封箱空间，在封箱空间之间填满填充料，所述填充料为发泡剂、水泥浆或水泥砂浆。

所述步骤九完成后，对切割钢顶管顶向上200mm-300mm的高度范围内进行土体固化处理，土体固化处理的方法为采用高压灌水泥浆或水玻璃。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明解决了在旧城改造、新修建筑、道路拓宽改造、扩建过程中一些极具历史保存价值的既有建筑遗存问题，通过在迁移体的外侧设置箱形防护体系，并利用千斤顶将较大直径的钢管贯穿土体，在地下密排预先形成钢管帷幕，在底部形成“花盆式”吊装底座，承担迁移体的重量，通过起吊吊装底座完成迁移体的迁移工作。

本发明同其他迁移运输方案相比，采用了分割整运的方法，分层安装钢制的箱形防护体系和吊装底座，将迁移体严实完好包裹封存起来，增加了迁移体的刚度，保证其在迁移过程中将对原遗址文物的损坏的可能性降到了最低。

本发明吊装底座通过对放坡进行相应的导墙、排桩的设置，以及对坡底的双层处理措施，保证千斤顶的可施工性。采用千斤顶施工速度快，造价低，放坡时只需一侧开挖出千斤顶的施工作业区即可，对周边场地和环境要求很低，噪音小及无动力源污染，在迁移运输过程中对周边环境的影响也降到了最低，具有良好的社会效益和环境效益。

本发明中的部分材料可以有效周转，场地易于布置、工程进度快、干扰因素少、有利于文明施工、各种资源能较好地利用，能确保周围既有设施完好无损，确保居民生命、财产安全。

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是本发明迁移体的结构示意图。

图2是本发明施工方法步骤三首层开挖完成的结构示意图。

图3是本发明施工方法步骤四二层开挖完成的结构示意图。

图4是本发明施工方法步骤四三层开挖完成的结构示意图。

图5是本发明施工方法步骤五和六完成的结构示意图。

图6是本发明施工方法步骤七完成的结构示意图。

图7是本发明施工方法步骤八完成的结构示意图。

图8是本发明施工方法步骤九架设千斤顶顶管装置的结构示意图。

图9是图8中c部分放大示意图。

图10是图8的基础上加上行进承杆的结构示意图。

图11是图10的基础上加上两段顶铁的结构示意图。

图12-1是本发明吊装底座的俯视结构示意图。

图12-2是本发明另一种吊装底座的俯视结构示意图。

图13-1是图12-1中a-a剖面的结构示意图。

图13-2是图12-2中a-a剖面的结构示意图。

图14-1是图12-1中b-b剖面的结构示意图。

图14-2是图12-2中b-b剖面的结构示意图。

图15是本发明的切割钢顶管和锁口钢梁通过u型挂勾筋连接的侧视结构示意图。

附图标记：1－土方基础、2－迁移体、21－建筑本体、22－土方保护壳体、2a－长边、2b－短边、3－箱形防护体系、31－钢板护筒、32－护筒龙骨、321－环箍主龙骨、322－次龙骨、4－吊装底座、41－切割钢顶管、42－锁口钢梁、5－u型挂勾筋、51－u型部、52－挂勾部、6－吊环、7－吊管、8－顶管作业区、9－土方基础成型作业区、10－基底处理土层、11－砖导墙、12－排木桩、13－基底处理钢板层、14－千斤顶撑杆、15－行进承杆、16－千斤顶、17－顶铁、18－法兰垫、19－水平靠尺、20－放坡角度、23－限位角铁。

具体实施方式

实施例参见图1-图8、图13-1、图13-2、图14-1和图14-2所示，一种建筑遗存顶管切割保护结构，包括位于土方基础1、土方基础1上的迁移体2、围合在迁移体2外侧的箱形防护体系3以及承托迁移体2底部与箱形防护体系3底部的吊装底座4。所述土方基础1的尺寸大于箱形防护体系3的外轮廓尺寸，所述迁移体2包括被保护的建筑本体21和建筑本体21外侧的土方保护壳体22，所述迁移体2为长方体，其横截面的长边2a为纵向，短边2b为横向。本实施例中，土方基础的高度h可以为600mm。

参见图2-图8所示，所述箱形防护体系包括钢板护筒31和护筒龙骨32，所述钢板护筒31围合紧贴在土方保护壳体22四个侧面的表面，所述护筒龙骨32包括沿钢板护筒31高度方向的表面分层水平间隔固定连接的一组环箍主龙骨321，相邻两层环箍主龙骨321之间、绕钢板护筒31一周间隔固定连接有竖向的次龙骨322。

本实施例中，钢板护筒31采用5mm厚度q235b级的钢板，次龙骨采用50mm×50mm的角钢，在其它实施例中也可以使用槽钢或方钢。环箍主龙骨采用25号槽钢，槽钢的开口朝下设置。钢构件采用一级焊缝。钢板与钢板在拼缝处焊接后，在钢板上环箍主龙骨，环箍主龙骨在转角处焊接固定，之后焊接次龙骨加强体系。

参见图12-1、图12-2、图13-1、图13-2、图14-1和图14-2所示，所述吊装底座4包括横向水平打入土方基础的钢管帷幕，所述钢管帷幕为一组互相平行、沿纵向等标高间隔设置的切割钢顶管41，所述切割钢顶管41的顶侧面顶紧箱形防护体系3的底侧面以及迁移体2的底侧面，所述切割钢顶管41的两个端部分别伸出土方基础1横向的两个侧部形成伸出段，所述吊装底座4还包括与每侧伸出段各自垂直、纵向设置的两根锁口钢梁42，每侧锁口钢梁42的底侧面与该侧所有伸出段的顶侧面均固定连接、将所有切割钢顶管41连成整体，锁口钢梁42的长度大于最外侧两根切割钢顶管41之间的距离，所述吊装底座上设有供起吊绳连接的吊点结构。在实际施工中钢管帷幕也可以纵向打入土方基础，当迁移体的长宽比差距较大时，最好使用横向打入土方基础。

参见图2-图8所示，所述钢板护筒是一组护筒单元逐层接高焊接而成，所述环箍主龙骨321的个数与护筒单元的个数相同，每根环箍主龙骨321对应设置在每层护筒单元的底部，每根环箍主龙骨321的底侧面均与相应的护筒单元的底侧面平齐。

参见图14-1、图14-2和图15所示，所述锁口钢梁42通过u型挂勾筋5与切割钢顶管41固定连接，所述u型挂勾筋5与切割钢顶管41的个数相同，所述u型挂勾筋5由一根钢筋弯折而成，包括u型部51和挂勾部52，挂勾部52由u型部51的两个端部弯折而成，挂勾部52与u型部51所在平面垂直，所述u型部51的竖向尺寸与锁口钢梁42和切割钢顶管41的高度之和相适应，u型部51的弧段承托切割钢顶管41的底部，所述挂勾部52紧贴锁口钢梁42的上表面并与其满焊连接，切割钢顶管41在锁口钢梁42的两个侧面各通过一个u型挂勾筋5固定连接。本实施例中锁口钢梁为工字钢，其高度为500mm，宽度为200mm，u型挂勾筋由圆钢制成。

参见图12-1、图13-1和图14-1所示，所述吊点结构有两种实施形式，一种为固定连接在锁口钢梁上的吊环6，吊环上绑扎吊绳。每根锁口钢梁42上至少设置三个吊环6，两根锁口钢梁42上的吊环6对称设置。本实施例中共设置八个吊环，每根锁口钢梁上设置四个。

参见图12-2、图13-2和图14-2所示，另一种为贯穿切割钢顶管的吊管7，所述吊管7的尺寸小于切割钢顶管41的尺寸，所述吊管7的两个端部分别露出切割钢顶管41的两个端部，露出的部分绑扎吊绳。所述吊管沿纵向对称设置，至少设置两根。

本发明中涉及到的固定连接均为焊接固定。钢构件间要进行除锈并刷防锈涂料，焊缝高度不小于5mm。

一种建筑遗存顶管切割保护结构的施工方法，施工步骤如下：

步骤一，土方开挖：参见图2所示，土方自地面向下开挖放坡，开挖区包括自迁移体横向一侧向外开挖放坡的顶管作业区8，还包括迁移体其余三侧向外开挖放坡的土方基础成型作业区9，两个作业区的放坡角度20均为45度，开挖区首层的开挖高度h为600mm-700mm。

步骤二，迁移体预加固：对开挖区首层露出的迁移体表面进行加固防风化处理，包括依次涂装的加固剂、防水剂和防风化剂，以起到对文物保护的效果。

步骤三，侧向加固：在步骤二处理后的迁移体外侧表面围合与开挖区首层等高的护筒单元，护筒单元的底部置于坡底上，然后将护筒龙骨32的环箍主龙骨321固定连接在护筒单元的表面，最后将次龙骨322固定连接在环箍主龙骨321之间，形成首层的箱形防护体系。

步骤四，重复步骤一至步骤三，参见图3和图4所示，对开挖区进行分层施工，层与层之间的护筒单元对接连接，后施工层的环箍主龙骨321底部与先施工层的次龙骨322顶部固定连接，施工至整个迁移体均露出。本实施例中共施工了三层。

步骤五，施工土方基础：参见图5所示，在步骤四的基础上外侧坡壁继续向下开挖放坡，同时迁移体的四侧也放坡，该放坡方向与外侧坡壁的放坡方向相对，迁移体和箱形防护体系下侧的土方形成土方基础，土方基础1的尺寸大于箱形防护体系3的尺寸。

考虑顶管作业所需的必要作业空间，最后顶管作业区8一侧土方开挖需要达到坡底宽度s≥迁移体宽度+m，m≥1m土方基础成型作业区9的土方开挖坡底宽度沿迁移体边缘外扩n，n≥1m。

步骤六，对步骤五中的坡底进行基底处理：参见图6所示，在铺设塘渣土碾压密实形成基底处理土层10。基底处理土层10的厚度为200mm。

步骤七，参见图6所示，在顶管作业区8的外侧坡壁处砌筑一排纵向砖导墙11，砖导墙11纵向排布长度与迁移体2的长度相同，砌筑过程中控制平整度及垂直度，然后紧贴砖导墙11内侧逐根夯入与其排布长度相同的排木桩12，再次校核木桩12垂直度。排木桩采用300mm×300mm×1000mm的木方销尖头处理，排木桩嵌入土体深度控制在500mm。砖导墙11采用实心砖砌筑，墙高500mm，墙厚240mm。

步骤八，参见图7所示，在基底处理土层10的上侧铺设一层与基底处理土层等面积的基底处理钢板层13，然后基底处理钢板层13上沿横向间隔设置有至少三道等高的顶管行进限位角铁23，每道顶管限位角铁成对设置。本实施例中，基底处理钢板层13是宽度为1.5m，厚度为10mm的q235b级钢板。

步骤九，参见图8-图9所示，在在排木桩12的内侧架设千斤顶顶管装置，该装置包括自排木桩的内侧依次顶接的千斤顶撑杆14、千斤顶16、顶铁17、法兰垫18和水平靠尺19，将切割钢顶管41的一端与法兰垫18固定连接，随后进行试顶。试顶完成后，将行进承杆15嵌入千斤顶撑杆14和千斤顶16之间，另一端通过顶管装置不断接长的顶铁17将其顶入土方基础1内，各段顶铁17通过法兰垫传递纵向力。各段顶铁17的长度按1000mm、500mm、300mm模数进行配置，管径相同。

参见图10-图11所示，在施工时先施工首层环箍主龙骨321下侧的切割钢顶管41，使切割钢顶管41在行进过程中的标高通过始终与环箍主龙骨321的底部平齐保证，行进过程中不断采用水平靠尺进行校验，然后再施工其余切割钢顶管41；切割钢顶管41之间的净距离控制在50mm之内，切割钢顶管施工前均进行除油、除锈处理，并刷防腐涂料。切割钢顶管41的直径为300mmm，壁厚为8mm，切割钢顶管一般采用逐根施工，完成一个切割钢顶管后才能进行下一个切割钢顶管施工。

步骤十，切割钢顶管均成功穿过土体基础后，用钢钎将管内土体锄松，之后用液压千斤顶配上小管径顶铁将松土挤出切割钢顶管，减轻起吊重量。

步骤十一，参见图12-1、图12-2、图13-1、图13-2、图14-1、图14-2和图15所示，在每侧切割钢顶管41的伸出部上连接一道锁口钢梁42，锁口钢梁42依次通过u型挂勾筋5与切割钢顶管41固定连接形成吊装底座4；锁口钢梁施工前均进行除油、除锈处理，并刷防腐涂料。

步骤十二，施工吊点结构，参见图12-1、图12-2、图13-1、图13-2、图14-1和图14-2所示，然后在吊点结构上绑扎吊绳起吊。起吊的吊车需要根据搬迁体的重量选定，吊钩的大小和位置也可以根据现场的实际情况进行调整。

考虑到土方开挖时迁移体侧边土体凹凸不平，在步骤三施工时，在钢板护筒与迁移体之间预留50mm-100mm宽度的封箱空间，在封箱空间之间填满填充料，所述填充料为发泡剂、水泥浆或水泥砂浆，起到防震、防松散、防倾覆、保湿隔离的作用。

在步骤九完成后，若存在瓷片土，土体比较松散，而且钢管之间存在缝隙，土有可能从缝隙中漏出，对切割钢顶管顶向上200mm-300mm的高度范围内进行土体固化处理，土体固化处理的方法为采用高压灌水泥浆或水玻璃。