抗隆支护结构的制作方法

本发明属于支护结构、地下空间资源开发利用。

背景技术：

多年以来，人类社会实现汽车地下化，解决交通“拥堵”，确保城市可持续发展，备受世界各国政府和学者关注。不能汽车地下化的症结在于石化燃料汽车严重“污染”，不能确保地下空间绿色环保。地下空间严重“污染”，汽车地下化受阻，酿成城市“综合症”。两害相权取其轻，国际社会对“污染”和“综合症”两者权衡利弊，苦涩地接受城市“综合症”，认同城市“综合症”带来苦不堪言，甚至令人恐惧的城市交通，无条件接受城市“拥堵”，这样残酷的现实全球城市必须面对，无一幸免。地铁视为人类社会解决城市交通“拥堵”最高智慧。理性是人类发展的基础。

此一时，彼一时。今天，随着汽车换代，无污染的电动汽车推广应用，本世纪为汽车地下化世纪、地下空间开发世纪当之无愧。但现有抗力支护结构不能实现地下空间开发施工安全。可以肯定，人类社会应该结束对地下空间资源开发全凭地质特性左右，工程不安全，恶性事故频发的历史。为此，面对地下空间开发世纪，研究一种崭新的抗隆支护结构取代现有抗力支护结构乃当务之急。抗隆支护结构按现行结构设计规范执行，可适时地进行动态监测，是保障地下空间开发行之有效的“最佳工法”，名至实归。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种新的支护理论，能有效地克服现有支护理论的缺陷，实现城市地下空间安全开发利用。

一种抗隆支护结构是建立在梁板结构基础上，受力模型为水平荷载，包括有顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构、顶撑结构、抗隆结构、配重结构以及多孔逆作加压沉箱；

所述顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构由纵梁、多孔逆作护壁和竖向墙板组成；

所述顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构的多孔逆作护壁中的多孔有安全孔和出土孔两种；

所述顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构的多孔数量根据地质特性和支护深度确定；

所述竖向墙板孔的大小取决于支护结构设计和施工操作。

所述顶撑结构有逆作楼板、中层逆作梁和沉梁顶撑三种；

所述抗隆结构由单一抗隆结构和组合抗隆结构两种；

所述单一抗隆结构由倒悬壁结构和抗隆隔离墙组成；

所述抗隆隔离墙位于倒悬臂支护结构下面，两者为绞接；

所述倒悬臂支护结构和抗隆隔离墙设置于沉梁顶撑下面；

所述组合抗隆结构由单一抗隆结构和配重抗隆结构组成。

所述配重结构有混凝土配重结构；冻土配重结构、土体配重结构三种；

所述混凝土配重结构由旋喷桩和填充桩组成；

所述冻土配重结构由冻结土层组成；

所述土体配重结构由加压T形沉井、加压T形沉井内和上面填土，以及加压T形沉井的注浆孔向外注浆构成的注浆结石组成。

所述多孔逆作加压沉箱由下沉滑动段、I型顶撑段、土方开挖段和底座格栅段组成；

所述多孔逆作加压沉箱的安全孔和出土孔按顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构设计要求确定。

所述施工法有顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构施工法、沉梁顶撑施工法、配重结构施工法和地下工程施工法四种。

所述顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构采用多孔逆作加压沉箱施工法；

所述多孔逆作加压沉箱施工按土方开挖沉箱下沉，逐一敷设逆作I型顶撑和敷设竖向墙板孔模板，浇灌多孔逆作护壁，两者依次逐一实施，直至支护结构达到设计标高为止；

所述顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构的施工顺序：先施工多孔逆作护壁；后施工竖向墙板与纵梁，竖向墙板与纵梁两者逐一交替施工；

所述多孔逆作加压沉箱施工流程于次：1）一次土方开挖沉箱下沉，逐一敷设逆作I型顶撑；2）一次敷设竖向墙板孔模板，浇灌多孔逆作护壁；3）二次土方开挖沉箱下沉，逐一敷设逆作I型顶撑；4）二次敷设竖向墙板孔模板，浇灌多孔逆作护壁；

所述I型顶撑段为下沉高度，也是每次多孔逆作护壁混凝土浇灌高度；

所述纵梁结构钢筋施工方法有二：一是沉箱法；二是插入法；

沉箱法是指纵梁结构钢筋随多孔逆作加压沉箱下沉就位；插入法是指纵梁结构钢筋直接插入竖向墙板孔内就位。

所述沉梁顶撑施工法，其施工工艺 如下：1、双井筒沉梁下沉至设计标高；2、采用水平千斤顶敷设两侧支护和顶板支护建立节点支护工作室；3、开挖节点支护工作室土方；4、节点钢筋绑扎和混凝土浇灌；5、双井筒沉梁底板钢筋混凝土浇灌；6、双井筒沉梁填土；7、拆除工具井筒和浇灌钢筋混凝土井筒盖板。

所述配重结构施工法有混凝土配重结构施工法；冻土配重结构施工法、土体配重结构施工法三种；

所述混凝土配重结构施工法顺序为：先施工旋喷桩；后施工填充桩；

所述冻土配重结构施工法采用冻结土层施工；

所述土体配重结构施工法依次按加压T形沉井下沉；敷设底座沉井底板钢筋混凝土和底座沉井内和上面填土。

所述地下工程施工法有单一抗隆结构地下工程施工法和组合抗隆结构地下工程施工法两种。

所述单一抗隆结构地下工程施工法按下列施工流程进行：1、支护结构和支承柱施工；2、逆作楼板施工；3、中层逆作梁；4、沉梁顶撑施工；5、下部土方开挖和底板结构施工；6、下层结构柱、墙板结构施工；7、上层结构柱、墙板结构施工；

所述组合抗隆结构地下工程施工法按下列施工流程进行：1、支护结构和支承柱施工；2、逆作楼板施工；3、中层逆作梁；4、沉梁顶撑施工；5、配重结构施工；6、下部土方开挖和底板结构施工；7、下层结构柱、墙板结构施工；8、上层结构柱、墙板结构施工。

附图说明

图1、顶撑支护结构：(1)平面图。

图2、顶撑支护结构：(2)剖面图(A-A)。

图3、混凝土配重结构平面图。

图4、冻土配重结构平面图。

图5、土体配重结构平面图。

图6、加压T形沉井图：(1)加压T形沉井立面图。

图7、加压T形沉井图：(2)加压T形沉井变为土体配重结构图。

图8、双井筒沉梁图：(1)平面图。

图9、双井筒沉梁图：(2)横剖面图(A-A)。

图10、双井筒沉梁图：(3)纵剖面图(B-B)。

图11、双井筒沉梁顶撑施工流程图：(1)双井筒沉梁顶撑下沉至设计标高。

图12、双井筒沉梁顶撑施工流程图：(2)采用水平千斤顶顶两侧支护和顶板支护建立节点支护工作室。

图13、双井筒沉梁顶撑施工流程图：(3)节点支护工作室内挖土。

图14、双井筒沉梁顶撑施工流程图：(4)节点钢筋绑扎和混凝土浇灌。

图15、双井筒沉梁顶撑施工流程图：(5)双井筒沉梁底板施工。

图16、双井筒沉梁顶撑施工流程图：(6)双井筒沉梁填土。

图17、双井筒沉梁顶撑施工流程图：(7)双井筒沉梁顶板结构施工。

图18、单一抗隆结构地下工程施工流程图(横剖面)：(1)支护结构和支承柱施工。

图19、单一抗隆结构地下工程施工流程图(横剖面)：(2)逆作楼板施工。

图20、单一抗隆结构地下工程施工流程图(横剖面)：(3)中层逆作梁施工。

图21、单一抗隆结构地下工程施工流程图(横剖面)：(4)顶撑结构施工。

图22、单一抗隆结构地下工程施工流程图(横剖面)：(5)下部土方开挖和底板结构施工。

图23、单一抗隆结构地下工程施工流程图(横剖面)：(6)下层结构柱、墙板结构施工。

图24、单一抗隆结构地下工程施工流程图(横剖面)：(7)上层结构柱、墙板结构施工。

图25、组合抗隆结构地下工程施工流程图(横剖面)：(1)支护结构和支承柱施工。

图26、组合抗隆结构地下工程施工流程图(横剖面)：(2)逆作楼板施工。

图27、组合抗隆结构地下工程施工流程图(横剖面)：(3)中层逆作梁施工。

图28、组合抗隆结构地下工程施工流程图(横剖面)：(4)顶撑结构施工。

图29、组合抗隆结构地下工程施工流程图(横剖面)：(5)配重结构施工。

图30、组合抗隆结构地下工程施工流程图(横剖面)：(6)下部土方开挖和底板结构施工。

图31、组合抗隆结构地下工程施工流程图(横剖面)：(7)下层结构柱、墙板结构施工。

图32、组合抗隆结构地下工程施工流程图(横剖面)：(8)上层结构柱、墙板结构施工。

图33、顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构图：(1)支护结构。

图34、顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构图：(2)多孔逆作护壁。

图35、顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构图：(3)剖面(A-A)。

图36、顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构图：(4)剖面(B-B)。

图37、逆作护壁加压沉箱图：(1)立面(逆作I型顶撑已敷设)；逆作护壁未浇灌。

图38、逆作护壁加压沉箱图：(2)平面(A-A)：地面多孔逆作护壁。

图39、逆作护壁加压沉箱图：(3)平面(B-B)：逆作I型顶撑段。

图40、逆作护壁加压沉箱图：(4)平面(C-C)：土方开挖段。

图41、逆作护壁加压沉箱图：(5)平面(D-D)：土方开挖段。

图42、逆作护壁加压沉箱施工流程(纵剖面)图：(1)土方开挖沉箱下沉逐一敷设逆作I型顶撑。

图43、逆作护壁加压沉箱施工流程(纵剖面)图：(2)敷设孔模板浇灌逆作护壁混凝土。

图44、逆作护壁加压沉箱施工流程(纵剖面)图：(3)二次土方开挖沉箱下沉逐一敷设逆作I型顶撑。

图45、逆作护壁加压沉箱施工流程(纵剖面)图：(4)二次敷设孔模板浇灌逆作护壁混凝土。

其中：1-支护结构；6-抗隆隔离墙；9-混凝土配重结构；10-冻土配重结构；11-土体配重结构；17-竖向荷载；18-水平荷载；19-隆起荷载；22-底板结构；23-倒悬壁支护结构；24-支承柱；25-结构柱；26-墙板结构；27-混凝土配重；28-冻土配重；29-土体配重；31-旋喷桩；32-填充桩；33-注浆结石；34-冻结土层；35-填土；36-加压T形沉井；37-注浆孔；38-底座沉井；39-底座沉井底板；54-绞接；55-地层；58-顶撑支护结构；59-双井筒沉梁底板；60-逆作楼板；61-中层逆作梁；62-双井筒沉梁；63-双井筒沉梁底座；64-沉梁顶撑；65-工具井筒；66-顶板支护；67-两侧支护；68-节点支护工作室；69-井筒盖板；71-顶撑结构；72-抗隆结构；73-配重结构；74-地下工程；75-多孔逆作加压沉箱；76-下沉滑动段；77-I型顶撑段；78-土方开挖段；79-底座格栅段；80-逆作I型顶撑；81-第一次敷设逆作I型顶撑；82-第二次敷设逆作I型顶撑；83-第三次敷设逆作I型顶撑；84-第四次敷设逆作I型顶撑；85-多孔逆作护壁；86-竖向墙板；87-顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构；92-安全孔；93-出土孔；94-地面；95-地面盖板；96-逆作护壁混凝土；97-纵梁。

具体实施方案

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1—图45所示。

图1、图2：顶撑支护结构56采用顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构87，竖向荷载17由逆作楼板60承担；水平荷载18经顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构87，由逆作楼板60中层逆作梁61承担和沉梁顶撑64承担；由于地质特性不同，承担隆起荷载19模式有二：一是倒悬臂支护结构23和抗隆隔离6模式；二是倒悬臂支护结构与抗隆隔离6和配重结构73模式组成。

图3、图4、图5：配重结构4有混凝土配重抗隆支护结构9；冻土配重抗隆支护结构10、土体配重抗隆支护结构11三项；混凝土配重抗隆支护结构9由旋喷桩31和填充桩32构成；冻土配重抗隆支护结构10由冻结土层34构成；土体配重抗隆支护结构11，由加压T形沉井36和注浆结石构成。

图6、图7：加压T形沉井36由沉井底座38和工具井筒65构成。其施工顺序：加压T形沉井36就位后，从注浆孔37向外注浆；底座沉井底板39钢筋混凝土浇灌，拆除工具井筒65；沉井内填土35。

图8、图9、图10：双井筒沉梁62由双井筒沉梁底座63、工具井筒65、顶板支护66和两侧支护67组成。

图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17：沉梁顶撑施工法按下列施工流程进行：1、双井筒沉梁62下沉至设计标高；2、采用水平千斤顶敷设两侧支护67和顶板支护66建立节点支护工作室68；3、开挖节点支护工作室68土方；4、节点钢筋绑扎和混凝土浇灌；5、双井筒沉梁底板50钢筋混凝土浇灌；6、双井筒沉梁62填土35；7、拆除工具井筒65和浇灌钢筋混凝土井筒盖板69。

图18、图19、图20、图21、图22、图23、图24：单一抗隆结构地下工程74施工法按下列施工流程进行：1、支护结构1和支承柱24施工；2、逆作楼板60施工；3、中层逆作梁61；4、沉梁顶撑64施工；5、下部土方开挖和底板结构22施工；6、下层结构柱25、墙板结构26施工；7、上层结构柱25、墙板结构26施工。

图25、图26、图27、图28、图29、图30、图31、图32：组合抗隆结构地下工程74施工法按下列施工流程进行：1、支护结构和支承柱24施工；2、逆作楼板60施工；3、中层逆作梁61；4、沉梁顶撑64施工；5、配重结构73施工；6、下部土方开挖和底板结构22施工；7、下层结构柱25、墙板结构26施工；8、上层结构柱25、墙板结构26施工。

图33、图34、图35、图36：顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构87由纵梁97、多孔逆作护壁85和竖向墙板86组成。

顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构87的多孔有安全孔92和出土孔93两种。

图37、图38、图39、图40、图41：多孔逆作加压沉箱75由下沉滑动段76、I型顶撑段77、土方开挖段78和底座格棚段79组成。多孔逆作加压沉箱75的安全孔92和出土孔93按顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构87的要求设计。

图42、图43、图44、图45：顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构87采用多孔逆作加压沉箱75施工法。

多孔逆作加压沉箱75施工按土方开挖沉箱下沉，逐一敷设逆作I型顶撑80和敷设竖向墙板84模板，浇灌多孔逆作护壁85，下沉与浇灌两者逐一实施，直至支护结构达到设计标高为止。

顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构87的施工顺序：先施工多孔逆作护壁85；后施工竖向墙板86与纵梁97，两者逐一交替施工；

多孔逆作加压沉箱75施工流程于次：1)一次土方开挖沉箱下沉，逐一敷设逆作I型顶撑80；2)一次敷设孔模板浇灌多孔逆作护壁85；3)二次土方开挖沉箱下沉，逐一敷设逆作I型顶撑80；4)二次敷设孔模板浇灌多孔逆作护壁85；

纵梁97的结构钢筋施工方法有二：一是沉箱法；二是插入法。沉箱法是指纵梁97的结构钢筋随多孔逆作加压沉箱75下沉就位；插入法是指纵梁97的结构钢筋直接插入竖向墙板86孔内就位。

抗隆支护结构按结构和施工法分别叙述

一、结构

抗隆支护结构按顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构、顶撑结构、抗隆结构、配重结构和多孔逆作加压沉箱分别叙述。

1、顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构

顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构，其结构由纵梁、多孔逆作护壁和竖向墙板组成，结构的多孔有安全孔和出土孔两种，多孔的数量根据地质特性和支护深度确定。所谓顶撑支护结构是指支护结构设置重梁，顶撑结构设计不受跨度和层高的限制。这是顶撑支护结构与现有支护结构（地下连续墙和挖孔桩）的根本区别。

2、顶撑结构

顶撑结构有三：一、逆作楼板；二、中层逆作梁；三、沉梁顶撑。

3、抗隆结构

抗隆结构有二：一是支护抗隆结构；二是组合抗隆结构。支护抗隆结构由倒悬臂支护结构和抗隆隔离墙组成。倒悬臂抗隆结构是利用倒悬臂支护结构阻止土体隆起，其结构称为倒悬臂抗隆结构。抗隆隔离墙的目的是减缓基坑土体隆起，抗隆隔离墙与倒悬臂结构为绞接，其长度视地质特性而定。组合抗隆结构由支护抗隆结构和配重结构组成。

4、配重结构

配重结构是指基坑土体隆起，设置配重结构抵抗基坑内土体隆起，其结构称为配重结构，配重结构又称为虚拟抗隆底板，其结构形式有三：一是混凝土配重结构；二是冻土配重结构；三、土体配重结构；

（1）混凝土配重结构

混凝土配重配重结构由钻孔桩、旋喷桩和填充桩组成。

（2）冻土配重结构

冻土配重结构由冻土构成。

（3）土体配重结构

土体配重结构是利用加压格栅T形沉井下沉，沉井设置钢筋混凝土底板。沉井内和沉井上堆放土体以及沉井自身的重量实现抗隆，其抗隆称为土体配重抗隆。

5、多孔逆作加压沉箱

多孔逆作加压沉箱为钢筋混凝土结构。多孔逆作加压沉箱分为四段：一、下沉滑动段；二、Ⅰ型顶撑段；三、土方开挖段；四、底座格栅段。Ⅰ型顶撑段为每次沉箱下沉的高度，也是每次多孔逆作护壁浇灌长度。

二、施工法

抗隆支护结构施工按顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构施工法、顶撑结构施工法、抗隆结构施工法、配重结构施工法和地下工程施工法分别叙述。

1、顶撑多孔逆作护壁竖向墙板支护结构施工法

2、顶撑结构施工法

顶撑结构施工法有三：一、逆作楼板施工法；二、中层逆作柱施工法；三、沉梁顶撑施工法三种。

（1）逆作楼板施工法

地面楼板采用逆作法施工。

（2）中层逆作梁施工法

中间楼板结构采用主梁逆作施工，不施工楼板，其方法称为中层逆作梁施工法。

（3）沉梁顶撑施工法

沉梁顶撑施工按下列程序进行：

3、抗隆结构施工法

抗隆结构施工法有二：一、支护抗隆施工法；二、组合抗隆施工法。支护抗隆施工法是指隆起荷载仅由支护结构承担即由倒悬臂支护结构和抗隆隔离墙承担；组合抗隆施工法由支护抗隆结构施工法和配重结构施工。

4、配重结构施工法

配重结构施工法有三：一是混凝土配重结构施工法；二是冻土配重结构施工法；三、土体配重结构施工法。

（1）混凝土配重结构施工法

混凝土配重结构施工依次按钻孔桩施工、旋喷桩施工、填充桩施工顺序进行，最终形成混凝土配重结构。

（2）冻土配重结构施工法

冻土配重结构施工是将基坑土体冻结成冻土地层。

（3）土体配重结构施工法

采用加压T形沉井沉入设计标高，浇灌T形沉井底板；T形沉井内填土；拆除井筒。

5、地下工程施工法

地下工程施工法有单一抗隆结构地下工程施工法和组合抗隆结构地下工程施工法两种。

(1)单一抗隆结构地下工程施工法

单一抗隆结构地下工程施工法按下列施工流程进行：1、支护结构和支承柱施工；2、逆作楼板施工；3、中层逆作梁；4、顶撑结构施工；5、下部土方开挖和底板结构施工；6、下层结构柱、墙板结构施工；7、上层结构柱、墙板结构施工。

(2)组合抗隆结构地下工程施工法

组合抗隆结构地下工程施工法按下列施工流程进行：1、支护结构和支承柱施工；2、逆作楼板施工；3、中层逆作梁；4、顶撑结构施工；5、配重结构施工；6、下部土方开挖和底板结构施工；7、下层结构柱、墙板结构施工；8、上层结构柱、墙板结构施工。

地下空间开发增加一种全新的支护理论——抗隆支护理论，能确保城市汽车地下化（地下高速公路）施工安全，结束人类社会对地下空间资源开发全凭地质特性左右，工程不安全，恶性事故频发的历史。可以肯定，地下空间资源开发利用发生重大的划时代“革命”，城市交通模式由地铁模式更换为汽车模式，施工安全获得保证。换言之，地下道路实现智能交通施工安全获得保证，以盾构施工工艺为前提的城市地下空间开发将成为历史。