一种用于地铁基坑的支撑体系的制作方法

本实用新型涉及建筑工程领域，特别是一种基坑支撑体系。

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。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：

本实用新型的目的是提供一种用于地铁基坑的支撑体系，要解决现有施工效率低、安全隐患大、作业空间有限的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于地铁基坑的支撑体系，包括水平支撑在基坑围护结构之间的水平支撑平台，所述水平支撑平台沿着基坑的长度和高度方向平行间隔均匀分布，还包括导轨、升降动力单元和传力机构；所述导轨沿基坑围护结构的长度方向平行间隔设置；所述升降动力单元连接在水平支撑平台与导轨之间；所述传力机构连接在水平支撑平台与导轨之间。

所述导轨单元通过可调支座组件与基坑围护结构连接，通过单元支架与升降动力单元连接。

所述导轨是由导轨单元沿基坑围护结构的高度方向竖向拼接而成的。

所述导轨单元为矩形柱筒，相邻的导轨单元通过连接销连接；导轨单元的一端设有穿过连接销的导轨连接孔、另一端对应设有连接连接销的连接耳板；导轨单元的筒身背面设有连接可调支座组件的导轨支座连接孔，侧面沿其长度方向设有一组连接单元支架的反力孔。

所述可调支座组件包括与导轨连接的导轨支座、与导轨支座连接的基坑支座以及连接基坑支座与基坑围护结构之间的锚板；所述导轨支座是由背板、底板和两侧板组成的盒状结构，其中背板上均匀开有X向调节孔、并通过紧固件与导轨连接，底板上开有Y向调节孔并通过紧固件与基坑支座连接；所述基坑支座是由背板、底板和两侧板组成的盒状结构，其中底板通过紧固件与导轨支座的底板连接、上开有穿过紧固件的通孔，背板上均匀开有Z向调节孔、并通过锚件与锚板连接；所述锚件的一端的螺纹头、依次穿过锚板和Z向调节孔并通过螺母固定，另一端为弯钩头、锚固在基坑围护结构的钢筋骨架上。

所述单元支架包括连接在水平支撑平台端部的三角支架、连接在三角支架端部的上插销支座以及平行设置在上插销支座下方的下插销支座；所述上插销支座和下插销支座分别通过上插销和下插销与导轨的反力孔可拆卸连接。

所述升降动力单元为液压油缸，包括缸筒和活塞杆，其中缸筒与上插销支座固定连接，活塞杆的一端穿过上插销支座与缸筒活动连接、另一端与下插销支座固定连接。

所述水平支撑平台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。

所述传力机构包括连接在水平支撑平台端部的千斤顶、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。

与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果：

本实用新型通过将狭长型的矩形规则地铁基坑划分为若干单元，每个单元设置水平支撑平台，采用钢结构对对撑钢桁架和边桁架的布置形式进行有效的组合和设计，增大了整个支撑体系的平面内和平面外的整体刚度，使得支撑体系的稳定和安全更能够得到保障，实现大跨度的设计，以保证其中心区域有较大的机械作业空间；取消传统地铁基坑采用钢筋砼支撑或钢管支撑所必须的临时立柱桩，合理有效规避支撑间距设置较密的缺点，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，利用坑内无障碍大净空的挖土作业环境，改变了目前传统密支撑条件下只能采用小型挖掘机而导致的工效低下的窘境，即可方便大型机器投入，加快土方开挖工效，有效缩短工程建设工期；水平支撑平台可进行装配式设计，便于拆解和安装，并可循环重复使用，利于低碳环保。

在基坑围护结构上设置横向钢制围檩和纵向钢制导轨，在单元桁架两端设置若干千斤顶以传递主动土压力至水平支撑平台上，土压力传力路径为：土体→基坑围护结构→钢制围檩→导轨→千斤顶→水平支撑平台；在水平支撑平台两端设置升降动力单元，一方面将水平支撑平台自重传递至纵向导轨上，另一方面利用升降动力单元配合导轨进行水平支撑平台的整体升降，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，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，在加快支撑体系的安装工效的同时，使得支撑体系施工与土方开挖紧密配合，避免目前传统单一钢支撑安装往往滞后于土方开挖而可能导致的安全隐患。

基坑开挖前可通过千斤顶对水平支撑平台施加预压力，进而控制基坑开挖过程中围护结构水平方向的变形，而滚轮将千斤顶传至的支撑力以线荷载的形式施加于基坑围护结构，在承受水平支撑力的情况下带动水平支撑平台沿基坑深度方向移动，保证支撑桁架在移动的过程中仍能起到支撑的作用，因此，传力机构可在承受水平支撑力的情况下带动水平支撑平台沿基坑围护结构竖向移动，方便进行多层水平支撑平台的快速竖向移动，确保装配过程中各层调节，施工效率高，而且安全有效，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。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的俯视结构示意图。

图3是本实用新型的主视结构示意图。

图4是本实用新型水平支撑平台的结构示意图。

图5是本实用新型水平支撑平台、升降动力单元、导轨、可调支座组件的连接结构示意图。

图6是本实用新型可调支座组件的结构示意图。

图7是本实用新型可调支座组件的结构示意图。

图8是本实用新型传力机构的结构示意图。

附图标记：1－水平支撑平台、1.1－对撑钢桁架、1.2－边桁架、1.3－琵琶撑、2－升降动力单元、3－导轨、3.1-导轨单元、3.2-反力孔、3.3-连接销、3.4-导轨连接孔、3.5-连接耳板、4－可调支座组件、4.1-导轨支座、4.2-X向调节孔、4.3-Y向调节孔、4.4-基坑支座、4.5- Z向调节孔、4.6-锚板、4.7-锚件、4.8-紧固件、5－基坑围护结构、5.1-钢筋骨架、6－单元支架、6.1-三角支架、6.2-上插销支座、6.3-上插销、6.4-下插销支座、6.5-下插销、7-围檩、8－传力机构、8.1－滚轮、8.2－千斤顶、8.3-转动关节、8.4-滚轮支架。

具体实施方式

实施例参见图1、图2、图3所示，这种用于地铁基坑的支撑体系，包括水平支撑在基坑围护结构5之间的水平支撑平台，所述水平支撑平台1沿着基坑的长度和高度方向平行间隔均匀分布，其特征在于：还包括导轨3、升降动力单元2和传力机构8；所述导轨3沿基坑围护结构5的长度方向平行间隔设置；所述升降动力单元2连接在水平支撑平台1与导轨3之间；所述传力机构8连接在水平支撑平台1与导轨3之间；所述导轨单元3.1通过可调支座组件4与基坑围护结构5连接，通过单元支架6与升降动力单元2连接。

参见图5所示，所述导轨3是由导轨单元3.1沿基坑围护结构5的高度方向竖向拼接而成的；所述导轨单元3.1为矩形柱筒，相邻的导轨单元3.1通过连接销3.3连接；导轨单元3.1的一端设有与穿过连接销3.3的导轨连接孔3.4、另一端对应设有连接连接销3.3的连接耳板3.5；导轨单元3.1的筒身背面设有连接可调支座组件4的导轨支座连接孔，侧面沿其长度方向设有一组连接单元支架6的反力孔3.2。

参见图6、图7所示，所述可调支座组件4包括与导轨3连接的导轨支座4.1、与导轨支座4.1连接的基坑支座4.4以及连接基坑支座4.4与基坑围护结构5之间的锚板4.6；所述导轨支座4.1是由背板、底板和两侧板组成的盒状结构，其中背板上均匀开有X向调节孔4.2、并通过紧固件与导轨3连接，底板上开有Y向调节孔4.3并通过紧固件与基坑支座4.4连接；所述基坑支座4.4是由背板、底板和两侧板组成的盒状结构，其中底板通过紧固件与导轨支座的底板连接、上开有穿过紧固件的通孔，背板上均匀开有Z向调节孔4.5、并通过锚件4.7与锚板4.6连接；所述锚件4.7的一端的螺纹头、依次穿过锚板4.6和Z向调节孔4.5并通过螺母固定，另一端为弯钩头、锚固在基坑围护结构5的钢筋骨架5.1上。

参见图4、图5所示，所述单元支架6包括连接在水平支撑平台1端部的三角支架6.1、连接在三角支架6.1端部的上插销支座6.2以及平行设置在上插销支座6.2下方的下插销支座6.4；所述上插销支座6.2和下插销支座6.4分别通过上插销6.3和下插销6.5与导轨3的反力孔3.2可拆卸连接。

参见图4、图5所示，所述升降动力单元2为液压油缸，包括缸筒和活塞杆，其中缸筒与上插销支座6.2固定连接，活塞杆的一端穿过上插销支座6.2与缸筒活动连接、另一端与下插销支座6.4固定连接。

参见图4所示，所述水平支撑平台1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1.1、连接在对撑钢桁架1.1两端之间的边桁架1.2和连接在对撑钢桁架1.1两端两侧面上的琵琶撑1.3；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。

参见图8所示，所述传力机构8包括连接在水平支撑平台1端部的千斤顶8.2、连接在千斤顶前端的转动关节8.3、铰接在转动关节8.3上的滚轮支架8.4和铰接在滚轮支架8.4上的滚轮8.1；所述滚轮支架8.4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8.3铰接、两底角对称铰接有一个滚轮8.1。

一种如所述的用于地铁基坑的支撑体系的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一，完成基坑围护结构5的施工，进行第一层土方开挖。

步骤二，开挖至支撑设计标高后，安装导轨单元以及对应的可调支座组件4。

步骤三，连接第一层水平支撑平台以及对应的升降动力单元2、单元支架6和传力机构8。

步骤四，整体吊装至第一层水平支撑设计标高位置，传力机构8的千斤顶顶推受力。

步骤五，顶推受力稳定后，基坑开挖深度继续增加，继续向下安装导轨单元以及对应的可调支座组件4，其中导轨单元与导轨单元之间采用连接销连接。

步骤六，开挖到第二层支撑设计标高后，新增第二层水平支撑平台以及对应的升降动力单元2、单元支架6和传力机构8。

步骤七，整体吊装第二层水平支撑平台，使之紧邻第一层水平支撑平台。

步骤八，第二层水平支撑平台传力机构8的千斤顶顶推受力。

步骤九，受力稳定后，收缩第一层水平支撑平台传力机构8的千斤顶。

步骤十，在第一层水平支撑平台被上部新增的第二层水平支撑平台换撑后，利用升降动力单元进行第一层水平支撑平台1的分步间歇式分段下降。

步骤十一，第一层水平支撑平台下降至第二层支撑设计标高后，第一层水平支撑平台传力机构8的千斤顶顶推受力

步骤十二，将第二层水平支撑平台负载小距离下降至第一层支撑设计标高，第二层水平支撑平台传力机构8的千斤顶顶推受力。

步骤十三，顶推受力稳定后，进行第三层土方开挖，开挖至第三层支撑设计底标高。

步骤十四，重复步骤二至步骤十二直至第一层水平支撑平台1到达最底层支撑设计标高后，开始最底层结构施工。

水平支撑平台的装配施工，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，组装成水平支撑平台。

水平支撑平台1的分步间歇式分段下降，具体步骤如下：

步骤一，所有液压油缸的活塞杆回收直至下插销不承受竖向力后，将下插销6.5退出反力孔。

步骤二，所有的活塞杆伸出直至下插销支座6.4对应相应的反力孔，将下插销插入对应的反力孔中。

步骤三，将所有的下插销插入反力孔后，所有的活塞杆同步伸长，所有的下插销与反力孔底部接触并且受力，直至所有的上插销不承受竖向力后，将所有的上插销退出反力孔。

步骤四，所有的活塞杆同步回收，第一层水平支撑平台1下降一段高度，直至所有上插销支座6.2正对指定的反力孔，将上插销插入对应的反力孔中。

步骤五，所有的上插销插入反力孔后，所有的活塞杆同步回收，所有的上插销与反力孔底部接触并受力，直至所有的下插销不承受竖向力时，活塞杆停止，至此完成单步下降。

步骤六，重复步骤1至步骤5，直至第一层水平支撑平台1下降至设计标高位置。

步骤七，调整所有的活塞杆伸出长度及压力，使得所有的上插销、下插销均分竖向荷载，然后闭死所有的液压油缸，使水平支撑平台1定位在指定高度。

底层结构达到强度要求后，开始拆除支撑体系，具体步骤如下：

步骤一，底层水平支撑平台1开始进行分步间歇式分段爬升，具体步骤如下：

步骤1，所有液压油缸的活塞杆伸长直至上插销不承受竖向力后，将上插销退出反力孔；

步骤2，所有的活塞杆伸出直至上插销支座对应相应的反力孔，将上插销插入对应的反力孔中；

步骤3，将所有的上插销插入反力孔后，所有的活塞杆同步回收，所有的上插销与反力孔底部接触并且受力，直至所有的下插销不承受竖向力后，将所有的下插销退出反力孔；

步骤4，所有的活塞杆同步回收，第一层水平支撑平台1爬升一段高度，直至所有下插销支座正对指定的反力孔，将下插销插入对应的反力孔中；

步骤5，所有的下插销插入反力孔后，所有的活塞杆同步伸长，所有的下插销与反力孔底部接触并受力，直至所有的上插销不承受竖向力时，活塞杆停止，至此完成单步下降；

步骤6，重复步骤1至步骤5，底层水平支撑平台1爬升至设计标高位置；

步骤二，底层水平支撑平台1达到上一层支撑设计标高后，调整所有的活塞杆伸出长度及压力，使得所有的上插销、下插销均分竖向荷载，然后闭死所有的液压油缸，使水平支撑平台1定位在指定高度；

步骤三，拆除最底层的导轨单元，并对对应的可调支座组件进行拆除周转；

步骤四，重复步骤一至步骤二，爬升上一层水平支撑平台至再上一层支撑设计标高，以此类推，随着结构向上施工，直至底层水平支撑平台1爬升至顶层支撑设计标高，然后进行吊装拆除。