一种大跨度地下空间结构及其施工方法与流程

本发明属于地下暗挖工程技术领域；具体的说是涉及一种大跨度地下空间结构及其施工方法。

背景技术：

随着我国的改革开放和现代化的城市建设，地下空间的建设利用越来越受到国家的重视；并且在我国城市化进程的继续推进过程中，城市人口的快速集中，土地资源变得尤为稀缺，整个社会对地下空间开发利用的需求亦愈加突出；然而通常的地下工程施工，做法是采用支护和明挖相结合的施工方式，但是这种传统的方式带来的最大困扰就是需要对地面进行整体开挖，不但影响周边环境，而且严重阻碍交通，对社会公共交通和环境影响较大；并且随着结构埋深的增加，支护费用也大幅提高，如果在城市成熟区域进行明挖，给社会带来的潜在损失更是无法小觑；而目前的暗挖技术也存在诸多不足，效率和质量较难控制；盾构、顶管技术也只能较好的运用在隧道方面，对于大型的地下空间结构尚无较好的、成体系的、能应对不同地质条件、不同功能需求的施工方法；因此，如何在不影响地上环境、交通、社会生活的前提下，完成复杂地质条件、复杂功能需求的地下工程的建设是尤为重要且亟待解决的难题。

技术实现要素：

本发明的发明目的：

主要是为了提供一种对社会环境影响较小的地下暗挖空间结构及其施工方法，有效的解决地下空间结构工程施工难度大的技术问题，提高企业的施工效率，降低工人的劳动强度，提高地下大跨度空间结构的实施质量，提高地下工程的安全性和机械化程度。

本发明的技术方案为：

提供了一种大跨度地下空间结构，该地下空间结构主要由地下隧道结构和地下管幕结构组成，其中地下隧道结构主要由使用盾构机或顶管机开挖的多个纵向先行隧道组成；在相邻的纵向先行隧道之间设置有由多个管体组成的横向地下管幕结构，其中管体采用直线形或拱形结构设置，直线形管体采用直线管幕机开挖设置，拱形管体采用曲线管幕机开挖设置。

该横向管幕及其跨接的纵向先行隧道作为基本结构单元可进行地下空间的平面方向和深度方向的有序组合，在同一深度平面内的重复组合构成大型的多跨地下空间结构，在深度方向的重复组合构成大型的多层地下空间结构。

所述的纵向先行隧道可采用矩形或类矩形隧道、圆形隧道和马蹄形隧道。

所述的相邻的纵向先行隧道之间的地下管幕结构的跨度为8m～30m。

所述的地下管幕结构的形状为半圆型、圆型、门字型或口子型。

根据以上所述的大跨度地下空间结构的施工方法步骤为：

（1）、利用盾构机、顶管机开挖完成纵向先行隧道；纵向先行隧道之间相互平行。

（2）、在纵向先行隧道之间采用管幕机进行管幕结构开挖施做，形成线形或者拱形及其相结合的多个跨度方向的地下管幕结构，并在管幕结构两端设置支座，管幕钢管依靠锁口相连，并在锁口处注入止水剂或者砂浆，形成密封的止水管幕，进而形成横向跨度空间的开挖支护结构。

（3）、利用挖掘机械对纵向先行隧道和横向管幕结构所组成的围合区域进行土方开挖。

（4）、重复上述步骤（1）～（3），完成多个由纵向先行隧道和横向管幕结构组成的结构单元；最后构成多层或多跨度的地下空间结构主体。

（5）、进行地下空间建筑的机电设备安装、给排水安装、吊顶及墙面装饰、照明设备安装等。

本发明的有益效果是：

该结构设置的地下空间结构通过纵向隧道和管幕结构的组合，形成经济可靠的纵横结构体系；该体系单元可灵活布置，不仅能够在平面进行组合形成多跨空间结构，也可以在深度方向组合，形成多层的地下空间结构，从而实现复杂地下空间建筑的功能需要；其不但大幅提高了掘进设备的掘进和出渣效率，而且大幅提高了地下工程机械化施工程度，提高施工效率，保证了地下工程施工的安全，缩短了工期，降低了施工成本，而且有效的避免了对地面环境的影响，降低了地下空间开发对社会综合效益的影响。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为本发明的实施例一的施工方法结构示意图之一；

图4为本发明的实施例一的施工方法结构示意图之二；

图5为本发明的实施例一的施工方法结构示意图之三；

图6为本发明的实施例一的施工方法结构示意图之四；

图7为本发明的实施例二的实施方法结构示意图之一；

图8为本发明的实施例二的实施方法结构示意图之二；

图9为本发明的实施例二的实施方法结构示意图之三；

图10为本发明的实施例二的实施方法结构示意图之四；

图11为本发明的实施例三的实施方法结构示意图之一；

图12为本发明的实施例三的实施方法结构示意图之二；

图13为本发明的实施例三的实施方法结构示意图之三；

图14为本发明的实施例三的实施方法结构示意图之四；

图中；1为纵向先行隧道；2为管体；3为横向地下管幕。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做出详细的描述。

如图1～2所示，提供了一种大跨度地下空间结构，该地下空间结构主要由地下隧道结构和地下管幕结构组成，其中地下隧道结构主要由使用盾构机或顶管机开挖的多个纵向先行隧道1组成；在相邻的纵向先行隧道之间设置有由多个管体2组成的横向地下管幕3结构，其中管体采用直线形或拱形结构设置，直线形管体采用直线管幕机开挖设置，拱形管体采用曲线管幕机开挖设置。

该横向管幕及其跨接的纵向先行隧道作为基本结构单元可进行地下空间的平面方向和深度方向的有序组合，在同一深度平面内的重复组合构成大型的多跨地下空间结构，在深度方向的重复组合构成大型的多层地下空间结构。

所述的纵向先行隧道可采用矩形或类矩形隧道、圆形隧道和马蹄形隧道。

所述的相邻的纵向先行隧道之间的地下管幕结构的跨度为8m～30m。

所述的地下管幕结构的形状为半圆型、圆型、门字型或口子型。

根据以上所述的大跨度地下空间结构的施工方法步骤为：

（1）、利用盾构机、顶管机开挖完成纵向先行隧道；纵向先行隧道之间相互平行。

（2）、在纵向先行隧道之间采用管幕机进行管幕结构开挖施做，形成线形或者拱形及其相结合的多个跨度方向的地下管幕结构，并在管幕结构两端设置支座，管幕钢管依靠锁口相连，并在锁口处注入止水剂或者砂浆，形成密封的止水管幕，进而形成横向跨度空间的开挖支护结构。

（3）、利用挖掘机械对纵向先行隧道和横向管幕结构所组成的围合区域进行土方开挖。

（4）、重复上述步骤（1）～（3），完成多个由纵向先行隧道和横向管幕结构组成的结构单元；最后构成多层或多跨度的地下空间结构主体。

（5）、进行地下空间建筑的机电设备安装、给排水安装、吊顶及墙面装饰、照明设备安装等。

实施例一：以下就该结构设置的大跨度地下空间结构的平面方面组合的施工方式做出详细的描述；如图3～6所示：

步骤一：纵向隧道机械化施工；利用盾构机、顶管机先施做两条平行的隧道；先行隧道作为空间结构单元的纵向承载结构,其截面形状可采用矩形或类矩形隧道、圆形隧道或马蹄形隧道。

步骤二：横向管幕机械化施工；利用管幕机进行管幕施做，形成跨度方向的结构；管幕机从一条隧道始发，另一条隧道接收，管幕形成后在两条隧道的管幕端头浇筑支座，固定管幕两端；结构所处地层含水较多则采用带锁扣形式的管幕结构和配套管幕机，利用锁扣并注浆处理；管幕根据结构荷载情况，在管道内部灌注素混凝土或配置钢筋或插入型钢。

步骤三：土方开挖；在先行隧道和管幕的支护下，对隧道与管幕围合的区域，沿先行隧道延伸方向进行土方开挖。

步骤四：再施做一条纵向的平行隧道，重复步骤二、步骤三，完成结构单元在平面的简单重复组合，实现多跨地下空间结构；重复步骤一、二、三，重复、组合隧道+管幕的结构单元，形成复杂地下空间建筑的主体结构；

步骤五：破除隧道侧壁，连通先行隧道和大跨度空间，并进行设备安装、装饰装修等收尾作业。

实施例二：以下就该结构设置的大跨度地下空间结构的深度方向组合的施工方式做出详细的描述；如图7～10所示：

步骤一：纵向隧道机械化施工；利用盾构机、顶管机先施做两条平行的隧道；先行隧道作为空间结构单元的纵向承载结构,其截面形状可采用矩形或类矩形隧道、圆形隧道或马蹄形隧道。

步骤二：横向管幕机械化施工；利用管幕机进行管幕施做，形成跨度方向的结构；管幕机从一条隧道始发，另一条隧道接收，管幕形成后在两条隧道的管幕端头浇筑支座，固定管幕两端；结构所处地层含水较多则采用带锁扣形式的管幕结构和配套管幕机，利用锁扣并注浆处理；管幕根据结构荷载情况，在管道内部灌注素混凝土或配置钢筋或插入型钢。

步骤三：土方开挖；在先行隧道和管幕的支护下，对隧道与管幕围合的区域，沿先行隧道延伸方向进行土方开挖。

步骤四：在深度方向施做第二次平行隧道，重复步骤二、步骤三，完成结构单位在深度方向的重复组合，实现多层地下空间结构。

步骤五：破除隧道侧壁，连通先行隧道和大跨度空间，并进行设备安装、装饰装修等收尾作业。

实施例三： 以下就该结构设置的大跨度地下空间结构的拱形结构管幕组合的施工方式做出详细的描述；如图11～14所示：

步骤一：纵向隧道机械化施工；利用盾构机、顶管机先施做两条平行的隧道；先行隧道作为空间结构单元的纵向承载结构,其截面形状可采用矩形或类矩形隧道、圆形隧道或马蹄形隧道。

步骤二：横向曲线管幕机械化施工；利用曲线管幕机进行管幕施做，形成跨度方向的结构；管幕机从一条隧道始发，另一条隧道接收，管幕形成后在两条隧道的管幕端头浇筑支座，固定管幕两端；结构所处地层含水较多则采用带锁扣形式的管幕结构和配套管幕机，利用锁扣并注浆处理；管幕根据结构荷载情况，在管道内部灌注素混凝土或配置钢筋或插入型钢。

步骤三：土方开挖；在先行隧道和管幕的支护下，对隧道与管幕围合的区域，沿先行隧道延伸方向进行土方开挖。

步骤四：再施做一条纵向的平行隧道，重复步骤二、步骤三，完成结构单元在平面的简单重复组合，实现多跨连拱的地下空间结构；

步骤五：破除隧道侧壁，连通先行隧道和大跨度空间，并进行设备安装、装饰装修等收尾作业。

以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变更或改型，这些也应视为本发明的保护范围之内。