一种抗形变的横通道支护系统的制作方法

本实用新型涉及地下洞室施工技术领域，特别是涉及一种抗形变的横通道支护系统。

背景技术：

暗挖法施工，是城市内地下施工最主要的施工方法。规整的小直径地下洞室，主要依靠顶管或盾构法进行施工，大直径/不规则的地下洞室，还是依赖由矿山法发展而来的浅埋暗挖法进行施工，即边挖边浇筑衬砌。通常的做法是先挖一条竖井到达施工地层。然后开挖垂直于竖井的横通道，在横通道内组装开挖机械，再垂直于横通道进行正式的开挖工作，其利用了土层在开挖过程中短时间的自稳能力，核心技术被概括为18字方针：管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。

浅埋暗挖法施工时，很少采用全断面开挖的方式进行施工，而是采用多导洞的方式开挖，即先后开挖数层相互平行的导洞，边挖边浇筑衬砌，然后将各导洞合并为完整的地下洞室。作为开挖起点的横通道通常很窄但很高，一般宽4-5米，高20米左右。横通道的衬砌为包含多层仰拱的完整拱圈，以抵抗来自地层的挤压。正式开挖的时候，需要在横通道的衬砌侧壁上开出马头门。但开马头门的时候往往引起严重的沉降，为抵抗沉降，需要在开马头门前，先在衬砌开马头门位置一周打超前小导管并注浆加固地层并进行超前注浆，然后浇筑钢筋混凝土的门框，这种方法能有效抵抗地层中纵向的挤压。

但目前这种施工方案在开马头门的时候，依然不能充分避免地面沉降。以地铁站通风用的风道为例，风道是横截面很大的巷道，从远处将空气引入到地铁中来，以避免在人员及建筑密集区域开风井。地铁站附近像风道这样大截面地下洞室的修建过程，经常造成地面沉降，引起居民房屋开裂。如北京地铁5号线与10号线交界处的地铁施工过程，就出现了居民房屋裂开状况。

马头门开设过程中需要在横通道侧壁上打洞。本实用新型中，工程人员发现，开马头门会使横通道仰拱与横通道侧壁分离，导致马头门周围横通道侧壁抵抗地层横向挤压的能力下降；同时下层的导洞开挖会使上层的导洞仰拱与横通道侧壁分离，导致导洞仰拱抵抗地层纵向挤压的能力下降，以上因素结合，导致马头门附近的各施工巷道出现收缩，从而引发地面沉降。

仰拱是位于地下洞室底部的一种衬砌，通常为开口向上的拱形，主要用于抵抗地层中向上的挤压力，故得名“仰拱”。但施工中往往把各种不同形状的地下洞室底部衬砌都称作仰拱，并不仅限于拱形。

技术实现要素：

本实用新型提供一种抗形变的横通道支护系统。

解决的技术问题是：浅埋暗挖施工过程中，若待开挖的地下洞室横截面积较大，开马头门时会出现地面沉降。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种抗形变的横通道支护系统，用于浅埋暗挖施工过程中横通道的支护，待开挖的地下洞室中包含多层导洞仰拱，所述横通道支护系统包括多层设置在两个横通道侧壁之间的横通道仰拱，相邻两个横通道仰拱之间设置有用于支撑上方的横通道仰拱并抵抗横通道侧壁挤压的抗挤压支撑架，所述抗挤压支撑架分别贴靠上下方的横通道仰拱以及两个横通道侧壁设置；所述抗挤压支撑架在横通道长度方向上的跨度不小于马头门的最大宽度；

所述横通道支护系统还包括设置在横通道顶部且两端分别顶撑在两个横通道侧壁上的横通道顶部对撑。

进一步，所述抗挤压支撑架包括夹设在两个横通道侧壁之间的水平框架，所述水平框架为矩形框架，矩形框架的两个相对的边沿分别贴靠两个横通道侧壁设置，另外两个边沿分别设置在马头门两侧。

进一步，所述水平框架贴靠上方的横通道仰拱设置，并通过锚固在水平框架四角位置的立柱架设在下方的横通道仰拱上。

进一步，每个抗挤压支撑架包括两个水平框架，两个水平框架分别贴靠上下方的横通道仰拱设置，两个水平框架之间设置有立柱，所述立柱设置在水平框架的四角位置，并分别与两个水平框架固定连接。

进一步，所述横通道支护系统还包括限变形连接块，所述限变形连接块与横通道侧壁固定连接，所述导洞仰拱与和其间距最小的横通道仰拱侧边沿通过限变形连接块固定连接。

进一步，所述限变形连接块塞堵在导洞仰拱与和其间距最小的横通道仰拱之间，并分别与横通道仰拱、导洞仰拱、以及导洞左右两侧的横通道侧壁固定连接。

进一步，所述限变形连接块为钢骨架混凝土，所述横通道仰拱、导洞仰拱、以及横通道侧壁均带有钢骨架，所述钢骨架混凝土中的钢骨架的边沿分别与横通道仰拱的钢骨架、导洞仰拱的钢骨架、以及导洞左右两侧的横通道侧壁的钢骨架固定连接。

本实用新型一种抗形变的横通道支护系统与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型中，通过在横通道内设置抗挤压支撑架以及横通道顶部对撑，以抵抗地层中横向的挤压，使横通道侧壁在破拆出马头门后，不至于被地层中横向的压力向内压变形，从而避免在开马头门的瞬间造成地面沉降；同时抗挤压支撑架以及横通道顶部对撑对横通道的刚度进行了补强，使之不易发生整体变形，从而避免横通道变形扰动地层造成沉降；

本实用新型中，通过限变形连接块将导洞仰拱、横通道仰拱、以及横通道侧壁连为一体，以限制导洞仰拱的变形，从而在下层的导洞开挖使上层的导洞仰拱与横通道侧壁分离后，依然使上层的导洞仰拱能够有效抵抗地层中纵向的挤压，避免在下层导洞开挖初期出现地面沉降；同时，限变形连接块将导洞的衬砌与横通道的衬砌连为一体，对横通道与导洞的交界处进行补强，使之不易因剪力而扭曲，从而避免交界处出现变形扰动地层造成沉降。

附图说明

图1是横通道的结构示意图，图中观察视线平行于横通道长度方向，且横通道仰拱侧边沿尚未安装限变形连接块与洞室对撑；

图2是图1中右侧的横通道侧壁的背土面的结构示意图；

图3是图2中马头门的形状示意图，图中每个格子代表一个导洞；

图4是抗挤压支撑架的结构示意图一，图中观察视线平行于横通道长度方向；

图5是抗挤压支撑架的结构示意图二，图中观察视线垂直于横通道长度方向；

图6是横通道在安装完本实用新型中的横通道支护系统后的结构示意图，图中观察视线平行于横通道长度方向；

图7是以洞室对撑替代难以安装的限变形连接块后横通道的结构示意图；

图8是图6中a部位横通道仰拱与导洞仰拱的连接节点示意图；

其中，11-横通道侧壁，12-横通道仰拱，2-马头门，21-导洞仰拱，3-横通道顶部对撑，4-超前小导管，5-抗挤压支撑架，51-水平框架，52-立柱，6-限变形连接块，7-洞室对撑。

具体实施方式

一种抗形变的横通道支护系统，用于浅埋暗挖施工过程中横通道的支护，如图1，图2，图6所示，待开挖的地下洞室中包含多层导洞仰拱21，横通道支护系统包括多层设置在两个横通道侧壁11之间的横通道仰拱12，相邻两个横通道仰拱12之间设置有用于支撑上方的横通道仰拱12并抵抗横通道侧壁11挤压的抗挤压支撑架5，抗挤压支撑架5分别贴靠上下方的横通道仰拱12以及两个横通道侧壁11设置。

浅埋暗挖法进行施工时，施工人员通常能够意识到在开马头门2时可能会发生涌水涌沙涌土现象，并在开洞之前提前对地层进行加固，但却总是忽视对横通道变形的防护。如果横通道非常高，那么它的刚度就变得非常地弱，开第一个导洞的马头门2的影响就犹如在一个充满碳酸饮料的易拉罐上磨薄一个区域，即使不造成泄漏，也会在局部形成远大于磨薄区域的鼓包。我们在施工时，实际测量结果显示，在开马头门2后马头门2位置的横通道侧壁11之间的间距明显缩小了，且横通道越深，变形越严重。因此我们在横通道内设置抗挤压支撑架5，以抵抗地层中横向的挤压，使横通道侧壁11在破拆出马头门2后，不至于被地层中横向的压力向内压变形，从而避免在开马头门2的瞬间造成地面沉降；同时抗挤压支撑架5对横通道的刚度进行了补强，使之不易发生整体变形，从而避免横通道变形扰动地层造成沉降。

本实用新型中待开挖的地下洞室为一个地铁通风用的风道，采用crd法进行开挖，图1中左侧为8导洞，右侧为6导洞。右侧马头门2的形状如图3所示，每个格子代表一个导洞，左侧同理。

横通道支护系统还包括设置在横通道顶部且两端分别顶撑在两个横通道侧壁11上的横通道顶部对撑3，横通道顶部对撑3沿马头门2上边沿排布，高于所有横通道仰拱12。由于crd法开挖过程中，导洞是从上到下分层开挖的，因此横通道顶部这里开挖的是第一层的导洞，第一层的导洞开挖时在横通道侧壁11上开的洞是从无到有的，对横通道的影响最大，只靠抗挤压支撑架5来补强横通道的刚度是不够的，因此要额外设置横通道顶部对撑3来进行补强抵抗地层横向挤压。本实施例中采取翼缘板水平设置的工字钢作为横通道顶部对撑3，横通道顶部对撑3在安装时，可以在下方设置几根竖直的工字钢来进行支撑，以使之稳固。

如图4-5所示，本实施例中，抗挤压支撑架5包括夹设在两个横通道侧壁11之间的水平框架51，水平框架51为矩形框架，矩形框架的两个相对的边沿分别贴靠两个横通道侧壁11设置，另外两个边沿分别设置在马头门2两侧。水平框架51贴靠上方的横通道仰拱12设置，并通过锚固在水平框架51四角位置的立柱52架设在下方的横通道仰拱12上。且无论是水平框架51还是立柱52，均由工字钢在横通道内焊接拼合而成，框架的每条边以及立柱52，均包含两根并排设置的工字钢。

当然，每个抗挤压支撑架5也可以包括两个水平框架51，两个水平框架51分别贴靠上下方的横通道仰拱12设置，两个水平框架51之间设置有立柱52，立柱52设置在水平框架51的四角位置，并分别与两个水平框架51固定连接。这样抗挤压支撑架5便成为了一个长方体框架，强度更高，但由于尺寸限制，需要在横通道内现场拼合，而横通道内恶劣的环境限制了施工精度，拼合时容易出现顶点位置拼合不上的问题。

如图6所示，横通道支护系统还包括限变形连接块6，限变形连接块6与横通道侧壁11固定连接，导洞仰拱21与和其间距最小的横通道仰拱12侧边沿通过限变形连接块6固定连接。

本实施例中的风道是采用crd法进行开挖的，如图3所示，导洞分为多层，边开挖边修筑包括导洞仰拱21在内的导洞的衬砌，挖完一层之后再开挖下一层。因此下层的导洞开挖会使上层的导洞仰拱21与横通道侧壁11分离，导致导洞仰拱21抵抗地层纵向挤压的能力下降。本实用新型中，在低一层导洞开挖使高一层导洞的导洞仰拱21与横通道侧壁11脱离后，迅速安装限变形连接块6，连接高一层导洞仰拱21与相邻的横通道仰拱12，使之不至于在低一层导洞开挖初期、低一层导洞的导洞的衬砌尚未成型期间，因地层中向上的挤压力而变形，从而导致地面沉降。

如图6所示，限变形连接块6塞堵在导洞仰拱21与和其间距最小的横通道仰拱12之间，并分别与横通道仰拱12、导洞仰拱21、以及导洞左右两侧的横通道侧壁11固定连接。本实施例中，限变形连接块6为钢骨架混凝土，横通道仰拱12、导洞仰拱21、以及横通道侧壁11均带有钢骨架，钢骨架混凝土中的钢骨架的边沿分别与横通道仰拱12的钢骨架、导洞仰拱21的钢骨架、以及导洞左右两侧的横通道侧壁11的钢骨架固定连接。这里之所以采用钢骨架混凝土，是因为考虑到限变形连接块6需要抗拉并抗压，只用钢结构进行连接的话抗压强度不够。限变形连接块6中的钢骨架可选择钢格栅板或者钢筋笼，选用钢筋笼的话，以图8所示为例，限变形连接块6中的主筋平行于横通道长度方向设置，且分别与横通道仰拱12以及导洞仰拱21的主筋交叉搭接，交叉位置还需要绑扎箍筋，其余部位限变形连接块6的钢筋绑扎状况与图8所示相同。而如果选钢格栅板的话，横通道仰拱12以及导洞仰拱21的主筋应插在钢格栅板的网格中并点焊固定。

本实施例中，每层有两个导洞，两个导洞之间残留有条状的横通道侧壁11，限变形连接块6的一端与两个导洞之间残留的横通道侧壁11连接，如果开挖导洞的时候误拆了这部分残留的横通道侧壁11，可将限变形连接块6的端部连接在导洞中隔墙上来补救。每层有多于两个导洞时同理，误拆了导洞之间的横通道侧壁11时，可将限变形连接块6的端部连接在被误拆掉横通道侧壁11位置的导洞中隔墙上来补救。

上述的一种抗形变的横通道支护系统的搭建过程，包括以下步骤：

步骤一：打超前小导管4并注浆加固地层，这里采用双排小导管；

步骤二：安装横通道顶部对撑3，具体步骤如下:

步骤2.1：在横通道顶部对撑3两端焊接带有螺栓孔的端板；本实施例中的横通道顶部对撑3为工字钢对撑，故采用端板进行固定；

步骤2.2：向上推横通道顶部对撑3，使之两端与横通道侧壁11紧密贴合；由于横通道顶部从下到上逐渐收窄，所以向上推横通道顶部对撑3可以使其卡在横通道侧壁11之间，如果不能有效卡住，可以在下方设置几根竖直的工字钢来进行支撑，以使之稳固

步骤2.3：用膨胀螺栓或化学螺栓将端板固定在横通道侧壁11上。

步骤三：安装抗挤压支撑架5；这里抗挤压支撑架5由工字钢在横通道内焊接拼合而成。

具体步骤如下:

步骤3.1：贴靠横通道侧壁11摆放立柱52；

步骤3.2：在贴墙的立柱52上方摆放平行于横通道长度方向的工字钢，并与立柱52焊接连接；

步骤3.3：在平行于横通道长度方向的工字钢之间塞入工字钢并与平行于横通道长度方向的工字钢焊接连接，组成水平框架51。

步骤四：按导洞开挖顺序破除横通道侧壁11开挖导洞，边开挖边搭建导洞的衬砌；在低一层导洞开挖使高一层导洞的导洞仰拱21与横通道侧壁11脱离后，安装限变形连接块6，连接导洞仰拱21与相邻的横通道仰拱12。

具体安步骤如下：

步骤4.1：按导洞开挖顺序破除横通道侧壁11开挖导洞，边开挖边搭建导洞的衬砌；

步骤4.2：步骤4.1中，低一层导洞开挖使高一层导洞的导洞仰拱21与横通道侧壁11脱离后，凿除高一层导洞的导洞仰拱21边沿、与高一层导洞的导洞仰拱21边沿间距最小的横通道仰拱12边沿、以及高一层导洞左右两侧的横通道侧壁11的混凝土，露出钢骨架；

步骤4.3：搭建限变形连接块6的钢骨架，将导洞仰拱21的钢骨架、横通道仰拱12的钢骨架、导洞左右两侧的横通道侧壁11的钢骨架连为一体；

步骤4.4：在限变形连接块6的钢骨架上喷混凝土形成限变形连接块6。

步骤四中，横通道仰拱12侧边沿与导洞仰拱21可能会出现无法一一对应的现象，导致在限变形连接块6安装完毕后，有横通道仰拱12侧边沿依然保持悬挑状态，未与导洞仰拱21连接。如图6，最上方的横通道仰拱12右侧便是这种情况。出现这种状况时，可在依然保持悬挑状态的横通道仰拱12侧边沿安装洞室对撑7。洞室对撑7平行于横通道长度方向设置，两端与导洞左右两侧的衬砌固定连接，侧面与横通道仰拱12固定连接。这里洞室对撑7起到类似限变形连接块6的作用，将导洞的衬砌与横通道连为一体，但效果不如限变形连接块6。

此外，若有导洞仰拱21离横通道仰拱12距离过远时，如图6，最下层横通道仰拱12左侧的导洞仰拱21与横通道仰拱12距离达到了2米以上，安装限变形连接块6十分困难，这时候可像图7那样，将该处的限变形连接块6替换为上述的洞室对撑7，洞室对撑7平行于横通道长度方向设置，两端与导洞左右两侧的衬砌固定连接，侧面与横通道仰拱12固定连接。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。