一种地铁基坑可升降支撑体系及其升降施工方法与流程

本发明涉及建筑工程领域，特别是一种地铁基坑施工体系及其施工方法。

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，尤其是随着基坑深度增加，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：

本发明的目的是提供一种地铁基坑可升降支撑体系及其升降施工方法，要解决基坑水平支撑与土方开挖在时间和空间上无法相互满足的技术问题；并解决施工困难、效率低、存在安全隐患的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种地铁基坑可升降支撑体系，包括水平支撑在基坑围护结构之间的水平支撑单元，所述水平支撑单元沿着基坑的长度和高度方向平行间隔均匀分布，所述水平支撑单元包括水平支撑平台和连接在水平支撑平台的两端的升降动力单元，所述升降动力单元通过导轨与基坑围护结构连接，其中导轨沿基坑围护结构的长度方向平行间隔设置。

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，用于承担水平支撑单元及其负载共同形成的竖向力，各导轨单元之间具有相同的底标高和顶标高，并且同标高的导轨单元及其对应的可调支座组件能够负载水平支撑单元及其全部附属设施设备的重量。

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与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，所述反力孔的高度和宽度分别大于上插销和下插销最大高度和宽度尺寸。

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，用于将导轨固定安装于基坑围护结构上，并且具有三轴可调节自由度，其中基坑的长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、高度方向为Z轴，调节孔均为长圆孔。

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，在X轴上具有调节功能，底板上开有Y向调节孔并通过紧固件与基坑支座连接，在Y轴上具有调节功能。

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，在Z轴上具有调节功能。

所述锚板在安装在基坑支座前预先通过锚件锚固于基坑围护结构；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。

所述水平支撑平台为立体桁架或者由立体桁架围合成的空间桁架。

所述水平支撑平台的两端各设有至少一组升降动力单元和导轨。

所述导轨与基坑围护结构之间沿基坑高度方向平行间隔设有一组围檩，所述围檩沿着基坑围护结构的长度方向通长设置。

一种如所述的地铁基坑可升降支撑体系的升降施工方法，具体步骤如下：

步骤一，完成基坑围护结构的施工，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，并连接第一层水平支撑平台以及对应的升降动力单元和单元支架。

步骤三，随着基坑开挖深度增加，继续向下安装导轨单元以及对应的可调支座组件，其中导轨单元与导轨单元之间采用连接销连接。

步骤四，开挖到下一层支撑设计标高后，新增第二层水平支撑平台以及对应的升降动力单元、和单元支架。

步骤五，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，进行第一层水平支撑平台的分步间歇式分段下降，具体步骤如下：

步骤1，所有液压油缸的活塞杆回收直至下插销不承受竖向力后，将下插销退出反力孔。

步骤2，所有的活塞杆伸出直至下插销支座对应相应的反力孔，将下插销插入对应的反力孔中。

步骤3，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4，所有的活塞杆同步回收，第一层水平支撑平台下降一段高度，直至所有上插销支座正对指定的反力孔，将上插销插入对应的反力孔中。

步骤5，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6，重复步骤1至步骤5，直至第一层水平支撑平台下降至设计标高位置。

步骤六，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，使水平支撑平台定位在指定高度。

步骤七，重复步骤三至步骤六直至第一层水平支撑平台到达最底层支撑设计标高后，开始最底层结构施工。

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，直至第一层水平支撑平台爬升至设计标高位置。

步骤二，底层水平支撑平台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，随着结构向上施工，底层水平支撑平台重复步骤一至步骤三，直至底层水平支撑平台爬升至顶层支撑设计标高，然后进行拆除。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明不同于以往地铁基坑施工，而是通过将狭长型的矩形规则地铁基坑划分为若干单元，每个单元通过设置水平支撑单元，在满足地铁基坑稳定性和变形控制要求的前提下，具有装配式、大跨度、可升降的特点，使得地铁基坑施工作业空间大，施工效率更高，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，既能加快土方开挖工效，缩短工程建设工期，同时通过水平支撑单元的整体升降，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。

通过可调支座组件将导轨固定安装于基坑围护结构上，其中基坑的长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、高度方向为Z轴，调节孔均为长圆孔，三个方向的调节孔配合使用，实现了三轴自由度的调节，确保了导轨在安装施工过程中的空间位置调节，从而保证了安装质量，确保后期水平支撑平台的整体爬升下降施工的可靠性，避免水平支撑平台两端受力不均产生的安全问题。

在施工过程中，先将水平支撑单元安装在第一层设计标高，而后分层开挖相应土体，再利用导轨将水平支撑单元通过升降动力装置下降至第二层设计标高，再次分层开挖相应土体，这样以此类推，至底层施工完成，采用这种支撑体系在满足地铁基坑稳定性和变形控制要求的同时，还具有大跨度的特点，能提供大型工作面供反铲挖掘机机作业空间，而且利用升降动力单元配合导轨完成水平支撑单元的升降，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。

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是本发明的结构示意图。

图2是本发明的俯视结构示意图。

图3是本发明的侧视结构示意图。

图4是本发明的局部结构示意图。

图5是本发明的可调支座组件结构示意图。

图6是本发明的可调支座组件结构示意图。

附图标记：1－水平支撑平台、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。

具体实施方式

实施例参见图1所示，这种地铁基坑可升降支撑体系，包括水平支撑在基坑围护结构5之间的水平支撑单元，所述水平支撑单元沿着基坑的长度和高度方向平行间隔均匀分布，所述水平支撑单元包括水平支撑平台1和连接在水平支撑平台1的两端的升降动力单元2，所述升降动力单元2通过导轨3与基坑围护结构5连接，其中导轨3沿基坑围护结构5的长度方向平行间隔设置；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3与基坑围护结构5之间沿基坑高度方向平行间隔设有一组围檩7，所述围檩沿着基坑围护结构5的长度方向通长设置。

参见图2所示，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3、图4所示，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5、图6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连接。

参见图4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。

所述水平支撑平台1为立体桁架或者由立体桁架围合成的空间桁架；当水平支撑平台1为立体桁架时，水平支撑平台1的两端各连接一套升降动力单元2和导轨3即可，当水平支撑平台1是由立体桁架围合成的空间桁架时，至少需要三套升降动力单元2和导轨3，参见图2，本例中水平支撑平台1的两端各对应连接有两套升降动力单元2和导轨3。

一种所述的地铁基坑可升降支撑体系的升降施工方法，不考虑单元两侧土方干涉及土压力，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，安装至少一层同标高导轨单元以及对应的可调支座组件4，并连接第一层水平支撑平台1以及对应的升降动力单元2和单元支架6，所有的活塞杆处于回收状态，所有上插销、下插销均可靠插入对应的反力孔内且均承受竖向力。

步骤三，随着基坑开挖深度增加，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3.3连接，其中一根导轨单元的连接耳板3.6插入上层导轨单元的底端，连接销3.3对应穿过导轨连接孔3.4、连接耳板3.6将相邻导轨单元连接。

步骤四，开挖到下一层支撑设计标高后，新增第二层水平支撑平台1以及对应的升降动力单元2、和单元支架6。

步骤五，在第一层水平支撑平台1被上部新增的第二层水平支撑平台1换撑后，进行第一层水平支撑平台1的分步间歇式分段下降，具体步骤如下：

步骤1，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2，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：安装时，下插销底标高稍高于反力孔底标高，可保证下插销无阻碍地插入对应反力孔。

步骤3，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4，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：安装时，上插销底标高稍高于反力孔底标高，可保证上插销无阻碍地插入对应反力孔。

步骤5，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6，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。

步骤六，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。

步骤七，重复步骤三至步骤六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。

在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：安装时，上插销底标高稍高于反力孔底标高，可保证上插销无阻碍地插入对应反力孔。

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：安装时，下插销底标高稍高于反力孔底标高，可保证下插销无阻碍地插入对应反力孔。

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，直至第一层水平支撑平台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，随着结构向上施工，底层水平支撑平台1重复步骤一至步骤三，直至底层水平支撑平台1爬升至顶层支撑设计标高，然后进行拆除。