一种圆形工作坑支护构件及其安装施工工艺的制作方法

本发明涉及城市建设工程技术领域，具体是城市市政管线采用顶管及定向钻施工时，圆形工作坑支护构件及其安装施工工艺。

背景技术：

随着城市的发展、建设，城市地下各类市政基础设施配套管线、其他地下构筑物及设施的建设规模、种类均不同程度地增多，地上建筑亦日益增加，导致城市地下空间紧张。同时考虑施工场地侵占现有交通空间导致的城市交通疏导、地下及地上既有管线及构筑物的保护等原因，在后期新建的其他市政基础配套管线施工时，施工空间往往受到不同程度的限制，故不开槽施工已成为施工空间受限时各类管线施工的首选方式，特别是顶管施工、定向钻施工等。

城市地下管线顶管或定向钻施工时，需根据施工的需要设置工作坑，包括顶推工作坑和接收工作坑。由于施工场地及其他既有管线、地下、地上构筑物的限制，工作坑需采用安全、可靠的支护形式，保障顶管施工的顺利进行。

依据目前城市地下管线的敷设施工情况，通常以排水(雨水、污水)管线为主广泛采用顶管施工或定向钻施工工艺。目前，顶管或定向钻施工的工作坑支护形式常见做法有钢筋混凝土护壁(逆作法施工)、钢筋混凝土沉井等。这些支护形式工期较长，工序复杂，仅能单次利用，这无形中增加了工程的投资成本，造成资源浪费。同时，由于工作坑护壁在施工完成后，永久存在于地下，对城市地下空间造成不必要的浪费，不仅影响自然环境，也侵占了后续地下管线的建设空间。

鉴于上述情况，开发一种新型的工作坑支护形式已是当前城市发展建设的必经之路。这种新型工作坑的支护结构须能实现“重复利用、节省空间、降低成本、减少能耗、绿色环保”等目标。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对以上问题提供一种工作坑支护预制拼装构件及其安装施工工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种圆形工作坑支护构件及其安装施工工艺，包括工作井护壁，所述工作井护壁为两个四分之一同心圆形钢板的焊接连接件，所述工作井护壁的两层钢板之间焊接有加劲支撑，所述加劲支撑呈环形阵列，所述工作井护壁内部设有h型钢支撑，所述h型钢支撑呈环形阵列，所述工作井护壁两端设有节间扣件。

本发明与现有技术相比的优点在于：(1)社会效益：支护结构采用成品构件，现场拼装、工后拆卸，重复使用，有助于走可持续发展之路；有助于缩短施工工期，减少对建成区交通的不利影响。(2)环境效益：支护构件采用成品(或场外预制)，便于运输、吊装、安装、拆卸，有助于减少施工现场混凝土的运输和搅拌；有助于对施工材料的集中、科学管理，减少施工过程中产生的环境污染；有利于市容环境的保持及自然环境的保护；有利于节约地下空间，不影响后续市政配套管线的敷设空间。(3)经济效益：支护结构采用钢制(或复合材料或钢筋混凝土预制)构件，提高生产效率，重复使用，节约资源及能源，有助于国民经济的发展。

作为改进，所述加劲支撑之间焊接有用于支撑的加劲支撑，所述h型钢支撑的数量为四个。

作为改进，所述节间扣件每隔15°设置一组，分设于工作井护壁的两端。

作为改进，所述加劲支撑为角钢。

作为改进，所述安装施工工艺为：

1)圆形工作坑支护构件采用钢制构件，每层分为4块，壁厚200～300mm。

2)每块构件的内、外壁之间采用角钢加劲支撑；每层4块之间采用“h”型钢横撑连接；

3)上、下层之间采用卡箍、扣件连接；拼装后最大高度20m。

作为改进，所述圆形工作坑支护构件分层分块，每层高度均为2m，单个构件均为弧形，采用钢制构件，每层分为4块，适用于工作坑内径4～9m，壁厚200～300mm。每块构件的内、外壁之间采用角钢加劲支撑；每层4块之间采用h型钢横撑连接，连接点间距为1m；上、下层之间采用卡箍、扣件连接，间距为15°，上、下各一个；拼装后最大高度为20m。

作为改进，所述圆形工作坑支护构件均配套设置调节层，层高分0.5m、1m两种；洞口沿管道敷设方向采用钢制构件单独制作，上部呈形，下部呈形，有利于安装、拆卸，总高度为4m，壁厚400mm。

作为改进，所述圆形工作坑支护构件均配套设置钢筋混凝土预制冠梁，宽度1.5m，厚度0.8m，与第一节之间采用扣件连接，间距为15°。

作为改进，所述圆形工作坑支护构件横向、竖向之间均增设10mm～20mm厚橡胶止水带，可以起到止水的作用，也便于拆卸，有效地降低构件之间的碰撞、磨损，延长构件的使用寿命。

附图说明

图1是一种圆形工作坑支护构件的结构示意图。

图2是一种圆形工作坑支护构件的a-a截面示意图。

图3是一种圆形工作坑支护构件的护壁平剖面图。

图4是一种圆形工作坑支护构件的护壁横剖面图。

图5是一种圆形工作坑支护构件的洞口特制段立面图。

图6是一种圆形工作坑支护构件的洞口特制段剖面图。

如图所示：1、工作井外壁，2、加劲支撑，3、h型钢支撑，4、节间扣件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明在具体实施时，一种圆形工作坑支护构件及其安装施工工艺，包括工作井护壁1，所述工作井护壁1为两个四分之一同心圆的焊接连接件，所述工作井护壁1的两层钢板之间焊接有加劲支撑2，所述加劲支撑2呈环形阵列，所述工作井护壁1内部设有h型钢支撑3，所述h型钢支撑3呈环形阵列，所述工作井护壁1两端设有节间扣件4。

所述加劲支撑2之间焊接有用于支撑的加劲支撑，所述h型钢支撑3的数量为四个，h型钢每四个为一组，沿着工作井护壁的深度方向设置。

所述节间扣件4每隔15°设置一组，分设于工作井护壁1的两端。

所述加劲支撑2为角钢。

依据以往的工程设计经验，工作坑的尺寸以排水(雨水、污水)管线的管径大小进行划分，也适用于给水、热力、燃气等专业管线和电力、通信管涵等，详见下表1：

表1工作坑尺寸一览表

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：顶管(或定向钻)的工作坑支护采用成品拼装、工后拆卸的方式进行支护。工作坑支护结构整体均按圆形考虑，采用钢制(或复合材料)构件或钢筋混凝土预制件，分级分块(便于运输及安装)预制成品(或场外预制)现场安装施工，在保证安全的情况下，提高生产效率。待管道顶管(或定向钻)及其他附属设施完成施工后，拆卸、养护，待下一次重复使用。

圆形工作坑支护构件及其安装施工工艺，采用成品构件(钢制或复合材料)或钢筋混凝土预制构件，分层分块制作(或预制)、现场拼装施工、工后拆卸，便于运输、吊装，场外检验、养护，不易变形，结构安全、可靠，重复使用。每块构件包括主体结构、连接件(卡箍、插销、扣件等)、支撑件等。

所述的圆形工作坑支护构件分级分块，每级高度均为2m(洞口段特制，高度为4m)，单个构件均为弧形(+半径为2～4.5m)，适用于工作坑内径4～9m。

所述的圆形工作坑支护构件分层分块，每层高度均为2m(洞口段特制，高度为4m)，单个构件均为弧形(半径为2～4.5m)，采用钢制构件，每层分为4块(或4节)，适用于工作坑内径4～9m，壁厚200～300mm。每块构件的内、外壁之间采用角钢加劲支撑；每层4块之间采用“h”型钢横撑连接，连接点间距离为1m；上、下层之间采用卡箍、扣件(或插销)连接，间距为15°，上、下各一个；拼装后最大高度为(或深度)20m。

所述的圆形工作坑支护构件均配套设置调节层，层高分0.5m、1m两种；洞口(管道敷设方向)采用钢制构件单独制作，上部呈形，下部呈形，有利于安装、拆卸，总高度为4m，壁厚400mm。

所述的圆形工作坑支护构件均配套设置钢筋混凝土预制冠梁(或圈梁)，宽度1.5m，厚度0.8m，与第一节之间采用扣件连接，间距为15°。

所述的圆形工作坑支护构件横向、竖向之间均增设10mm～20mm厚橡胶止水带(或橡胶磨损垫)，可以起到止水的作用，也便于拆卸，有效地降低构件之间的碰撞、磨损，延长构件的使用寿命。

本发明的工作原理：本发明公开了圆形工作坑支护构件用于顶管或定向钻工作坑支护结构，采用钢制或复合材料，逆作法施工，即向下垂直开挖，开挖一层支护(拼接组装)一层(每层高度不超过2m)，从上向下依次支护，直至工作坑底部，并封底。构件块与块(或节与节)、层与层之间均增设橡胶止水带(或橡胶磨损垫)；在整个工作坑开挖及支护拼装完成后，最底部两层(管道敷设方向)与洞口特制段进行置换，单侧依次置换。在管道及附属设施安装、施工完成后，工作坑支护构件从底部开始，按分层依次边回填边拆卸。拆除后的工作井支护结构预制件运回检验、维护，确保下一次拼装时安全、可靠。

本发明公开的圆形工作坑支护构件，所述的圆形工作坑支护构件采用钢筋混凝土预制构件，采用“沉井”的方式施工，即工作坑支护构件先从最底层开始安装拼接，并连续、均匀向下垂直开挖，依次加装支护构件，且块与块(或节与节)、层与层之间均增设橡胶止水带(或橡胶磨损垫)；在整个工作坑开挖及支护拼装完成后，最底部两层(管道敷设方向)与洞口特制段进行置换，单侧依次置换。

本发明开发的一系列圆形工作坑支护构件，可采用成品构件(钢制或复合材质)组装，亦可采用钢筋混凝土预制件拼装，体积及重量均相对较小，便于运输、吊装，易于安装施工、拆卸方便；在确保施工安全的情况下，有助于缩短工期，提高生产效率；支护构件统一管理、保养，可重复使用，有助于走可持续发展之路；支护结构集中统一管理、预制、工后拆除，有助于预制过程中的污染防治及环境保护，有利于地下空间的节约，有助于绿色环保施工的推进。

本发明的目的在于克服现有技术不足、节约资源、保护生态环境，公开了一系列圆形工作坑支护构件及其安装施工工艺，可广泛应用于各类管线顶管或定向钻施工时的工作坑支护结构。采用成品构件(钢制或复合材质)或钢筋混凝土预制件，均采用场外制作、维护保养，现场拼接组装、工后拆卸的方式；便于运输、吊装，安装、拆卸方便，不易变形，重复使用，施工工艺简单；在确保安全的情况下，缩短施工周期，提高生产效率，提高环保效益。

实施例：

实施例一：所述的圆形工作坑支护构件采用复合材质(如钢带聚乙烯、钢带聚丙烯等)构件，内、外表面均为波纹型，环刚度按照不低于16～25kn/m²(即sn16～sn25)或城-a级执行。每层分为4块(或4节)，内、外峰顶最大间距(即壁厚)200～300mm。每块构件的内、外壁之间采用加劲肋支撑；每层4块之间采用“h”型钢横撑连接；上、下层之间采用卡箍、扣件(或插销)连接；拼装后最大高度(或深度)20m。

所述的圆形工作坑支护构件均配套设置调节层，层高分0.5m、1m两种；洞口(管道敷设方向)采用钢制构件单独制作，上部呈形，下部呈形，有利于安装、拆卸，总高度为4m，壁厚400mm。

所述的圆形工作坑支护构件均配套设置钢筋混凝土预制冠梁(或圈梁)，宽度1.5m，厚度0.8m，与第一节之间采用扣件连接，间距为15°。

所述的圆形工作坑支护构件横向、竖向之间均增设10mm～20mm厚橡胶止水带(或橡胶磨损垫)，可以起到止水的作用，也便于拆卸，有效地降低构件之间的碰撞、磨损，延长构件的使用寿命。

实施例二：所述的圆形工作坑支护构件采用预制钢筋混凝土构件，每层分为4～8块(或4～8节)，适用于工作坑内径4～9m，壁厚250～350mm。每块构件上下、左右均为企口，外沿均采用钢套包裹；每层4块之间采用3排φ200×10mm钢管横向顶撑，横撑连接点间距为1m；上、下层之间采用卡扣(或插销)连接；拼装后最大高度(或深度)16m。

所述的圆形工作坑支护构件均配套设置调节层，层高分0.5m、1m两种；洞口(管道敷设方向)采用钢制构件单独制作，上部呈形，下部呈形，有利于安装、拆卸，总高度为4m，壁厚400mm。

所述的圆形工作坑支护构件均配套设置钢筋混凝土预制冠梁(或圈梁)，宽度1.5m，厚度0.8m，与第一节之间采用扣件连接，间距为15°。

所述的圆形工作坑支护构件横向、竖向之间均增设10mm～20mm厚橡胶止水带(或橡胶磨损垫)，可以起到止水的作用，也便于拆卸，有效地降低构件之间的碰撞、磨损，延长构件的使用寿命。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。