一种地下结构及其施工方法与流程

1.本发明涉及地下工程领域，尤其涉及一种地下结构及其施工方法。


背景技术：

2.目前大城市埋深20m之内的浅层地下空间已经被各种地下管线、地铁、公路隧道等既有地下结构等占用，浅、中层地下空间利用也正在日趋饱和。随着城市建设的不断发展，后期规划建设的城市地下空间将不得不采用深埋方案，埋深往往大于30m。
3.对于城市浅埋地下空间，我国目前已经形成了比较成熟的结构形式和修建技术，但随着地下结构埋深的增大，很多现有的结构形式和施工方法已不再适用，必须找到一种合理的结构形式，在满足结构跨度要求和地下空间各项功能需求的前提下，保证施工的安全性、效率和质量，并确保结构在使用期间的安全性、稳定性、耐久性以及防渗漏能力。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种地下结构及其施工方法，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
5.一方面，本技术提供了一种地下结构，包括：外拱和内拱，所述内拱呈椭圆形，所述内拱设置在所述外拱的中部，所述内拱长轴的顶部与所述外拱的顶部连接，所述内拱长轴的底部与仰拱连接。
6.可选的，所述内拱的中心线与所述外拱的中心线重合。
7.可选的，所述内拱的两侧分别设置有至少两个互相平行的连接板，所述连接板的一端与所述外拱固定连接，另一端与所述内拱固定连接，所述连接板水平设置，所述内拱两侧的所述连接板对称设置。
8.可选的，相邻两个所述连接板之间设置有腹杆，所述腹杆包括第一腹杆和第二腹杆，所述第一腹杆的两端分别与两个相邻的所述连接板相连，所述第二腹杆的两端分别与两个相邻的所述连接板相连，所述第一腹杆和所述第二腹杆首尾相连，所述第一腹杆、所述第二腹杆和所述连接板组成三角形单元。
9.可选的，所述外拱与所述连接板连接处设置有第一固定板，所述第一腹杆一端与所述第一固定板固定相连，所述第一腹杆另一端与所述第二腹杆相连，所述内拱与所述连接板连接处设置有第二固定板，所述第二腹杆一端与所述第二固定板固定相连，所述第二腹杆另一端与所述第一腹杆相连。
10.可选的，所述腹杆与相邻所述连接板组成桁架单元，所述桁架单元宽度相同。
11.可选的，所述连接板的下方设置有中板，所述中板的一端连接所述外拱的一端，所述中板的另一端连接所述外拱的另一端，所述中板横向贯穿所述内拱，所述内拱连接所述中板，所述中板平行地面设置。
12.可选的，所述仰拱与所述中板之间设置有底板，所述底板的一端连接所述外拱的一端，所述底板另一端连接所述底板另一端，所述底板横向贯穿所述内拱，所述底板与所述
中板平行设置。
13.可选的，所述内拱的顶部与所述外拱的顶部通过螺栓连接固定，所述内拱的底部与所述外拱的底部通过螺栓连接固定连接。
14.另一方面，本技术提供了一种地下结构施工方法，其特征在于：通过地质勘探，将外拱的轮廓划分为至少一个小断面，通过对小型模块隧道掘进机调整参数，至少一个所述小型模块隧道掘进机同时开挖，形成完整的所述外拱的轮廓；预制钢壳混凝土构件，并沿所述外拱的轮廓连接钢壳混凝土预制构件，然后浇筑所述钢壳混凝土预制构件，形成所述外拱，所述外拱顶部预埋有螺栓，仰拱也预埋有所述螺栓；在所述外拱的保护下，采用施工机械对所述外拱的内部进行挖掘，并自上而下逐层架设桁架单元；在所述桁架单元下方架设中板，然后施工内拱，所述内拱固定连接所述中板，然后继续施工所述内拱，在所述外拱的底部与所述中板之间架设底板，所述内拱固定连接所述底板，施工完剩余所述内拱。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
16.1、本发明通过双拱结构，将内拱设置在外拱的中部将单一受力结构转变为双重受力结构，不仅可以有效分担荷载，提高结构稳定性，还可以提高深埋大跨度结构的安全性。
17.2、本发明通过将大断面掘进分解为多个小断面掘进，有效的解决了大跨度、大深埋地下结构的构建难题，并且在结构外轮廓上先行构筑外拱，降低了地层对结构产生的荷载，在施工期间保证了施工场地的安全的同时有效提高了建筑材料的利用率。
18.3、本发明通过采用钢壳混凝土，有利于提高预制拼装结构的制造、施工精度及结构整体施工质量，同时可大幅提高地下结构的防渗漏能力。
19.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
21.图1为本发明实施例中所述的地下结构的示意图。
22.图2为图1中节点a处放大示意图。
23.图3为图1中节点b处放大示意图。
24.图4为图1中节点c处放大示意图。
25.图中标记：1、外拱；2、连接板；3、第一腹杆；4、底板；5、中板；6、内拱；7、仰拱；8、第二腹杆；9、螺栓；10、销钉；11、第二固定板；12、第一固定板。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施
例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.实施例1
29.如图1所示，本实施例提供了一种地下结构，包括外拱1和内拱6，内拱6呈椭圆形，内拱6设置在外拱1的中部，内拱6长轴的顶部与外拱1的顶部连接，内拱6长轴的底部与仰拱7连接，外拱1的轴线为开口向下的二次函数，内拱6的轴线为椭圆，通过将内拱6设置在外拱1的中部，将单一受力结构转变为双重受力结构，不仅可以有效分担荷载，提高结构稳定性，还可以提高深埋大跨度结构的安全性。
30.在本公开的一种具体实施方式中，内拱6的中心线与外拱1的中心线重合，通过将外拱1与内拱6的双拱结构设置为对称结构，可使整个地下结构受力均匀，提高载荷，并且便于施工。
31.在本公开的一种具体实施方式中，内拱6的两侧分别设置有至少两个互相平行的连接板2，连接板2的一端与外拱1固定连接，另一端与内拱6固定连接，连接板2水平设置，内拱6两侧的所述连接板2对称设置，相邻两个连接板2之间设置有腹杆，腹杆包括第一腹杆3和第二腹杆8，第一腹杆3的两端分别与两个相邻的连接板2相连，第二腹杆8的两端分别与两个相邻的连接板2相连，第一腹杆3和第二腹杆8首尾相连，第一腹杆3、第二腹杆8和连接板2组成三角形单元，连接板2由上至下逐层设置，在相邻连接板之间设置有第一腹杆3与第二腹杆8，同时第一腹杆3、第二腹杆8和连接板2组成三角形单元，三角形单元为稳定结构，在受到外部载荷时保证外拱1结构的稳定性，同时可以分散外部载荷，腹杆的数量与连接板2的长度成正比，连接板2越长为了保证稳定性所需要的腹杆数量就越多，从而形成更多的三角形单元保证稳定性。
32.如图3、图4所示，在本公开的一种具体实施方式中，外拱1与连接板2连接处设置有第一固定板12，第一腹杆3一端与第一固定板12固定相连，第一腹杆3另一端与第二腹杆8相连，内拱6与连接板2连接处设置有第二固定板11，第二腹杆8一端与第二固定板11固定相连，第二腹杆8另一端与第一腹杆3相连，通过销钉10将第一腹杆3一端与第一固定板12固定，通过销钉10将第二腹杆8的一端与第二固定板11固定，通过销钉10固定可使施工人员便于检修，将第一腹杆3与第二腹杆8首尾相连并固定在连接板2上，可保证三角形单元的稳定性。
33.在本公开的一种具体实施方式中，腹杆与相邻连接板2组成桁架单元，桁架单元宽度相同，桁架单元宽度相同有利于受力均匀，防止受力不均容易导致地下结构失稳。
34.在本公开的一种具体实施方式中，连接板2的下方设置有中板5，中板5的一端连接外拱1的一端，中板5的另一端连接外拱1的另一端，中板5横向贯穿内拱6，内拱6连接中板5，中板5平行地面设置，中板5的两端通过浇筑与外拱1固定相连，中板5贯穿内拱6处，内拱6通过焊接的固定方式与中板5固定，中板5横跨整个地下结构且平行设置，有利于分散整个地
下结构的外部荷载。
35.在本公开的一种具体实施方式中，仰拱7与中板5之间设置有底板4，底板4的一端连接外拱1的一端，底板4另一端连接底板4另一端，底板4横向贯穿内拱6，底板4与中板5平行设置，底板4的两端通过浇筑与外拱1固定相连，底板4贯穿内拱6处，内拱6通过焊接的固定方式与底板4固定，底板4将整个地下结构的下部结构连接在一起有利于保证结构的完整性，底板4与中板5、连接板2平行设置起到了稳定地下结构的作用。
36.如图2所示，在本公开的一种具体实施方式中，内拱6的顶部与外拱1的顶部通过螺栓7连接固定，内拱6的底部与外拱1的底部通过螺栓7连接固定连接，通过在外拱1的顶部和仰拱7的中点处预埋有螺栓9将外拱1与内拱6固定相连，保证了内拱6与外拱1连接的稳定性。
37.实施例2
38.本实施例提供了一种地下结构施工方法，包括：通过地质勘探，将外拱1的轮廓划分为至少一个小断面，通过对小型模块隧道掘进机调整参数，至少一个小型模块隧道掘进机同时开挖，形成完整的外拱1的轮廓；预制钢壳混凝土构件，并沿外拱1的轮廓连接钢壳混凝土预制构件，然后浇筑钢壳混凝土预制构件，形成外拱1，外拱1顶部预埋有螺栓9，仰拱7也预埋有螺栓9；在外拱1的保护下，采用施工机械对外拱1的内部进行挖掘，并自上而下逐层架设桁架单元；在桁架单元下方架设中板5，然后施工内拱6，所述内拱6固定连接中板5，然后继续施工内拱6，在外拱1的底部与中板5之间架设底板4，内拱6固定连接底板4，施工完剩余内拱6，本发明实施例通过将大断面掘进分解为过个小断面掘进，有效的解决了大跨度、大深埋地下结构的构建难题，并且在结构外轮廓上先行构筑外拱1，利用地层自稳能力，降低了地层对结构产生的荷载，在施工期间保证了施工场地的安全的同时有效提高了建筑材料的利用率，通过预制钢壳混凝土，并沿外拱1的轮廓连接钢壳混凝土预制构件，然后浇筑钢壳混凝土预制构件形成外拱1，有利于提高施工精度以及结构整体施工质量，同时可大幅提高地下结构的防渗漏能力，首先施工外拱1，还有利于在外拱1的保护下对外拱1内部进行施工，保证施工人员和施工机械的安全。
39.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
40.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。