本实用新型涉及暗挖工程技术领域，特别涉及一种超浅覆土矩形大断面的支撑结构。
背景技术：
随着城市化进程的快速发展，城市地面交通拥堵情况已经成制约城市发展的世界性难题。为了应对城市日益拥堵的地面交通，越来越多的城市和地区纷纷大力发展地下轨道交通。
由于在繁华的地段，地面交通不能中断，在修建暗挖地铁车站时一般采用浅埋暗挖法，在开挖前通常要先对底层进行预加固或预支护，以提高开挖后洞周的自稳能力，保证开挖的安全性。预支护体系主要分为地层加固注浆、冻结法、超前管棚、管幕法等。其中管幕法因其断面灵活，几乎可以形成任何隧道断面形状，地质适应能力强等优点，已经成为大断面暗挖隧道的一种常见施工方法。
但是，目前的管幕法采用由圆形钢管组成的管幕预支护体系，由于圆形钢管组成的管幕承载力受单根钢管顶进偏差影响较大，大面积开挖时容易造成地面沉降，甚至影响路面环境、交通以及管线。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种超浅覆土矩形大断面的支撑结构，以提高地下施工的安全性和准确性。
为实现以上目的，本实用新型采用一种超浅覆土矩形大断面的支撑结构，包括位于同一平面且竖直间隔布置的多个竖直矩形管幕结构，该多个竖直矩形管幕结构分别通过螺栓与至少一层水平矩形管幕结构连接，矩形管幕结构是由矩形钢管构成且竖直矩形管幕结构内均灌注混凝土。
优选地，所述多个竖直矩形管幕结构包括依次间隔第一竖直矩形管幕结构、第二竖直矩形管幕结构及第三竖直矩形管幕结构，第一竖直矩形管幕结构、第二竖直矩形管幕结构及第三竖直矩形管幕结构分别通过螺栓与上、下两层水平矩形管幕结构连接，上层水平矩形管幕结构均灌注混凝土。
优选地，所述上层水平矩形管幕结构与分别连接在第一竖直矩形管幕结构、第二竖直矩形管幕结构以及第三竖直管幕结构的上端。
优选地，所述的第一竖直矩形管幕结构、第二竖直矩形管幕结构、第三竖直矩形管幕结构被上、下两层水平矩形管幕结构划分成的四个矩形方框内沿管幕壁体布置的矩形刚环框。
优选地，所述第一竖直矩形管幕结构和第三竖直矩形管幕结构中布置在两边的竖直矩形管幕结构的下端均与地下管幕连接。
优选地，所述矩形刚环框框角两角边之间连接有钢板。
与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：本实用新型通过采用矩形钢管组成的管幕结构，与圆形钢管组成的管幕结构相比，增加了单根钢管相互之间的接触面积，进而减小了承载力对单根钢管顶进偏差的影响，保证了开挖时地面的安全性。
附图说明
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述：
图1是一种超浅覆土矩形大断面的支撑结构的结构示意图；
图2是注有混凝土的矩形管幕结构示意图；
图3是施工工序一的示意图；
图4是施工工序二的示意图；
图5是施工工序三的示意图；
图6是施工工序四的示意图；
图7是施工工序五的示意图；
图8是施工工序六的示意图；
图9是施工工序七的示意图；
图10是施工工序八的示意图；
图11是施工工序九的示意图；
图12是施工工序十的示意图；
图13是施工工序十一的示意图；
图14是施工工序十二的示意图；
图15是施工工序十三的示意图。
具体实施方式
为了更进一步说明本实用新型的特征，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本实用新型的保护范围加以限制。
如图1所示，本实施例公开了一种超浅覆土矩形大断面的支撑结构，包括位于同一平面且竖直间隔布置的多个竖直矩形管幕结构，该多个竖直矩形管幕结构分别通过螺栓与至少一层水平矩形管幕结构连接，矩形管幕结构是由矩形钢管构成且竖直矩形管幕结构内均灌注混凝土。
其中，本实施例中的多个竖直矩形管幕结构包括至少三个，且每个竖直矩形管幕结构之间间隔的距离相等，该多个竖直矩形管幕结构的下端与地下管幕结构连接、上端通过横向连接螺栓与该至少一层水平矩形管幕结构连接，在应用中，该矩形管幕结构主要是使用矩形顶管机施工形成。并在多个竖直矩形管幕结构以及最上层的水平矩形管幕结构中灌注混凝土。
需要说明的是，本实施例在整个管幕体系中除中间层水平管幕不灌注混凝土，其余水平及竖向管幕灌注混凝土。在水平及竖向管幕灌注混凝土后能够大幅度提高管幕结构的承载能力，而中间层水平管幕主要是为了形成小导洞开挖，降低土体的开挖高度，不需要灌注混凝土提高其承载能力，并且中间层水平管幕未灌注混凝土，避免了对底部环框产生过大的压力，保证了整个大断面支撑结构的稳定性。
本实施例中通过采用矩形钢管组成的管幕预支护体系与由圆形钢管组成的管幕预支护体系相比，矩形钢管组成的管幕预支护体系中，单根矩形钢管之间为面接触，而圆形钢管组成的管幕预支护体系中，单根圆形刚挂之间为点接触。因此，采用矩形钢管形成的管幕预支护体系中，单根钢管之间的接触面积较大，减小了单根钢管顶进偏差对管幕预支护体系承载力的影响，保证了开挖时大断面的稳定性，避免大面积开挖时造成的地面沉降。
作为进一步优选的方案，如图1至图2所示，本实施例中选取三个竖直矩形管幕结构即依次间隔第一竖直矩形管幕结构10、第二竖直矩形管幕结构11及第三竖直矩形管幕结构12，第一竖直矩形管幕结构10、第二竖直矩形管幕结构11及第三竖直矩形管幕结构12分别通过横向螺栓40与上层水平矩形管幕结构20、下层水平矩形管幕结构21连接，第一竖直矩形管幕结构10、第二竖直矩形管幕结构11、第三竖直矩形管幕结构12以及上层水平矩形管幕结构20均灌注混凝土。在实际修建过程中，由矩形钢管形成的管幕结构为车站开挖时提供预支护体系。
需要说明的是，本实施例中的下层水平矩形管幕结构21包括两段水平矩形管幕结构，一段的两段面分别通过横向螺栓与第一竖直矩形管幕结构10、第二竖直矩形管幕结构11管身连接，另一段的两段面分别通过横向螺栓与第二竖直矩形管幕结构11及第三竖直矩形管幕结构12的管身连接。
作为进一步优选的方案，本实施例中多个竖直矩形管幕结构在竖直方向上的高度相同，两层水平矩形管幕结构在水平方向上的长度相同。下层水平矩形管幕结构位水平于上层水平矩形管幕的下方，且上层水平矩形管幕结构通过横向连接螺栓分别与三个竖直矩形管幕结构的上端连接，三个竖直矩形管幕结构中布置在两边的竖直矩形管幕结构的下端均与地下管幕连接。
需要说明的是，该大断面支撑结构中，左右两侧的竖直矩形管幕结构与底部管幕连接，中间竖直矩形管幕不需要设置底部管幕，因为中间竖向矩形管幕是临时结构，施工过程中是需要拆除的，而左右两侧管幕数会作为永久结构，工后也不会拆除。另外，中间竖向管幕主要承受竖向力，而两侧竖向管幕需要承受顶部竖向力以及水平土压力，在左、右两侧的竖直矩形管幕下端设置底部管幕可以使其具有更高稳定性，保证施工安全。
作为进一步优选的方案，本实施例中三个竖直矩形管幕结构被两层水平矩形管幕结构分割成四个矩形方框，每个矩形方框内沿管幕壁体布置矩形刚环框。
本实施例提供的管幕预支护体系结合环框体系，避免了现阶段使用圆形钢管顶管形成管幕带来的连接处抗剪不足等缺点，同时通过架设的钢环框来提高车站衬砌施工时的安全性。大幅度降低了开挖过程中的地面沉降，可实现大面积开挖，提高了设备掘进和出渣效率。进而提高了施工效率、缩短施工周期，降低施工成本。
作为进一步优选的方案，如图1所示，本实施例中矩形钢环框框角两角边之间连接有钢板，该钢板与环框框角的两角边形成三角形，起到加固矩形钢环框稳定性的作用。
具体的，在实际应用中，可以在矩形钢环框的四个框角均连接钢板，也可在其中几个框角上连接钢板。
如图3-图15所示，利用本实施例中的大断面支撑结构进行施工的过程为：
（1）从中间到两边利用矩形顶管机依次施工矩形钢顶管，形成第一层水平矩形管幕，并进行螺栓连接，该螺栓采用M27螺栓；
（2）从上到下利用矩形顶管机依次施工矩形钢顶管，形成竖直矩形管幕，并进行螺栓连接；
（3）从中间到两边利用矩形顶管机依次施工矩形钢顶管，形成第二层水平矩形管幕，并进行螺栓连接；
（4）除第二层水平管幕外，对其他所形成的管幕灌注C30自流态混凝土；
（5）安装一侧底部矩形环框，纵向开挖土体，每隔6m架设一道矩形环框直至贯通；
（6）安装一侧顶部矩形环框，纵向开挖土体，每隔6m架设一道矩形环框直至贯通；
（7）逐步拆除该位置环框，施工一侧底板、底纵梁、底侧墙和部分中板；
（8）逐步拆除该位置环框及第二层水平矩形管幕的部分段管幕，施工一侧剩余侧墙及顶板；
（9）安装另一侧底部矩形环框，纵向开挖土体，每隔6m架设一道矩形环框直至贯通；
（10）安装另一侧顶部矩形环框，纵向开挖土体，每隔6m架设一道矩形环框直至贯通；
（11）逐步拆除该位置环框，施工另一侧底板、底纵梁、底侧墙和部分中板；
（12）逐步拆除该位置环框及剩余第二层水平矩形管幕的另一部分段管幕，施工另一侧剩余侧墙及顶板；
（13）从上到下依次拆除竖直矩形管幕结构，施作剩余顶板、中板及底板。
需要说明的是，如上述步骤施工得到的结果如图15所示，本实施例通过结合矩形管幕结构和钢环框结构进行施工，对路面交通及邻近既有管线影响较小，有效的解决了超浅覆土矩形大断面地铁车站施工难度大的问题。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。