富水砂卵石地层异型深竖井结构体系及其施工方法技术

本发明专利技术涉及富水砂卵石地层异型深竖井结构体系及其施工方法。受已建地铁线路与周边环境的影响，常规的矩形或圆形竖井断面型式，可能受场地条件与周边环境的限制没有施做空间。本发明专利技术包括异型深竖井结构，自上而下包括三角形断面竖井结构、扩挖段异型竖井结构和四边形断面竖井结构；三角形断面竖井结构水平截面呈三角形，水平截面自上而下相同；四边形断面竖井结构水平截面呈四边形，水平截面自上而下相同；三角形断面竖井结构通过扩挖段异型竖井结构的过渡，扩展成四边形断面竖井结构。本发明专利技术具有占地面积小、内部空间大、结构体系转变灵活以及能适应各类环境要求的特点，满足上小下大要求，同时适应周边环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于隧道工程
，具体涉及一种富水砂卵石地层异型深竖井结构体系及其施工方法。
技术介绍
对于目前国内各大城市的轨道交通工程，随着地铁线网的不断加密，后续地铁线路建设时，受已建地铁线路与周边环境的影响，在线路走向与铺设方式、空间关系与结构型式、以及施工方法与工程措施等方面的要求更加严格。常规的矩形或圆形竖井断面型式可能受场地条件与周边环境的限制没有施做空间。异型深竖井与矿山法隧道相结合的施工方法具有灵活多变、适应性强、安全可靠等特点。上小下大的截面构造型式是异型深竖井的基本特征，竖井扩挖段大管棚地层预加固措施、扩挖段竖井井壁斜率要求与格栅钢架密排等结构稳定性措施，是确保异型深竖井成功实施的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种富水砂卵石地层异型深竖井结构体系及其施工方法，在复杂环境下通过竖井扩挖段大管棚地层预加固措施、扩挖段竖井井壁斜率要求与格栅钢架密排等结构稳定性措施，并结合竖井内部临时型钢支撑，实现了扩挖段结构体系的转变，实现上部截面小、下部截面大的特殊竖井结构型式。本专利技术所采用的技术方案为：富水砂卵石地层异型深竖井结构体系，包括异型深竖井结构，其特征在于：异型深竖井结构自上而下包括三角形断面竖井结构、扩挖段异型竖井结构和四边形断面竖井结构；三角形断面竖井结构水平截面呈三角形，水平截面自上而下相同；四边形断面竖井结构水平截面呈四边形，水平截面自上而下相同；三角形断面竖井结构通过扩挖段异型竖井结构的过渡，扩展成四边形断面竖井结构。扩挖段异型竖井结构自异型深竖井结构一侧扩挖，具有竖井扩挖斜面，竖井扩挖斜面的斜率不超过1:0.5。扩挖段异型竖井结构侧部设置有大管棚，斜向下方打设，上下共设置两排，呈梅花型布置。异型深竖井结构内设置有多道水平向布置的临时型钢支撑。富水砂卵石地层异型深竖井结构体系的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：进行降水施工，确保地下水位在基坑开挖面以下1m，根据倒挂井壁法原理施工异型深竖井结构，最先实施三角形断面竖井结构，及时施做内部临时型钢支撑，异型深竖井结构四周及时施做格栅钢架，扩挖之前的最后一榀格栅钢架上焊接导向管，导向管采用Φ133钢管，长度为0.6m，顶到竖井结构面上，用直径16mm的固定钢筋弯成圆弧，将导向管焊接固定在格栅钢架上；步骤二：将包含导向管在内的格栅钢架进行整体浇注，施做成导向墙；步骤三：根据大管棚尺寸和设计孔位高度确定钻机作业平台高度，用土方填筑钻机作业平台，利用潜孔钻机进行大管棚施工，大管棚与水平面夹角为30°，斜向下方打设，插入导向墙中预埋的导向管；管棚每节长2m，采用跟管钻进法施工，管棚总长12m，超过地层潜在破裂面，大管棚施做完成后，向管棚内压注水泥砂浆，提高构件整体抗弯刚度；步骤四：在大管棚的超前支护作用下，开始进行扩挖段异型竖井结构施工，严格控制扩挖边斜率不超过1:0.5，同时严格控制扩挖段井壁格栅钢架竖向间距为0.5m，刚开始扩挖时，上下三榀格栅钢架密排处理；步骤五：扩挖段异型竖井结构施做完成后，进行四边形断面竖井结构施工；步骤六：根据设计要求，将异型深竖井开挖至指定深度，完成竖井封底施工，并在竖井封底四角施做素砼。本专利技术具有以下优点：本专利技术在竖井井壁扩挖段设置的大管棚与竖井内设置的临时型钢支撑，以及竖井井壁内设置的闭合成环的格栅钢架等，涉及的钢材、水泥砂浆、以及大管棚打设所用的机械设备等均为常规材料（设备），其相应尺寸为常规类型，便于加工制造；且大管棚长度可根据地层潜在破裂面进行调整，大管棚间距与数量可根据竖井扩挖位置、地层特性与荷载情况进行调整，大管棚刚度可根据内部充填的水泥砂浆等级与钢管自身刚度情况综合确定，竖井扩挖边斜率可根据地层稳定情况控制在1:0.3～1:0.5以下，格栅钢架与临时型钢支撑布置可根据竖井基坑稳定性计算结果灵活调整。通过大管棚的超前地层预加固措施，竖井井壁扩挖段斜率的控制，以及竖井井壁格栅钢架的加密与内部临时型钢支撑的设置，可以实现扩挖段结构的安全，减小潜在的不安全因素，达到即能满足占地面积小，又能满足内部空间大的竖井结构要求，既能满足周边环境保护的苛刻要求，又能避免地面常规矩形或圆形竖井占地面积大对周边环境的不利影响。具有较高的经济效益和社会效益，在城市轨道交通、铁路、公路等工程中有广泛的应用前景。附图说明图1为异型深竖井结构断面图。图2为异型深竖井结构平面图。图3为异型深竖井扩挖段管棚细部构造图（1）。图4为异型深竖井扩挖段管棚细部构造图（2）。图中，1-异型深竖井结构，2-三角形断面竖井结构，3-扩挖段异型竖井结构，4-四边形断面竖井结构，5-临时型钢支撑，6-大管棚，7-导向墙，8-导向管，9-格栅钢架，10-竖井扩挖斜面，11-竖井封底，12-素砼，13-固定钢筋。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细的说明。本专利技术提供了一种新型深竖井施工理念，丰富了现有的竖井施工工艺，拓宽了深竖井设计思路。利用异型深竖井与矿山法隧道相结合的设计理念，可以满足特定建设条件对工程方案的苛刻要求，为确保实现工程方案合理、工程风险与建设工期可控、工程质量与安全可靠提供了全新的思路。本专利技术涉及的富水砂卵石地层异型深竖井结构体系，包括异型深竖井结构1，异型深竖井结构1自上而下包括三角形断面竖井结构2、扩挖段异型竖井结构3和四边形断面竖井结构4。三角形断面竖井结构2水平截面呈三角形，水平截面自上而下相同；四边形断面竖井结构4水平截面呈四边形，水平截面自上而下相同。三角形断面竖井结构2通过扩挖段异型竖井结构3的过渡，扩展成四边形断面竖井结构4。异型深竖井结构1采用常规的倒挂井壁法施工，中间部分扩挖段异型竖井结构3的稳定性控制是整个工程的关键所在。扩挖段异型竖井结构3自异型深竖井结构1一侧扩挖，具有竖井扩挖斜面10，竖井扩挖斜面10的斜率一般不超过1:0.5。扩挖段异型竖井结构3侧部设置有大管棚6，斜向下方打设，上下共设置两排，呈梅花型布置。施工过程中，异型深竖井结构1内水平设置有多道水平向临时型钢支撑5。竖井扩挖前，通过扩挖段上方格栅钢架9密排与梅花型布置的双排大管棚6的地层预加固措施，并在大管棚6内压注水泥砂浆提高其抗弯刚度，再加上竖井内部临时型钢支撑5的共同支护效果，来确保竖井结构的整体稳定。大管棚6施做前，为确保大管棚打设方向与打设角度要求，需要预先实施管棚的导向墙7与导向管8，其中大管棚6采用直径108mm，壁厚6mm钢花管，打设方向与水平面夹角为30°，斜向下方打设，管棚每节长2m，采用跟管钻进法施工，管棚总长约12m，同时大管棚6内压注的水泥砂浆必须具有良好的流动性与和易性，确保充填密实。导向墙7的强度与刚度需要能够满足大管棚6打设的要求，一般可做成截面尺寸为0.8×2.0m的梁构件，采用C35混凝土。导向管8采用Φ133钢管，长度为0.6m，顶到竖井结构面上，用直径16mm的钢筋弯成圆弧，将导向本文档来自技高网...

【技术保护点】
富水砂卵石地层异型深竖井结构体系，包括异型深竖井结构（1），其特征在于：异型深竖井结构（1）自上而下包括三角形断面竖井结构（2）、扩挖段异型竖井结构（3）和四边形断面竖井结构（4）；三角形断面竖井结构（2）水平截面呈三角形，水平截面自上而下相同；四边形断面竖井结构（4）水平截面呈四边形，水平截面自上而下相同；三角形断面竖井结构（2）通过扩挖段异型竖井结构（3）的过渡，扩展成四边形断面竖井结构（4）。

【技术特征摘要】
1.富水砂卵石地层异型深竖井结构体系，包括异型深竖井结构（1），其特征在于：
异型深竖井结构（1）自上而下包括三角形断面竖井结构（2）、扩挖段异型竖井结构（3）和四边形断面竖井结构（4）；
三角形断面竖井结构（2）水平截面呈三角形，水平截面自上而下相同；四边形断面竖井结构（4）水平截面呈四边形，水平截面自上而下相同；
三角形断面竖井结构（2）通过扩挖段异型竖井结构（3）的过渡，扩展成四边形断面竖井结构（4）。
2.根据权利要求1所述的富水砂卵石地层异型深竖井结构体系，其特征在于：
扩挖段异型竖井结构（3）自异型深竖井结构（1）一侧扩挖，具有竖井扩挖斜面（10），竖井扩挖斜面（10）的斜率不超过1:0.5。
3.根据权利要求1所述的富水砂卵石地层异型深竖井结构体系，其特征在于：
扩挖段异型竖井结构（3）侧部设置有大管棚（6），斜向下方打设，上下共设置两排，呈梅花型布置。
4.根据权利要求1所述的富水砂卵石地层异型深竖井结构体系，其特征在于：
异型深竖井结构（1）内设置有多道水平向布置的临时型钢支撑（5）。
5.富水砂卵石地层异型深竖井结构体系的施工方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一：进行降水施工，确保地下水位在基坑开挖面以下1m，根据倒挂井壁法原理施工异型深竖井结构（1），最先实施三角形断面竖井结...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴志仁，柳兴旺，王立新，王俊，康华，王天明，杨沛敏，杜宇，马晓波，李储军，曹伟，王博，杨小兵，毛念华，张海，罗世明，
申请(专利权)人：中铁第一勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61