一种多层地下工程支护结构及其施工方法
技术领域
本发明属于地下工程技术领域，具体涉及一种多层地下工程支护结构及其施工方法。
背景技术
随着城市规模的急剧扩大，城市用地日趋紧张，城市空间资源日益短缺；同时伴随着城市基础设施老化，以及人们对改善居住条件和环境保护需求的不断提升，使得地下空间的开发利用成为现代城市发展的必然趋势。
但是在城市已建成区的地下空间开发利用中，有着非常独特复杂的边界条件，采用现有的技术难以最大限度地有效利用土地资源进行地下空间综合开发，同时在现阶段开发过程中，常采用的明挖建造方法仍对周边建筑物、交通、景观和管线存在巨大影响，给建设过程及城市正常生活带来的较大的困扰。而已有的暗挖法主要应用于断面简单、跨度在一定范围内的隧道工程，如地铁区间隧道、地下通道等，对于大跨、多跨、断面复杂的大型地下空间如地下停车场、地铁车站、地下商场等，采用已有的暗挖建造方法难度大、风险高、造价高、效率低，不能有效满足大型地下空间开发的需求。
发明内容
针对采用现有的开挖方法开挖大型地下空间时，存在难度大、风险高、造价高、效率低的问题，本发明提出了一种多层地下工程支护结构及其施工方法，解决了地下工程传统开挖工法存在的施工风险大的问题。
为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种多层地下工程支护结构，包括两条通过暗挖施工得到的先行导洞，两条先行导洞之间施工得到拱顶支护结构和层支护结构，且层支护结构的数量至少为一层；所述层支护结构设置在拱顶支护结构的下方，层支护结构的下部设有底支护结构；所述先行导洞内设有组合式衬砌，且拱顶支护结构、层支护结构和底支护结构均与组合式衬砌相连接。
所述拱顶支护结构包括拱壳初支结构和顶板，顶板固定设置在拱壳初支结构的下部，且拱壳初支结构的两端与两个组合式衬砌对应连接，顶板的两端分别通过上层纵梁与拱壳初支结构、层支护结构和底支护结构相连接。
所述底支护结构包括底板，底板设置在层支护结构的下方，且底板的两端分别通过下层纵梁与两个组合式衬砌对应连接。
所述层支护结构包括楼板，楼板的端部与拱顶支护结构的底部对应连接，且楼板通过柱体与底支护结构相连接。
一种多层地下工程支护结构的施工方法，包括如下步骤：
S1，分别开挖始发井和接收井；
S2，在始发井和接收井之间分别开挖先行导洞，并在先行导洞内铺设组合式衬砌；
S3，施作拱顶支护结构和层支护结构；
S4，开挖层支护结构下部的土体，拆卸层支护结构下部的组合式衬砌施作底支护结构；
S5，重复执行步骤S3-S4，直至完成整个多层地下工程支护结构的施工；
S6，在已完成底板施工的地下空间内进行附属结构的施工。
优选地，在步骤S3中，所述拱顶支护结构包括拱壳初支结构和顶板，层支护结构包括楼板，施作拱顶支护结构和层支护结构包括如下步骤：
S3.1，拆除与拱壳初支结构相干涉的组合式衬砌，施作拱壳初支结构形成横向跨度空间的初支结构；
S3.2，在拱壳初支结构的保护下，分段开挖始发井和接收井之间上部的部分土体，形成上部施工空间；
S3.3，拆卸与顶板和楼板相干涉的组合式衬砌，并在步骤S3.2中所述的上部施工空间内施作顶板、上层纵梁和楼板。
在步骤S4中，所述底支护结构包括底板，施作底支护结构包括如下步骤：
S4.1，开挖层支护结构下部的土体，在层支护结构的下部间隔施作柱体；
S4.2，在两列柱体的底部分别施作下层纵梁；
S4.3，在下层纵梁之间施作底板。
本发明的有益效果：
本发明工程结构坚固、施工方法简单、操作便捷，拱壳初支结构和顶板的复合式设计加强了拱顶支护结构的承载力，组合式衬砌进一步对拱顶载荷进行分压，可实现城市复杂建设条件下地下工程建设的快速高效施工，同时可满足工程建设的高标准、安全高效的生产需求和绿色环保的环境需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的俯视图。
图3为先行导洞和组合式衬砌的布设图。
图4为实施例2的步骤S3.2的完工示意图。
图5为实施例2的步骤S3.4的完工示意图。
图6为实施例2的步骤S4的完工示意图。
图7为实施例2的步骤S6的完工示意图。
图中，1为始发井，2为接收井，3为先行导洞，4为拱壳初支结构，5为组合式衬砌，6为顶板，7为楼板，8为上层纵梁，9为柱体，10为底板，11为下层纵梁。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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。
实施例1：一种多层地下工程支护结构，如图1所示，包括两条通过暗挖施工得到的先行导洞3，两条先行导洞3之间施工得到拱顶支护结构和层支护结构，且层支护结构的数量至少为一层；拱顶支护结构可以对待开挖土体进行支撑，方便施工时在拱顶支护结构的保护下开挖土体，避免开挖过程中土体坍塌；所述层支护结构设置在拱顶支护结构的下方，层支护结构的下部设有底支护结构；所述先行导洞3内设有组合式衬砌5，且拱顶支护结构、层支护结构和底支护结构均与组合式衬砌5相连接；所述组合式衬砌5是由若干块衬砌相互拼接而成，组合式衬砌为拱顶支护结构分担承重载荷，层支护结构位于拱顶支护结构的正下方，当层支护结构的数量大于一时，层支护结构之间相互连接，层支护结构的层数可以按照具体的工程需求设计。本实施例中，层支护结构的层数为一层。
所述拱顶支护结构包括拱壳初支结构4和顶板6，顶板6固定设置在拱壳初支结构4的下部，本实施例中，拱壳初支结构4的形状为拱形，拱壳初支结构4的两个端部分别与两个组合式衬砌对应连接，顶板6的端部与顶层的层支护结构的端部对应连接。顶板6与拱壳初支结构4匹配连接，一起组成了地下工程结构的复合式设计，加强了顶部结构的承载力。
所述底支护结构包括底板10，底板10位于层支护结构的正下方，且底板10的端部分别与两个组合式衬砌的底部对应固定连接。
所述层支护结构包括楼板7，楼板7设置在底板10和顶板6之间，楼板7的两端均对称固定设有上层纵梁8；当层支护结构的数量大于一，也即楼板7的数量大于一时，顶层的楼板7通过该层的上层纵梁8与顶板6和拱壳初支结构4固定连接，相邻的两层楼板7之间通过柱体9相连接，且柱体9与上层纵梁8固定连接；所述底板10的两端对称固定设有下层纵梁11，底板10通过下层纵梁11与组合式衬砌的底部相连接，且下层纵梁11与柱体9相连接，以实现上下层之间的连接。本实施例中，楼板7的数量为一个，楼板7的端部通过上层纵梁8与顶板6和拱壳初支结构4固定连接，且上层纵梁8通过柱体9与下层纵梁11固定连接，上层纵梁8和下层纵梁11的设置使各个结构之间的连接更坚固。
本实施例中，拱壳初支结构4是采用钢管、钢拱架或喷射混凝土等材料制成；顶板6是采用钢筋混凝土或钢纤维混凝土等材料制成；组合式衬砌5可以采用混凝土衬砌、钢筋混凝土衬砌、钢纤维混凝土衬砌或者钢筋混凝土—型钢组合衬砌等。
实施例2：一种多层地下工程支护结构的施工方法，包括如下步骤：
S1，始发井1和接收井2施工：如图2所示，在拟修建地下工程的施工场地的两端选择合适位置分别开挖始发井1和接收井2；
始发井1和接收井2的设置可以方便开挖设备的吊入吊出、设备顶进施工以及物料的进出，具体施工时可以根据掘进机的施工需求设定始发井1和接收井2的挖掘尺寸。
S2，先行导洞3施工：如图3所示，在始发井1和接收井2之间分别开挖先行导洞3，并在先行导洞3的侧壁上铺设组合式衬砌5；
先行导洞3对称设置在始发井1和接收井2的两端，先行导洞3的形状可以为圆形、矩形或者类矩形等。本实施例中，先行导洞3是由矩形空间和半圆形空间组成，半圆形空间位于矩形空间的正上方；开挖先行导洞3可以采用盾构机、顶管机或者人工开挖等方法，且先行导洞3的开挖直径可以根据断面的开挖大小以及工程的具体功能要求确定。
组合式衬砌5可以采用预制衬砌进行逐片拼接或采用现浇的方式一次成型。
S3，施作拱顶支护结构和层支护结构；
所述拱顶支护结构包括拱壳初支结构4和顶板6，层支护结构包括楼板7，施作拱顶支护结构和层支护结构包括如下步骤：
S3.1，拱壳初支结构4施作：如图4所示，拆除与拱壳初支结构4相干涉的组合式衬砌5，施作拱壳初支结构4，连接拱壳初支结构4和组合式衬砌5形成横向跨度空间的初支结构；
拱壳初支结构4的施作可以采用可以采用曲线管幕法、定向钻机法或预注拱法等，先期施作拱壳初支结构确保了开挖面的稳定，拱壳初支结构和组合式衬砌一起组成了横向开挖跨度空间的初支结构体系，为后期工程的施工提供保障。
S3.2，上部施工空间开挖：在拱壳初支结构4的保护下，分段开挖始发井1和接收井2之间上部的部分土体形成上部施工空间；
所述上部施工空间略大于顶板6和楼板7所围合的顶层空间，以避免施工时土体干涉影响楼板7的施工。
S3.3，顶板6和层支护结构施作：如图5所示，拆卸与顶板6和楼板7相干涉的组合式衬砌5，在步骤S3.2中所述的上部施工空间内，通过模板台车或者挤压混凝土的方式施作顶板6、上层纵梁8和楼板7；
如果地下工程结构的规模较小，顶板6、楼板7和上层纵梁8可以一次成型；如果工程结构的规模较大，需要开挖一部分土体做临时支撑后，再依次施作顶板6、上层纵梁8和楼板7，以保证施工安全；首先在拱壳初支结构4的下部施作顶板6，在顶板6的两个端部分别施作上层纵梁8，最后再在两个上层纵梁8之间施作楼板7；上层纵梁8设置在组合式衬砌5内，加强了组合式衬砌5、拱壳初支结构4和楼板7之间的连接，为后续底支护结构的施工提供了支撑。
S4，底支护结构施作：如图6所示，在拱顶支护结构和层支护结构的保护下，利用挖掘机械开挖楼板7下方的土体，拆卸与楼板7相对应的楼板7下部的组合式衬砌5，连通先行导洞3和楼板7下方的开挖区域，通过模板台车或者挤压混凝土的方式施作底支护结构；
所述底支护结构包括底板10，底支护结构的施作包括如下步骤：
S4.1，开挖楼板下方的土体，在两个上层纵梁8的下部分别间隔施作柱体9；
S4.2，在两列柱体9的底部分别施作下层纵梁11，且同一列中的下层纵梁之间相互连接；
S4.3，在下层纵梁11之间施作底板10，使底板10的两端和两个下层纵梁对应连接；
柱体9间隔设置起到支撑组合式衬砌5、拱壳初支结构4、顶板6和楼板7的作用；柱体9、底板10和下层纵梁11的施作方式同顶板6、上层纵梁8和楼板7，根据地下工程结构的规模，可以选择一次成型或者分体依次施作；分体施作的顺序如上所述。
S5，重复执行步骤S3-S4，直至完成施工场地所对应的整个地下空间的施工；
拱壳初支结构4、顶板6、组合式衬砌5、楼板7和结构底板10等一起组成了本实施例的横向跨度支护结构，一段工程完工后，再按照同样的方法建立下一段工程的横向跨度支护结构，横向跨度支护结构依次连接即可实现整个施工场地的地下工程的支护作业。
S6，附属结构施工：如图7所示，在步骤S5中所述的完工的地下空间内进行附属结构如地下空间建筑的机电设备安装、给排水安装以及照明设备的安装等结构的施工。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
