本發明涉及地鐵基坑施工領域，特別是一種支撐體及其施工方法。

背景技術：

目前，對于地鐵基坑采用的主要支撐體系主要為鋼筋混凝土和鋼管對撐，特別是其中的鋼管支撐，其水平設置間距往往不超過3m，但是隨著地鐵領域的進一步發展，基坑的寬度也在增加，傳統的支撐強度不能滿足地鐵基坑大跨度的需求，此外，基于地鐵站房狹長、矩形的平面形狀特點，地鐵基坑土方開挖一般采用臺階式退挖接力的方法進行。由于水平支撐設置的間距過于緊密，施工作業面小，土方開挖機械往往采用斗容量較小挖掘設備，通過臺階接力的方式完成土方開挖，大大降低了土方開挖工作效率；另一方面，在鋼管支撐逐根吊裝時，因為較密的水平支撐間距，必須避免吊裝時支撐的相互碰撞，吊裝就位后尚需進行支撐端部焊接固定及支撐預應力施工，支撐安裝困難、施工效率地下。

眾所周知，基坑土方開挖必須遵循“先撐后挖”的原則進行，通過調研發現，即便采用工效較低斗容量較小的挖機進行土方開挖，支撐的安裝工效也遠遠不能滿足土方開挖要求，土方開挖和支撐安裝兩者無論在時間上和空間上均無法實現相互滿足，導致水平支撐安裝往往滯后于土方開挖，為基坑工程埋下巨大的安全隱患。

綜上，對于目前狹長型規則的地鐵基坑工程，采用現有的水平支撐體系及土方開挖方法，在工期及安全上均對工程建設造成了一定的困難。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種地鐵基坑大跨度支撐體系及其施工方法，要解決現有基坑支撐跨度小、結構強度低的技術問題；并解決施工效率低的問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種地鐵基坑大跨度支撐體系，包括水平支撐在基坑地下連續墻之間的水平桁架支撐單元，所述水平桁架支撐單元沿著基坑的長度和高度方向平行間隔均勻分布，所述水平桁架支撐單元包括上平面桁架支撐、下平面桁架支撐以及豎直連接在兩者之間的連桿。

所述上平面桁架支撐包括兩根沿基坑寬度方向設置的對撐鋼桁架、連接在對撐鋼桁架兩端之間的邊桁架和連接在對撐鋼桁架兩端兩側面上的琵琶撐。

所述下平面桁架支撐和上平面桁架支撐結構相同、且平行間隔設置。

所述對撐鋼桁架包括平行的對撐主桿和連接在對撐主桿之間的對撐腹桿。

所述邊桁架包括平行的邊桁架主桿和連接邊桁架主桿之間的邊桁架腹桿。

所述琵琶撐包括斜向設置在對撐鋼桁架和邊桁架之間的琵琶撐主桿和連接琵琶撐主桿與對撐鋼桁架和邊桁架之間的琵琶撐腹桿。

所述所述水平桁架支撐單元的邊桁架與基坑地下連續墻之間連接有升降動力機構。

所述升降動力機構至少有四組、對稱分布在水平桁架支撐單元兩側。

所述升降動力機構包括連接在水平桁架支撐單元端部的千斤頂、連接在千斤頂前端的轉動關節、鉸接在轉動關節上的滾輪支架和鉸接在滾輪支架上的滾輪。

所述滾輪支架為三角形板或者是彎折呈銳角的條狀板，其頂角與轉動關節鉸接、兩底角對稱鉸接有一個滾輪。

一種如所述的地鐵基坑大跨度支撐體系的施工方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟一，對撐主桿、對撐腹桿裝配對撐鋼桁架。

步驟二，桁架主桿、邊桁架腹桿裝配邊桁架。

步驟三，琵琶撐主桿、琵琶撐腹桿裝配琵琶撐。

步驟四，對撐鋼桁架、邊桁架和琵琶撐依次裝配連接，組裝成水平桁架支撐單元。

步驟五，將水平桁架支撐單元整體吊放至地鐵基坑中設計標高位置處作為第一層水平桁架支撐單元。

步驟六，精確調整第一層水平桁架支撐單元平面位置和垂直度、并固定。

步驟七，開挖第一層土體至設計標高位置處。

步驟八，重復步驟一至步驟四，將另一水平桁架支撐單元整體吊放至地鐵基坑中設計標高位置處作為第二層水平桁架支撐單元。

步驟九，精確調整第二層水平桁架支撐單元平面位置和垂直度、并固定。

步驟十，利用升降動力機構將第一層水平桁架支撐單元下降至設計標高位置處。

步驟十一，精確調整第一層水平桁架支撐單元平面位置和垂直度、并固定。

步驟十二，開挖第二層土體。

步驟十三，重復步驟八至步驟十二，直至完成地鐵基坑的土方開挖施工。

所述步驟六中，第一層水平桁架支撐單元的兩端對應固定在地鐵基坑頂部的第一冠梁和第二冠梁上。

與現有技術相比本發明具有以下特點和有益效果：

本發明不同于以往地鐵基坑施工，而是通過將狹長型的矩形規則地鐵基坑劃分為若干單元，每個單元通過設置水平支撐單元，在滿足地鐵基坑穩定性和變形控制要求的前提下，具有裝配式、大跨度、可升降的特點，使得地鐵基坑施工作業空間大，施工效率更高，為地鐵基坑施工領域提出一種新的支撐體系和施工方法，是低碳、綠色、快速、安全的施工技術，既能加快土方開挖工效，縮短工程建設工期，同時通過水平支撐單元的整體升降，避免傳統地鐵基坑因野蠻施工不能遵循先撐后挖的原則導致的基坑安全隱患。

在施工過程中，先將水平支撐單元安裝在設計標高1，而后分層開挖相應土體，再利用導軌將水平支撐單元通過升降動力裝置下降至設計標高2，再次分層開挖相應土體，這樣以此類推，至底層施工完成，施工效率高，適用于深基坑的土方開挖施工，另外，水平支撐單元采用空間桁架式結構，結構強度高，采用這種支撐體系在滿足地鐵基坑穩定性和變形控制要求的同時，還具有大跨度的特點，以地鐵基坑兩個方向的尺寸分別為18m，23m為例，在支撐體系范圍內，形成了約13m×16m的凈空范圍，能提供大型工作面供反鏟挖掘機機作業空間，而且利用升降動力單元配合導軌完成水平支撐單元的升降，比安裝較常規的混凝土或鋼管內支撐更高效，而且安全系數更好、結構更穩定。

附圖說明

下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。

圖1是本發明水平桁架支撐單元的結構示意圖。

圖2是本發明施工前設計結構示意圖。

圖3是本發明的步驟五的狀態示意圖。

圖4是本發明的步驟七的狀態示意圖。

圖5是本發明的步驟十一的狀態示意圖。

圖6是本發明的步驟十二的狀態示意圖。

圖7是本發明升降動力機構的結構示意圖。

附圖標記：1－對撐鋼桁架、2－邊桁架、3－琵琶撐、4－地鐵基坑、5－第一地下連續墻、6－第二地下連續墻、7－第一冠梁、8－第二冠梁、9－第一層水平桁架支撐單元、10－升降動力機構、11-第一層土體、12-第二層水平桁架支撐單元、13-第一層土體、14-滾輪、15-千斤頂、16-轉動關節、17-滾輪支架。

具體實施方式

實施例參見圖1所示，本例中，地鐵基坑兩個方向的尺寸分別為18m，23m；在支撐體系范圍內，形成了約13m×16m的凈空范圍，中型反鏟挖掘機可在此范圍內直接作業，較設置常規內支撐，擴大了挖掘范圍，可提高地鐵基坑施工效率。土方挖運后，通過升降動力機構將水平桁架支撐體系快速下降至設計標高，提高了支撐安裝效率。

這種地鐵基坑大跨度支撐體系，包括水平支撐在基坑地下連續墻之間的水平桁架支撐單元，所述水平桁架支撐單元沿著基坑的長度和高度方向平行間隔均勻分布，所述水平桁架支撐單元包括上平面桁架支撐、下平面桁架支撐以及豎直連接在兩者之間的連桿。

參見圖1所示，所述上平面桁架支撐包括兩根沿基坑寬度方向設置的對撐鋼桁架1、連接在對撐鋼桁架1兩端之間的邊桁架2和連接在對撐鋼桁架1兩端兩側面上的琵琶撐3；所述下平面桁架支撐和上平面桁架支撐結構相同、且平行間隔設置。

所述對撐鋼桁架1包括平行的對撐主桿和連接在對撐主桿之間的對撐腹桿；所述邊桁架2包括平行的邊桁架主桿和連接邊桁架主桿之間的邊桁架腹桿；所述琵琶撐3包括斜向設置在對撐鋼桁架1和邊桁架2之間的琵琶撐主桿和連接琵琶撐主桿與對撐鋼桁架1和邊桁架2之間的琵琶撐腹桿。

參見圖7所示，所述水平桁架支撐單元的邊桁架2與基坑地下連續墻之間連接有升降動力機構10；所述水平桁架支撐單元的上平面桁架支撐、下平面桁架支撐的兩端部之間間隔連接有連接板，所述升降動力機構10有十二組、對應焊接在水平桁架支撐單元兩側的連接板上，每側連接六組；所述升降動力機構10包括連接在水平桁架支撐單元端部的千斤頂15、連接在千斤頂前端的轉動關節16、鉸接在轉動關節16上的滾輪支架17和鉸接在滾輪支架17上的滾輪14；所述滾輪支架17為三角形板或者是彎折呈銳角的條狀板，其頂角與轉動關節16鉸接、兩底角對稱鉸接有一個滾輪14。

一種如所述的地鐵基坑大跨度支撐體系的施工方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟一，對撐主桿、對撐腹桿裝配對撐鋼桁架。

步驟二，桁架主桿、邊桁架腹桿裝配邊桁架。

步驟三，琵琶撐主桿、琵琶撐腹桿裝配琵琶撐。

步驟四，對撐鋼桁架、邊桁架和琵琶撐依次裝配連接，組裝成水平桁架支撐單元。

步驟五，參見圖3所示，將水平桁架支撐單元整體吊放至地鐵基坑4中設計標高1位置處作為第一層水平桁架支撐單元9。

步驟六，精確調整第一層水平桁架支撐單元9平面位置和垂直度、并固定。

步驟七，參見圖4所示，開挖第一層土體11至設計標高2位置處。

步驟八，重復步驟一至步驟四，將另一水平桁架支撐單元整體吊放至地鐵基坑4中設計標高1位置處作為第二層水平桁架支撐單元12。

步驟九，精確調整第二層水平桁架支撐單元12平面位置和垂直度、并固定。

步驟十，利用升降動力機構10將第一層水平桁架支撐單元9下降至設計標高2位置處。

步驟十一，參見圖5所示，精確調整第一層水平桁架支撐單元9平面位置和垂直度、并固定。

步驟十二，參見圖6所示，開挖第二層土體13。

步驟十三，重復步驟八至步驟十二，直至完成地鐵基坑4的土方開挖施工。

所述步驟六中，第一層水平桁架支撐單元9的兩端對應固定在地鐵基坑頂部的第一冠梁7和第二冠梁8上。