CN110671114B - 一种回收式圆形竖井支护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回收式圆形竖井支护装置及方法，主要包括：上、下部挡土侧壁、环形钢腰梁、三个竖向连接梁、限位块及上、下部环向支撑单元；其中，各挡土侧壁由多段弧形波纹钢板组成；钢腰梁为环形方钢，固定于两环挡土侧壁的接缝处，实现挡土侧壁环间相接；竖向连接梁背面能与钢腰梁进行螺栓连接，实现钢腰梁和每环挡土侧壁的竖向固定；限位块为小型高强混凝土预制件，位于竖向连接梁和挡土侧壁的中间位置，实现力的传递作用；上、下部环向支撑单元顶推至竖向连接梁上，对挡土侧壁施加预撑力。该支护装置通过拼装结构，实现了竖井开挖支护的高效施工，且可回收再利用。

Description

一种回收式圆形竖井支护装置及方法

技术领域

本发明涉及土建工程设备领域，具体的说，是涉及一种回收式圆形竖井支护装置及方法。

背景技术

竖井是城市地下空间工程施工过程中最常见的一种施工辅助结构，用途非常广泛，主要辅助管沟敷设，线路穿越及地下大体积空间分部开挖施工。在管沟敷设或地下长距离线路穿越的过程中，需隔一定距离处设置小型竖井，实现通风及相关物料的运输功能，加快工程进度。在地下大体积空间开发的过程中，地下空间的一次性开挖及支护会极大地延缓施工进度，增加施工风险，因此多采用分部开挖及支护的施工工艺以提高施工效率，这就要求必须有多通道从地表开挖至地下目标区域，实现多部分同步开挖施工。竖井在国家基础设施建设过程中扮演着重要的角色。

在竖井开挖及支护的过程中，通常采用传统的钢筋混凝土结构进行施作，竖井在后期地下结构运营过程中通常作为通风通道，以达到长久利用的目的。这就限制了地下结构分部开挖过程中竖井的数量，必须综合考虑施工效率与后期通风井的规划，况且大量通风井的存在会影响某些地下结构运营安全。钢筋混凝土结构的竖井在施作的过程中需要一定的时间发挥强度，因强度发挥引起的地表沉降不可避免，且会存在大量的环境污染及材料浪费，一定程度上限制了施工效率。

现有技术中，已经存在对于新型竖井装置及支护技术的研究。例如：申请号为201721399387.8的中国专利文献提供了一种竖井锁口圈及竖井装置。其主要包括竖井锁口圈和竖井，所述竖井锁口圈包括钢筋混凝土梁和桩，桩的一端***持力层，另一端与梁相连接，梁的另一端与竖井本体相连接，达到固定竖井的目的。该方案提供的竖井结构并不能脱离传统的钢筋混凝土工艺，仅结构形式上做出了一定的改变，无法达到回收再利用的目的。申请号为201721389376.1的中国专利文献提供了一种预制拼装竖井。其主要包括最下层预制井壁和若干标准节预制井壁，并给出了详细的施工步骤。该装置为预制混凝土拼装沉井结构，主要应用于软黏土地区的沉井结构施工，需根据工程实际进行各部分的工厂化预制，应用范围较小。申请号为201821938104.7的中国专利文献提供了一种建设工程施工竖井，包括竖井壁、固定底座、封盖等组件，其主要目的为实现竖井井口的保护。该装置的结构过于简单，仅介绍了竖井井口的防护装置，并无组装过程的详细介绍。

因此，如何实现竖井的快速拼装及支护过程，并且能达到可回收再利用的目的，是亟需解决的问题。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种回收式圆形竖井支护装置及方法，能解决现有支护装置无法实现竖井的快速拼装及支护过程，存在不方便使用以及不便于回收利用等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种回收式圆形竖井支护装置，包括：

上部挡土侧壁、环形钢腰梁、下部挡土侧壁、上部环向支撑单元、下部环向支撑单元、三个竖向连接梁和多个限位块；其中，

所述上部挡土侧壁为预制波纹钢板组装式圆环结构体；所述下部挡土侧壁的结构与所述上部挡土侧壁的结构相同；

所述上部挡土侧壁、环形钢腰梁和下部挡土侧壁从上至下依次设置形成圆环形结构体；

所述三个竖向连接梁均匀分布设置在所述上部挡土侧壁、环形钢腰梁和下部挡土侧壁形成的圆环形结构体内壁上，各竖向连接梁的中间部位均通过螺栓与所述环形钢腰梁固定连接，各竖向连接梁与所述上部挡土侧壁和下部挡土侧壁之间均设置限位块；

每个竖向连接梁上分别设有上、下支撑位，上支撑位的位置对应于所述上部挡土侧壁，下支撑位的位置对应于所述下部挡土侧壁；

所述第一环环向支撑单元设在所述上部挡土侧壁内部，该上部环向支撑单元的三个支撑端分别支撑在三个竖向连接梁的上支撑位上，能从内部对所述上部挡土侧壁环向施加预撑力；

所述下部环向支撑单元的结构与所述上部环向支撑单元的结构相同；

所述下部环向支撑单元设在所述下部挡土侧壁内部，该下部环向支撑单元的三个支撑端分别支撑在三个竖向连接梁的下支撑位上，能从内部对所述下部挡土侧壁环向施加预撑力。

本发明实施方式还提供一种回收式圆形竖井支护方法，采用多组本发明所述的回收式圆形竖井支护装置，包括以下步骤：

步骤1，在目标区域地层中开挖竖井土体至第一环挡土侧壁的深度，拼装好上部挡土侧壁并支撑至开挖的竖井土体内；

步骤2，继续向下开挖土体至一层环形钢腰梁和第二环挡土侧壁的深度，安装环形钢腰梁，并拼装好下部挡土侧壁；

步骤3，安装各竖向连接梁，并用螺栓连接于所述环形钢腰梁上，使各竖向连接梁垂直于地面；

步骤4，安装限位块于各竖向连接梁与上、下部挡土侧壁的空隙中，吊装第二、上部环向支撑单元至指定位置，分别从上、下部挡土侧壁内的三个方向对进行顶撑；

步骤5，循环以上步骤，直至竖井开挖至目标深度处。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的回收式圆形竖井支护装置及方法，其有益效果为：

该支护装置结构简单，受力形式较好，能适用不同实际工程需求，快速加工多种尺寸的竖井结构；该支护装置能实现开挖竖井的快速拼装，且使用完毕后随着填埋的进行能快速拆卸回收，实现循环再利用的目标；该支护装置拼装完成后能立刻发挥强度，克服了混凝土结构强度发挥作用的时间，一定程度上能减少对开挖面周围土体的扰动；该支护装置完全脱离了传统混凝土工艺，极大的减少了环境污染。

附图说明

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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例提供的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的单环挡土侧壁示意图；

图3为本发明实施例提供的钢腰梁与竖向连接梁的配合示意图；

图4为本发明实施例提供的挡土侧壁、限位块和竖向连接梁的相对位置剖面示意图；

图5为本发明实施例提供的环向支撑单元与竖向连接梁的相对位置示意图；

图中各标记对应的部件为：1-上部挡土侧壁；2-限位块；3-竖向连接梁；4-环形钢腰梁；5-上部环向支撑单元；6-下部挡土侧壁；7-下部环向支撑单元；

11-弧形波纹钢板； 12-接头法兰；

21-支撑钢管； 22-弹性钢环； 23-液压千斤顶；

31-螺栓连接孔；32-千斤顶靶位板。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，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。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1所示，本发明实施例提供一种回收式圆形竖井支护装置，包括：

上部挡土侧壁、环形钢腰梁、下部挡土侧壁、上部环向支撑单元、下部环向支撑单元、三个竖向连接梁和多个限位块；其中，

所述上部挡土侧壁为预制波纹钢板组装式圆环结构体；所述下部挡土侧壁的结构与所述上部挡土侧壁的结构相同；

所述上部挡土侧壁、环形钢腰梁和下部挡土侧壁从上至下依次设置形成圆环形结构体；

所述三个竖向连接梁均匀分布设置在所述上部挡土侧壁、环形钢腰梁和下部挡土侧壁形成的圆环形结构体内壁上，各竖向连接梁的中间部位均通过螺栓与所述环形钢腰梁固定连接，各竖向连接梁与所述上部挡土侧壁和下部挡土侧壁之间均设置限位块；

每个竖向连接梁上分别设有上、下支撑位，上支撑位的位置对应于所述上部挡土侧壁，下支撑位的位置对应于所述下部挡土侧壁；

所述第一环环向支撑单元设在所述上部挡土侧壁内部，该上部环向支撑单元的三个支撑端分别支撑在三个竖向连接梁的上支撑位上，能从内部对所述上部挡土侧壁环向施加预撑力；

所述下部环向支撑单元的结构与所述上部环向支撑单元的结构相同；

所述下部环向支撑单元设在所述下部挡土侧壁内部，该下部环向支撑单元的三个支撑端分别支撑在三个竖向连接梁的下支撑位上，能从内部对所述下部挡土侧壁环向施加预撑力。

如图2所示，上述支护装置中，上部挡土侧壁包括：多块弧形预制波纹钢板，每块弧形预制波纹钢板的端部均设有接头法兰，全部弧形预制波纹钢板通过端部的接头法兰经螺栓连接组装成圆环结构体。

如图4、5所示，上述支护装置中，上部环向支撑单元包括：一个弹性钢环、三个支撑钢管和三个液压千斤顶；其中，

所述三个支撑钢管均匀分布设置在所述弹性钢环上形成三角式钢支撑结构；

每个支撑钢管的自由端均设置一个液压千斤顶，每个液压千斤顶的自由端为所述支撑端。

参见图3，上述支护装置中，竖向连接梁为槽钢结构，中间部位设有与所述环形钢腰梁螺栓连接的螺栓连接孔，上、下两端分别设置两个千斤顶靶位板作为上、下支撑位。

参见图3，上述支护装置中，限位块为高强混凝土预制件，该限位块的背面为与所述第一挡土侧壁或第二挡土侧壁匹配的波纹面，正面为与所述竖向连接梁贴合的平面。

参见图3，上述支护装置中，钢腰梁为方钢制成的环形结构体，该钢腰梁上均匀设有多组连接各竖向连接梁的螺栓孔。

参见图1，本发明实施力还提供一种回收式圆形竖井支护方法，采用多组上述的回收式圆形竖井支护装置，包括以下步骤：

步骤1，在目标区域地层中开挖竖井土体至第一环挡土侧壁的深度，拼装好上部挡土侧壁并支撑至开挖的竖井土体内；

步骤2，继续向下开挖土体至一层环形钢腰梁和第二环挡土侧壁的深度，安装环形钢腰梁，并拼装好下部挡土侧壁；

步骤3，安装各竖向连接梁，并用螺栓连接于所述环形钢腰梁上，使各竖向连接梁垂直于地面；

步骤4，安装限位块于各竖向连接梁与上、下部挡土侧壁的空隙中，吊装第二、上部环向支撑单元至指定位置，分别从上、下部挡土侧壁内的三个方向对进行顶撑；

步骤5，循环以上步骤，直至竖井开挖至目标深度处。

上述支护方法中，安装过程中，相邻的上、下部挡土侧壁的接头法兰处接缝错开，且接缝远离限位块一定距离。

本发明的支护装置，能实现在竖井结构中快速拼装后支撑，并能在使用后可回收目的。(1)该支护装置结构简单，受力形式较好，能适用不同实际工程需求，快速加工多种尺寸的竖井结构；(2)该支护装置能实现开挖竖井的快速拼装，且使用完毕后随着填埋的进行能快速拆卸回收，实现循环再利用的目标；(3)该支护装置拼装完成后能立刻发挥强度，克服了混凝土结构强度发挥作用的时间，一定程度上能减少对开挖面周围土体的扰动；(4)该支护装置完全脱离了传统混凝土工艺，极大的减少了环境污染。

下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。

如图1至图5所示，本发明实施例提供一种回收式圆形竖井支护装置，包括：上、下部挡土侧壁、环形钢腰梁、三个竖向连接梁、多个限位块和上、下部环向支撑单元；

其中，上，下部挡土侧壁的结构相同，均由多段弧形波纹钢板11组成拼装结构的圆环结构体，其中的弧形波纹钢板的圆弧角度通常为60°、90°或120°，或可根据实际需要进行相应的调整。所述每块波纹钢板两端均设置有接头法兰12，通过螺栓连接能实现挡土侧壁的快速组装。

上述结构的支护装置为一组，支护中可根据开挖深度确定使用的组数。

上述支护装置中，环形钢腰梁为方钢制成的环形结构体，固定于上、下两环挡土侧壁(即上、下部挡土侧壁)的接缝处，实现所述挡土侧壁的环间相接。

上述支护装置中，竖向连接梁为槽钢结构，背面能与环形钢腰梁进行螺栓连接，实现钢腰梁和每环挡土侧壁的竖向固定。

上述支护装置中，限位块为小型高强混凝土预制件，位于竖向连接梁和上、下部挡土侧壁的中间位置，实现力的传递作用。

上述支护装置中，上、下部环向支撑单元结构相同，均包括三个支撑钢管、三个液压千斤顶和一个弹性钢环，三个支撑钢管共同连接于一弹性钢环上，三个支撑钢管的自由端均设置一个液压千斤顶，形成三角式钢支撑结构，由于液压千斤顶设置于支撑钢管的端部，并顶推至所述竖向连接梁上，能对所支撑的挡土侧壁施加预撑力。

实施例：

本实施例提供一种可回收式圆形竖井支护装置，其结构如图1～图5所示，包括：上部挡土侧壁1、下部挡土侧壁6、限位块5、三个竖向连接梁3、环形钢腰梁4、上部环向支撑单元2和下部环向支撑单元7；其中，环形钢腰梁14位于上部挡土侧壁1和下部挡土侧壁6的两环接缝处，实现环间拼接；各竖向连接梁3通过螺栓固定于环形钢腰梁4上；限位块5设于上部挡土侧壁1和各竖向连接梁3之间；上部环向支撑单元2和下部环向支撑单元7分别顶撑于各竖向连接梁3上，并正对限位块2的中心位置。

上述支护装置中，上部挡土侧壁1和下部挡土侧壁6结构相同，其中，上部挡土侧壁1由不同弧度的弧形波纹钢板11组成，各弧形波纹钢板11的两端均设有接头法兰12，拼接完成后用螺栓固定接头法兰12并锁紧，实现单环挡土侧壁的拼装。所述波纹钢板11为8mm厚波纹钢板，波高及波宽视竖井直径及深度确定，一般直径越大，深度越大的竖井采用大波高和大波宽的波纹钢板。

上述支护装置中，环形钢腰梁4为方钢制成的环形结构体，外侧紧贴两环所述挡土侧壁11的接缝处。内侧设置有螺栓连接孔31，与所述竖向连接梁3相连接。

上述支护装置中，上部环向支撑单元2和下部环向支撑单元7结构相同，其中，上部环向支撑单元2由三个支撑钢管22、一个弹性钢环21和三个液压千斤顶23组成；每个液压千斤顶23顶撑于一个支撑钢管22和竖向连接梁3的千斤顶靶位板32之间，实现预紧力的施加过程，预紧力大小可根据使用环境或工程需求进行调节。

上述支护装置中，限位块5为小型高强混凝土预制构件，设置于上部挡土侧壁1内侧、下部挡土侧壁6与各竖向连接梁3的背面区域，并应正对液压千斤顶23的轴心，以实现液压千斤顶作用力传递到上、下部挡土侧壁上。

本发明支护装置的工作原理为：在预加压力的作用下，液压千斤顶的预紧力能施加到各挡土侧壁上，达到快速支撑的目的。因圆形结构受力较好，接头法兰能实现拼接缝处的应力传递，使拼接圆环最大程度上成为一整体。土体对挡土侧壁的部分反作用力能沿支撑钢管传递至更为完整的弹性钢环上，实现了应力的传递。

本发明支护装置的安装使用过程如下：

步骤1)在目标区域地层中开挖竖井土体至一环深度，拼装上部挡土侧壁1，并连接好接头法兰12；

步骤2)继续向下开挖土体至第二环深度，拼装下部挡土侧壁6并连接好接头法兰12；马上安装环形钢腰梁4，防止两环出现不均匀错缝，影响结构整体稳定；

步骤3)安装竖向连接梁3，并用螺栓连接于环形钢腰梁4上，最后检查竖向连接梁垂直度；

步骤4)安装限位块5于竖向连接梁后的空隙中，吊装上部环向支撑单元2和下部环向支撑单元7至指定位置，对三个方向的液压千斤顶23进行顶撑，顶至千斤顶靶位板32；

步骤5)循环以上步骤，直至竖井开挖至目标深度处。安装的过程中注意相邻两环的接头法兰12处接缝错开，且接缝应远离限位块5一定距离。

本发明支护装置的拆卸过程如下：

步骤11)当施工完毕以后，首先对竖井进行填土，填至最低一环挡土侧壁1的一半高度；

步骤12)缩回该环的液压千斤顶23，拆除该环的环向支撑单元；

步骤13)拆卸竖向连接梁3及限位块5；

步骤14)拆除环形钢腰梁4，断开两环挡土侧壁的连接；

步骤15)拆卸接头法兰12的连接螺栓，取下该环每一部分环形波纹钢板11，完成该环挡土侧壁的拆卸工作；

步骤16)快速填土并压实；

步骤17)重复以上步骤，即可完成竖井结构的拆卸。

采用了上述结构的支护装置能够实现开挖竖井的快速拼装，且由于施加预紧力的结构与挡土侧壁为两个分离的结构，不仅操作方便，而且能提供更大的预撑力，支护稳定性更好，易于被施工人员接受。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种回收式圆形竖井支护装置，其特征在于，包括：

上部挡土侧壁、环形钢腰梁、下部挡土侧壁、上部环向支撑单元、下部环向支撑单元、三个竖向连接梁和多个限位块；其中，

所述上部挡土侧壁为预制波纹钢板组装式圆环结构体；所述下部挡土侧壁的结构与所述上部挡土侧壁的结构相同；

所述上部挡土侧壁、环形钢腰梁和下部挡土侧壁从上至下依次设置形成圆环形结构体；

所述三个竖向连接梁均匀分布设置在所述上部挡土侧壁、环形钢腰梁和下部挡土侧壁形成的圆环形结构体内壁上，各竖向连接梁的中间部位均通过螺栓与所述环形钢腰梁固定连接，各竖向连接梁与所述上部挡土侧壁和下部挡土侧壁之间均设置限位块；

每个竖向连接梁上分别设有上、下支撑位，上支撑位的位置对应于所述上部挡土侧壁，下支撑位的位置对应于所述下部挡土侧壁；

所述上部环向支撑单元设在所述上部挡土侧壁内部，该上部环向支撑单元的三个支撑端分别支撑在三个竖向连接梁的上支撑位上，能从内部对所述上部挡土侧壁环向施加预撑力；

所述下部环向支撑单元的结构与所述上部环向支撑单元的结构相同；

所述下部环向支撑单元设在所述下部挡土侧壁内部，该下部环向支撑单元的三个支撑端分别支撑在三个竖向连接梁的下支撑位上，能从内部对所述下部挡土侧壁环向施加预撑力。

2.根据权利要求1所述的回收式圆形竖井支护装置，其特征在于，所述上部挡土侧壁包括：多块弧形预制波纹钢板，每块弧形预制波纹钢板的端部均设有接头法兰，全部弧形预制波纹钢板通过端部的接头法兰经螺栓连接组装成圆环结构体。

3.根据权利要求1或2所述的回收式圆形竖井支护装置，其特征在于，所述上部环向支撑单元包括：一个弹性钢环、三个支撑钢管和三个液压千斤顶；其中，

所述三个支撑钢管均匀分布设置在所述弹性钢环上形成三角式钢支撑结构；

每个支撑钢管的自由端均设置一个液压千斤顶，每个液压千斤顶的自由端为所述支撑端。

4.根据权利要求1或2所述的回收式圆形竖井支护装置，其特征在于，所述竖向连接梁为槽钢结构，中间部位设有与所述环形钢腰梁螺栓连接的螺栓连接孔，上、下两端分别设置两个千斤顶靶位板作为上、下支撑位。

5.根据权利要求1或2所述的回收式圆形竖井支护装置，其特征在于，所述限位块为高强混凝土预制件，该限位块的背面为与所述上部挡土侧壁或下部挡土侧壁匹配的波纹面，正面为与所述竖向连接梁贴合的平面。

6.根据权利要求1或2所述的回收式圆形竖井支护装置，其特征在于，所述环形钢腰梁为方钢制成的环形结构体，该钢腰梁上均匀设有多组连接各竖向连接梁的螺栓孔。

7.一种回收式圆形竖井支护方法，其特征在于，采用多组权利要求1至6任一项所述的回收式圆形竖井支护装置，包括以下步骤：

步骤1，在目标区域地层中开挖竖井土体至第一环挡土侧壁的深度，拼装好上部挡土侧壁并支撑至开挖的竖井土体内；

步骤2，继续向下开挖土体至一层环形钢腰梁和第二环挡土侧壁的深度，安装环形钢腰梁，并拼装好下部挡土侧壁；

步骤3，安装各竖向连接梁，并用螺栓连接于所述环形钢腰梁上，使各竖向连接梁垂直于地面；

步骤4，安装限位块于各竖向连接梁与上、下部挡土侧壁的空隙中，吊装第二、上部环向支撑单元至指定位置，分别从上、下部挡土侧壁内的三个方向对进行顶撑；

步骤5，循环以上步骤，直至竖井开挖至目标深度处。

8.根据权利要求7所述的回收式圆形竖井支护方法，其特征在于，所述方法中，

安装过程中，相邻的上、下部挡土侧壁的接头法兰处接缝错开，且接缝远离限位块一定距离。