既有设施下多层地下空间幕架式暗挖施工的支护结构技术领域
本实用新型涉及建筑工程技术领域，特别涉及一种既有设施下多层地下空
间幕架式暗挖施工的支护结构。
背景技术
合理有效地开发利用地下空间资源有助于特大城市的可持续发展。为了充
分利用城市道路、铁路、机场、景观绿地等既有公共设施下方的地下空间，且
要求有效控制地表变形并尽可能减小施工对其的影响，一般采用盾构、顶管、
管幕等非开挖技术进行施工。但是，盾构、顶管由于受到设备、结构截面尺寸
及成本的限制，不能满足大断面空间开挖的要求；常规管幕工法则受连接件承
载力及对施工环境要求较高的限制只适用于埋深较浅、单层地下空间的开挖。
因此，有必要开发一种富水软土地区，经济、安全、高效的，既有公共设
施下大断面长距离多层地下空间幕架式暗挖施工的支护结构。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种既有设施下多层地下空间幕架式暗挖施
工的支护结构，用于解决传统管幕法仅适用于埋深较浅、单层地下空间开挖而
不适用于大断面、长距离、多层地下空间暗挖施工的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：
既有设施下多层地下空间幕架式暗挖施工的支护结构，包括对称设置于拟
建地下空间土体两端的工作井和接收井，垂直于掘进方向且分别设置于所述工
作井和所述接收井相向一侧的一对平行设置的地下连续墙，对称设置于所述拟
建地下空间土体另外两端且平行于掘进方向的一对钢管桩围护结构；设置于所
述拟建地下空间土体上方的一道管幕，所述管幕为若干并排设置的钢管通过锁
口相连构成的平板型结构，所述锁口空隙处填充止水材料；还包括设置于所述
管幕下方逐层向下的地下一层至地下N层共N个幕架体系，N为大于等于2
的整数。
进一步地，所述地下一层幕架体系包括设置地下一层土体中的冻结壁和临
时支撑，所述冻结壁将所述拟建地下空间地下一层土体沿掘进方向划分为若干
单元，每个所述单元四周由所述冻结壁包裹；设置于所述冻结壁内的临时支撑
一，所述临时支撑一包括临时梁、临时水平支撑、竖向临时支撑、静压钢管桩
和剪刀撑，所述临时梁和所述临时水平支撑分别设置于所述竖向临时支撑的上
下两端，所述剪刀撑设置于沿掘进方向相邻的所述竖向临时支撑之间，所述静
压钢管桩穿插设置于相邻的竖向临时支撑下方的土体中，所述静压钢管桩的顶
端与所述临时水平支撑相接。
进一步地，所述地下N层幕架体系包括设置于地下一层幕架体系下方的
压密注浆加固层和临时支撑二，所述临时支撑二设置于所述压密注浆加固层中
已开挖的空隙中，所述临时支撑二包括临时水平支撑、静压钢管桩和剪刀撑，
所述临时水平支撑设置于所述空隙的底端且与所述静压钢管桩固定连接，所述
剪刀撑设置于沿掘进方向的相邻两个所述静压钢管桩之间。
进一步地，所述止水材料为止水剂或遇水膨胀橡胶条。
进一步地，所述静压钢管桩与所述临时梁之间通过加长钢管桩连接。
进一步地，所述临时支撑由H型钢制作而成。
与现有技术相比，本实用新型有益的技术效果在于：本实用新型的既有设
施下多层地下空间管幕暗挖施工的支护结构，除了地下连续墙和钢管桩围护结
构形成的拟建地下空间土体周围的基本围护结构，还包括位于拟建地下空间土
体上方的一道管幕，该管幕为平板型，在实现地下一层土方的开挖较传统管幕
法在控制变形方面具有明显的优势，突破了传统管幕法仅适用于单层地下空间
开挖的局限性；管幕下方依次设置幕架体系，幕架体系中的冻结壁和压密注浆
加固层保证了地下空间土体开挖过程中施工环境的安全性；幕架体系中的静压
钢管桩，以及分别与静压钢管桩固接的临时梁、临时水平支撑和剪刀撑，进一
步保证了挖土施工后的地下空间结构的整体受力稳定性。该支护结构拆除方
便，可重复使用，降低了成本。通过本实用新型的既有设施下多层地下空间幕
架式暗挖施工的支护结构，进行地下空间施工不仅地下空间断面形式不受限
制、而且地下空间开挖规模不受限制，施工应用范围广。此外，该支护结构在
施工时不影响位于上方的既有设施，无污染、无噪声，而且施工便捷，造价低，
经济且环保。
附图说明
图1是本实用新型实施例一中既有设施下多层地下空间幕架式暗挖施工
的支护结构的平面示意图；
图2是图1的a-a剖视图；
图3是图1的b-b剖视图；
图4是本实用新型实施例一中既有设施下多层地下空间幕架式暗挖施工
的支护结构的结构示意图。
图中：
A-拟建地下空间土体；1-工作井；2-接收井；3-钢管桩围护结构，31-工
作井围护结构，32-接收井围护机构；4-管幕；5-冻结壁；61-竖向临时支撑，
62-临时梁，63-临时水平支撑，64-剪刀撑；7-静压钢管桩；81-加长钢管桩；
82-位移自动补偿装置。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的既有设施下多层地下空
间幕架式暗挖施工的支护结构作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新
型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使
用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但
这不能成为本实用新型技术方案的限制。
下面结合图1至图4详细说明本实用新型的既有设施下多层地下空间幕架
式暗挖施工的支护结构。
实施例一
本实施例中拟建地下空间土体A上方的既有设施为大面积种植绿地、硬
地铺装、广场以及相应的公共服务设施等。根据设计要求，在进行地下空间施
工过程中，需要保证位于其上方的既有设施保持原样，因此，该拟建地下空间
施工环境比较复杂，施工难度大。为了解决这一问题，下面结合图1至图4，
详细说明本实用新型的既有设施下多层地下空间幕架式暗挖施工的支护结构。
图中a-a剖视图为垂直于掘进方向的视图，b-b剖视图为沿着掘进方向的视图。
如图1至图4所示，既有设施下多层地下空间幕架式暗挖施工的支护结构，
包括对称设置于拟建地下空间土体A两端的工作井1和接收井2，垂直于掘进
方向且分别设置于工作井1和接收井2相向一侧的一对平行设置的地下连续墙
(31,32)，对称设置于拟建地下空间土体A另外两端且平行于掘进方向的一对
钢管桩围护结构3；设置于拟建地下空间土体A上方的一道管幕4，管幕4为
若干并排设置的钢管通过锁口相连构成的平板型结构，锁口空隙处填充止水材
料；还包括设置于管幕4下方逐层向下的地下一层至地下N层共N个幕架体
系，N为大于等于2的整数。
具体来说，本实用新型的既有设施下多层地下空间管幕暗挖施工的支护结
构，除了地下连续墙和钢管桩围护结构形成的拟建地下空间土体周围的基本围
护结构，还包括位于拟建地下空间土体上方的一道管幕，该管幕为平板型，在
实现地下一层土方的开挖较传统管幕法在控制变形方面具有明显的优势，突破
了传统管幕法仅适用于单层地下空间开挖的局限性；管幕下方依次设置幕架体
系，幕架体系中的冻结壁和压密注浆加固层保证了地下空间土体开挖过程中施
工环境的安全性；幕架体系中的静压钢管桩，以及分别与静压钢管桩固接的临
时梁、临时水平支撑和剪刀撑，进一步保证了挖土施工后的地下空间结构的整
体受力稳定性。尤其是静压钢管桩的底端深入拟建地下空间待施工的地下结构
底板以下的土体中，且静压钢管桩的埋深大于钢管桩围护结构的埋深，从而静
压钢管桩深埋于拟建地下空间基坑底板以下的部分起到地基加固与地下抗拔
桩的作用，使得地下结构安全稳定。该支护结构拆除方便，可重复使用，降低
了成本。通过本实用新型的既有设施下多层地下空间幕架式暗挖施工的支护结
构，进行地下空间施工不仅地下空间断面形式不受限制、而且地下空间开挖规
模不受限制，施工应用范围广。此外，该支护结构在施工时不影响位于上方的
既有设施，无污染、无噪声，而且施工便捷，造价低，经济且环保。
较佳地，钢管桩围护结构3为采用静压法施工的若干钢管桩并排连接形成
的防水抗压隔离带，其功能相当于地下连续墙。但是与地下连续墙相比，钢管
桩围护结构3施工效率高，其成本也远远低于地下连续墙。当然，为了满足钢
管桩围护结构3的刚度要求，该钢管桩可以选择直径为900mm、壁厚为14mm
的型号，桩长根据设计需要确定，而且，可以通过在钢管桩内灌注混凝土芯来
增强钢管桩围护结构3的刚度。
较佳地，管幕4由若干钢管水平并排形成，相邻的钢管通过侧面的锁口相
互连接，锁口空隙处填充止水材料，钢管的轴线与掘进方向一致，管幕4平行
于掘进方向的两端分别固接于钢管桩围护结构3上，管幕4垂直于掘进方向的
两端分别悬设于工作井1和接收井2中。也就是说，管幕4的长度大于工作井
1和接收井2之间的净距。在顶管机进出洞之前，管幕4和钢管桩围护结构3
以及地下连续墙形成一个稳定的受力体系，然而顶管机进出洞口时需要穿过地
下连续墙和工作井1或接收井2的井壁，此时管幕4垂直于钢管桩围护结构3
的两端竖向受力不稳，因而通过在管幕4悬设的一端加设竖向支撑来解决前述
问题，保证顶管机能够安全进出洞口。当然，轴线互相平行并排贴紧设置的相
邻两根钢管以及与拟建地下空间土体A之间的锁口处会形成截面呈三角形的
渗水空隙，影响结构安全性，因此，在锁口内填满止水材料，以形成良好的防
水结构，实现防水功能。为了取材方便和节省成本，止水材料可以选择止水剂
或遇水膨胀橡胶条等，只要满足防水、隔水功能即可。也就是说，通过在拟建
地下空间土体A上方从工作井1往接收井2方向顶进钢管并固接形成一道密
闭性的管幕4，保证了拟建地下空间土体A的稳定性，可控制地层变形、预防
坍塌，且因无泥浆的特点对管幕4上方的植被等既有设施影响较小。为满足上
敷土层沉降变形要求，与常规“伞拱状”的管幕不同，本实施例中组成管幕4
的钢管采用平面顶进施工，形成平板型结构。
特别地，由于冻结法进行土体加固成本高，但是土体加固效果好，而且地
下一层的支撑体系的稳定性在整个地下结构施工过程中起到举足轻重的作用。
因此，地下一层土体加固采用冻结法加固，而其余的各层土体加固采用压密注
浆法加固。较佳地，地下一层幕架体系包括设置地下一层土体中的冻结壁5
和临时支撑一，冻结壁5将拟建地下空间地下一层土体A沿掘进方向划分为
若干单元，每个单元四周由冻结壁5包裹；设置于冻结壁5内的临时支撑一，
临时支撑一包括临时梁62、临时水平支撑63、竖向临时支撑61、静压钢管桩
7和剪刀撑64，临时梁62和临时水平支撑63分别设置于竖向临时支撑61的
上下两端，剪刀撑64设置于沿掘进方向相邻的竖向临时支撑61之间，静压钢
管桩7穿插设置于相邻的竖向临时支撑61下方的土体中，静压钢管桩7的顶
端与临时水平支撑63相接。
较佳地，地下N层幕架体系包括设置于地下一层幕架体系下方的压密注
浆加固层和临时支撑二，临时支撑二设置于压密注浆加固层中已开挖的空隙
中，临时支撑二包括临时水平支撑63、静压钢管桩7和剪刀撑64，临时水平
支撑63设置于空隙的底端且与静压钢管桩7固定连接，剪刀撑64设置于沿掘
进方向的相邻两个静压钢管桩7之间，静压钢管桩7与临时梁62之间通过加
长钢管桩81连接。当然，为了取材方便，节省成本，临时支撑由H型钢制作
而成。
此外，由于施工空间的局限性，静压钢管桩7无法一次性直接与管幕4
下部的临时梁62连接，而是需要后期接桩施工。因此，临时梁62与管幕4
之间设置加长钢管桩81，使得加长钢管桩的顶端与管幕4的底端固定连接，
加长钢管桩81的底端与静压钢管桩7的顶端固定连接。当然，为了保证整个
地下一层幕架体系的受力稳定性，通过计算将静压钢管桩7的核心受力点处的
加长钢管桩81替换为位移自动补偿装置82。位移自动补偿装置82包括电连
接的位移传感器、液压缸、压力传感以及监测与反馈控制装置，从而进一步控
制地下一层幕架体系的竖向变形，保持结构稳定性。
上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围
的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变
更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。