地铁隧道分离式泵房结构及基于全回旋全套管的施工方法与流程

1.本发明涉及地铁隧道内泵房技术领域，尤其涉及一种地铁隧道分离式泵房结构及基于全回旋全套管的施工方法。


背景技术：

2.地铁隧道区间废水泵房一般结合联络通道设置在区间的最低点。泵房规格尺寸一般为：深度约0.8m，宽度0.6m，长约14m，主要是为了排除区间结构渗漏水、消防废水等。目前废水泵房一般有下沉式泵房、外挂式泵房、内置式泵房、分离式泵房等四种设置方法。
3.1)下沉式泵房
4.在常规的地铁隧道中，地下隧道区间一般采用将废水泵房与联络通道合并建设的模式，即联络通道兼设废水泵房。联络通道兼废水泵房一般采用矿山法施工，将废水泵房设置在联络通道正下方(简称为“下沉式泵房”)，废水从道床中心水沟经预埋管道流向集水池，然后经排水泵提升后排出。根据地层情况，对联络通道泵房周围土体进行注浆加固或者冻结法加固，然后待联络通道施工完成后，采用矿山法开挖施工。
5.2)外挂式泵房
6.外挂式泵房即设在盾构隧道区间的侧面，采用矿山法施工，通过设置混凝土地连墙提高冻结加固体的质量。
7.3)道床内置式泵房
8.在联络通道采用机械法开挖时，通常采用道床内置式废水泵房方案。即将泵房设置在主隧道道床中间，其隧道内的废水通过排水沟流经沉淀池进入集水坑最终通过抽水泵排出。泵房在隧道最低点处独立设置，且在废水泵房位置主隧道管片通常设置钢管片，采用机械法施工。
9.4)分离式泵房
10.分离式泵房即设在盾构隧道正下方，采用顶管法竖向施工。
11.现有泵房技术方案存在如下问题：
12.(1)下沉式泵房：
①
施工风险大。一般采用矿山法施工，通过冷冻法或者注浆加固等方法对开挖范围土体进行加固，而加固效果难以控制，开挖面存在安全隐患；
②
位置选择不灵活。联络通道兼废水泵房设计位置需结合线路最低点放置，因此线路坡度和联络通道位置选择不灵活，联络通道和废水泵房位置难以避开复杂地质。
13.(2)外挂式泵房：采用矿山法施工，通过设置混凝土地连墙提高冻结加固体的质量，但施工费用较高、安全风险较大，工期长；
14.(3)内置式泵房：道床长期积水、扣件锈蚀严重、后期维护成本高。
①
由于潜污泵工作原理注定其无法将水彻底排空，轨道道床集水坑长期积水，故钢轨、扣件、隔振器等部件锈蚀比较严重；
②
长期积水又可能引起轨道绝缘性能降低，从而导致钢轨打火，局部烧损掉块的现象；
③
特殊选型的潜污水泵启动频繁，故障次数多，更换较频繁，且设备需提前预定；
④
道床表面因积水易出现破碎、掉块现象；
⑤
大大增加后期运营的维护成本。
15.(4)分离式泵房：采用顶管法竖向施工，需将盾构管片设为特殊钢管片，成本高；全断面切削盾构管片，切削面积大对主隧道破坏大，施工风险大；且需设在区间隧道的最低点，位置设置不灵活；此外，侧壁缺乏防护措施，维护困难。
16.综上，现有技术中存在的问题较多。现有公开号为cn215444138u，专利名称为“一种地铁隧道内下沉式泵房”的实用新型专利，需在钢管片上进行二次衬砌加固，机械化程度不高，工期长，泵房维保困难。针对现有技术存在的问题和现有专利技术的不足，提出以下本

技术实现要素：
。
发明内容
17.本发明的目的在于针对采用现有技术泵房施工风险高、泵房结构长期积水导致后期维护成本高等缺点提出一种地铁隧道分离式泵房结构及基于全回旋全套管的施工方法，该泵房结构以竖井形式设置在主隧道正下方并与联络通道分离设计，具有位置设置灵活、稳定性好、耐久性好、维保容易、成本低，该泵房结构能以全回旋全套管的施工方法建成，机械化程度高、施工效率高、施工安全、绿色、环保。
18.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
19.一种地铁隧道分离式泵房结构，该地铁隧道分离式泵房结构位于地铁隧道的底部，该地铁隧道分离式泵房结构包括钢套管和主体结构，所述钢套管形成泵房竖井，所述主体结构设于所述泵房竖井的内壁，所述主体结构用于容纳泵站。
20.进一步的，所述主体结构为钢筋混凝土预制结构。
21.进一步的，多个所述钢套管首尾相接形成所述泵房竖井，所述泵房竖井的底部设置有底板，所述底板内的钢筋与所述钢套管内壁焊接。
22.进一步的，地铁隧道分离式泵房结构还包括洞口结构板和止水装置；
23.所述洞口结构板位于所述地铁隧道底部内壁，所述泵房竖井的顶部开口位于所述洞口结构板的洞口处；所述止水装置位于所述洞口结构板的洞口内侧；
24.所述洞口结构板设有内置钢筋，所述内置钢筋与所述地铁隧道的结构钢筋连接。
25.进一步的地铁隧道分离式泵房结构还包括环梁和盖板；
26.所述环梁位于所述泵房竖井的顶部，所述环梁用于连接所述洞口结构板和所述主体结构；所述盖板盖设于所述环梁的内侧；
27.所述洞口结构板和所述主体结构内的钢筋均连接所述环梁的钢筋。
28.进一步的，所述主体结构包括底板和侧墙，所述底板位于所述侧墙的底端，所述侧墙顶部与所述环梁连接。
29.一种基于全回旋全套管的地铁隧道分离式泵房施工方法，该方法用于对上述的地铁隧道分离式泵房结构进行施工，该方法包括以下步骤：
30.(1)在地铁隧道底部确定拟建泵房竖井的位置，对拟建泵房竖井的位置及周边范围内以下的土体进行加固处理；
31.(2)全回旋设备带动钢套管对拟建泵房洞口位置的地铁隧道管片以及隧道管片正下方土体进行环形切削和掘进，所述钢套管的底端固定有切削单元；
32.(3)掘进完成后，清除所述钢套管内的管片和/或渣土，所述钢套管形成泵房竖井；
33.(4)对所述泵房竖井封底，将所述主体结构安装于所述泵房竖井的内壁。
34.进一步的，所述步骤(4)中，在所述钢套管的外壁与所述地铁隧道之间填充胶粘剂。
35.进一步的，所述步骤(4)中，对所述泵房竖井封底后，在所述泵房竖井的底部设置底板，使底板内的钢筋焊接于所述钢套管内壁；
36.在所述泵房竖井内从下往上安装主体结构，所述主体结构为钢筋混凝土预制结构。
37.进一步的，在拟建泵房竖井的位置及周边范围内以下的土体进行加固处理之后，在拟建泵房竖井的位置施工形成洞口连接板，并使所述洞口结构板的底端与地铁隧道连接成整体，随后在所述洞口结构板的洞口内侧安装所述止水装置。
38.进一步的，在所述主体结构安装完成后，在所述泵房竖井的顶部施作环梁，将所述洞口结构板和所述主体结构内的钢筋均连接所述环梁的钢筋；
39.然后将预制泵站放入所述主体结构，在所述环梁的内侧施作盖板。
40.本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：
41.本发明的地铁隧道分离式泵房结构中，钢套管形成泵房竖井且作为护壁结构，钢套管和主体结构组合成钢—混凝土结构，具有内外防水及耐久性好、整体稳定性好的特点。另外，主体结构为预制成型的钢筋混凝土结构，安装快速、施工的工期短，预制泵站为一体化成套设备，安装拆卸方便，维保容易成本低。
42.本发明的基于全回旋全套管的方法施工泵房竖井中，钢套管上焊接有具备切削钢筋混凝土结构的切削单元，无需在地铁隧道上设置特殊钢管片，成本低；且环形切削地铁隧道管片，避免了全断面切削，减小切削范围和对地铁隧道的破坏，施工更安全、高效、节省工期、位置设置也相对灵活；钢套管施工完成后在其保护下清渣和安装主体结构，施工风险小；全回旋施工全程无泥浆污染，绿色环保。全回旋全套管施工竖井和内部机械清渣以及安装预制结构，相比现有技术施工机械化程度更高。
附图说明
43.图1是本发明一个实施例的地铁隧道分离式泵房结构的沿地铁隧道的径向断面的示意图；
44.图2是图1所示地铁隧道分离式泵房结构的固定结构板和环梁的断面放大示意图；
45.图3是止水装置和洞口结构板配合的示意图；
46.图4是本发明一个实施例的基于全回旋全套管的地铁隧道分离式泵房施工方法中，在掘进过程中移动台车、全回旋设备沿地铁隧道的轴向截面的示意图；
47.图5是图4所示在掘进过程中移动台车、全回旋设备沿地铁隧道的径向截面的示意图；
48.图6是本发明一个实施例的基于全回旋全套管的地铁隧道分离式泵房施工方法中，在掘进完成后采用清渣机械清除被切削下来保留在钢套管内的管片和渣土的示意图；
49.图7是将预制泵站吊装至主体结构中的示意图；
50.其中，盖板100、洞口结构板200、钢套管300、垫层310、底板320、主体结构330、止水装置400、预埋钢板410、油脂管420、钢丝刷430、橡胶帘布440、螺栓450、环梁500、地铁隧道600、预制泵站700、土体加固区800、全回旋设备01、移动台车02、吊装机械03、清渣机械04。
具体实施方式
51.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。
53.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
54.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
55.下面结合图1至图7，描述本发明实施例的一种地铁隧道分离式泵房结构及基于全回旋全套管的施工方法。
56.一种地铁隧道分离式泵房结构，该地铁隧道分离式泵房结构位于地铁隧道的底部，该地铁隧道分离式泵房结构包括钢套管300和主体结构330，钢套管300形成泵房竖井，主体结构330设于泵房竖井的内壁，主体结构330用于容纳泵站。本发明的地铁隧道分离式泵房结构中，在地铁隧道600的正下方施工钢套管300形成泵房竖井，钢管套300为全回旋跟管顶进施工用的结构，为精加工的单节钢管节续接而成，壁厚1.5cm-2cm。钢管套300能通过全回旋设备01竖直向下施工旋入土体并对地铁隧道600(盾构隧道管片)和土体进行环形切削，之后清除被切削下来的管片和土体，钢套管300保留在原位置并作为泵房竖井主体结构330安装时的护壁结构。在钢套管300的保护下安装主体结构330，实现泵房竖井的安全施工，泵房结构的施工机械化程度高、施工效率大大提高、安全性好。主体结构330还是受力兼防水防腐结构，钢套管300与主体结构330组合成钢—混凝土结构使得泵房结构内外防水效果好、耐久性好，整体稳定性好。
57.优选的，主体结构330为钢筋混凝土预制结构，外形与钢套管300匹配，可通过工厂标准化生产预制成型，运输至隧道内在钢套管300形成的竖井内安装，相比现浇结构工期短。
58.当泵房竖井有较大深度时，多个钢套管300首尾相接形成泵房竖井。泵房竖井的底部设置有底板，底板内的钢筋与所述钢套管内壁焊接，以得到稳固的结构。底板下方为垫层310，垫层310为砂垫层或素混凝土垫层。
59.主体结构内安装预制泵站700，预制泵站700具体是一体化预制泵站700。具体的，本发明中，预制泵站700还包括了用于控制排水泵的泵站控制箱，本发明实施例中，泵站控制箱位于地铁隧道600内。
60.为了使钢套管300与主体结构330和地铁隧道600都有更好的定位效果，以及提高
防水效果，钢套管300的外壁与地铁隧道600之间，以及钢套管300的内壁与主体结构330的外壁之间设置有胶粘剂。该胶粘剂能得到上述的定位效果和防渗水效果，优选的，环氧树脂胶粘剂。
61.本发明实施例的地铁隧道分离式泵房结构还包括洞口结构板200和止水装置400；
62.洞口结构板200位于地铁隧道600底部的内壁，为全回旋套管竖向施工时安装止水装置提供作业平台，后期作为地铁轨道道床结构的一部分；止水装置400位于洞口结构板200的洞口内侧，用于全回旋竖向施工防涌水。洞口结构板200设有内置钢筋，内置钢筋与地铁隧道的结构钢筋连接，使结构连成整体。内置钢筋能提高洞口结构板200与地铁隧道600连接的强度。可以理解的，洞口结构板200为混凝土材质。
63.具体的，止水装置400包括预埋钢板410、油脂管420、钢丝刷430、橡胶帘布440和螺栓450，预埋钢板410固定于洞口结构板200的洞口内侧，油脂管420位于洞口结构板200内，且油脂管420的一端位于洞口结构板200的顶壁，另一端位于洞口结构板200的洞口内侧且开口位于预埋钢板410，钢丝刷430固定于预埋钢板410且位于洞口结构板200的洞口内侧，橡胶帘布440位于洞口结构板200的洞口内侧且位于钢丝刷430的上方。橡胶帘布440的顶端以压紧于预埋钢板410的顶端，螺栓450由上至下依次穿过压板和橡胶帘布440的顶端伸入预埋钢板410的顶端，螺栓450将橡胶帘布440的顶端紧固于压板和预埋钢板410之间。
64.本发明实施例的地铁隧道分离式泵房结构，还包括环梁500和盖板100；环梁500位于房竖井的顶部，环梁500用于连接洞口结构板200和主体结构330；盖板100盖设于环梁500的内侧；盖板100用于将预制泵站700封堵在主体结构330内。洞口结构板200和主体结构330内的钢筋均连接环梁500的钢筋，保证了环梁500、主体结构330、洞口结构板200和地铁隧道600连接的牢固性。具体的，环梁500为混凝土材质。
65.本发明实施例还提供一种基于全回旋全套管的地铁隧道分离式泵房施工方法，该方法用于对上述的地铁隧道分离式泵房结构进行施工，该方法包括以下步骤：
66.(1)在地铁隧道600底部的内壁确定拟建泵房竖井的位置，对该位置及周边范围内以下的土体进行加固处理；
67.(2)钢套管300的底端固定有切削单元，全回旋设备01带动钢套管300连同切削单元竖直向下对拟建泵房洞口位置的地铁隧道600管片以及地铁隧道600正下方的土体进行环形切削和掘进，达到预设深度后，停止工作；
68.(3)掘进完成后，以钢套管300为护壁结构，人工或机械清除被环形切削下来并保留在钢套管300内的管片和/或渣土；
69.(4)对钢套管300形成的圆筒状的泵房竖井进行封底，之后从下往上安装主体结构330，钢套管300不取出即保留在土体与主体结构330之间。
70.上述方法具有机械化程度高、安全风险小和施工效率高、绿色环保的特点。具体的，采用全回旋设备01带动钢套管300竖直向下对地铁隧道600管片和隧道下土体进行环形切削和掘进，在掘进完成后清除钢套管300内的渣土和/或管片，钢套管300保留在原位置，在钢套管300的护壁作用下安装主体结构330，然后放入预制泵站700，相比现有技术施工效率大大提高。
71.需要说明的是，首节钢套管300的下端焊接有具备切削钢筋混凝土结构的特质高强合金刀具，采用全回旋全套管施工方法无需在地铁隧道上设置特殊钢管片，成本低。具体
的，钢套管300环形切削地铁隧道管片，避免了现有技术的全断面切削，减小切削范围和对地铁隧道的破坏，施工更安全、高效、节省工期、位置设置也相对灵活。钢套管施工完成后在其保护下清渣和安装主体结构，施工风险小；全回旋施工全程无泥浆污染，绿色环保。全回旋全套管施工竖井和内部机械清渣以及安装预制结构，相比现有技术施工机械化程度更高。
72.具体的，在既有地铁隧道600内，先通过测量精准确定拟建泵房竖井的位置，采用注浆法对泵房竖井及其周边范围内的土体进行加固。优选的，土体加固方法为mjs注浆法；加固区的范围应大于泵房直径和竖井深度，具体根据地质条件确定。
73.需要说明的是，在进行施工前，需制造与泵房竖井尺寸相对应的小型全回旋掘进设备和钢套管300，将移动台车02、吊装机械03和清渣机械04运输到地铁隧道内拟建泵房竖井的位置。
74.在掘进前，通过移动台车02将全回旋设备01运送至地铁隧道内拟建泵房竖井的位置，然后吊装机械03将全回旋设备01吊装至洞口结构板200，全回旋设备01带动钢套管300对洞口范围内的地铁隧道管片600和土体加固区800内的土体进行环形切削和掘进。移动台车02能在地铁隧道600中运输设备，具体的，移动台车02将全回旋设备01移动至拟建泵房竖井的位置的一旁，然后由吊装机械03将全回旋设备01吊装在作用平台上，并进行精准定位。之后，将钢套管300安装于全回旋设备01，启动全回旋设备01即可竖直向下对地铁隧道600(地铁隧道600管片)和地铁隧道600下方的土体进行环形切削和掘进。
75.如图3-6所示，移动台车02的侧面和顶面都通过抵接杆与地铁隧道600的内壁相抵，使移动台车02在工作状态时在地铁隧道600内的定位稳固。而且，吊装机械03安装于移动台车02，由移动台车02运送的全回旋设备01、清渣机械04和预制泵站700能更方便的被吊装机械03吊装至预设位置。
76.步骤(3)中，在掘进完成后，优选的以清渣机械04进入钢套管300内清除被切削下来并保留在钢套管300内的渣土和/或管片。机械清渣深度接近设计深度时，剩下的余土通过人工清除。
77.更进一步说明，所述步骤(4)中，在钢套管的外壁与所述地铁隧道之间填充胶粘剂。
78.对泵房竖井封底后，在泵房竖井的底部设置底板，将底板内的钢筋与钢套管300内壁焊接，然后浇筑混凝土，之后从下往上安装主体结构330，将主体结构330和钢套管300形成整体受力结构。主体结构为钢筋混凝土预制结构。具体的，在泵房竖井的底部铺设垫层310，在垫层310上方设置钢筋网，钢筋网焊接于钢套管300的内壁，然后在垫层310上方浇筑混凝土，混凝土与钢筋网形成钢筋混凝土结构的底板。
79.在主体结构安装完成后，在所述泵房竖井的顶部施作环梁500，将洞口结构板200和主体结构330内的钢筋均连接环梁500的钢筋；然后将预制泵站放入主体结构，在环梁的内侧施作盖板。由于预制泵站700具有较大的重量，以吊装机械03将预制泵站700吊装至泵房竖井主体结构330内，能保证预制泵站700能平稳的进入泵房主体结构内。
80.需要说明的是，为了方便施工，在拟建泵房竖井的位置及周边范围内以下的土体进行加固处理之后，在拟建泵房竖井的位置施工形成洞口连接板，并使洞口结构板200的底端与地铁隧道600连接成整体，随后在所述洞口结构板的洞口内侧安装所述止水装置400。
81.根据本发明实施例的一种地铁隧道分离式泵房结构及基于全回旋全套管的施工方法的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
82.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
83.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。