装配式地下结构的机械化分层拼装施工结构及施工方法

技术领域

本发明涉及装配式地下结构的机械化分层拼装施工结构及施工方法，属于地下工程技术领域。

背景技术

城市地下工程普遍采用传统的现浇工艺施工，生产方式仍然较为粗放，与高质量发展要求相比还有很大差距。随着我国经济水平不断提高，社会快速发展，对建筑业转型升级的要求已经十分迫切。发展装配式建筑是建造方式的重大变革，是推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要举措，有利于节约资源能源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平，有利于促进建筑业向工业化、信息化转型、培育新产业新动能、推动化解过剩产能。以装配式建筑为代表的新型建筑工业化快速推进，建造水平和建筑品质明显提高。

开展地下工程的装配式建造技术研究，实现标准化设计、工厂化预制、机械化装配和信息化管理，有利于提高工程建设水平，契合建筑业高质量发展要求。实现地下工程的装配式设计，机械化拼装，是实现自动化、智能化乃至无人化施工的前提。相比复杂繁琐的现浇工序，预制构件的机械化装配为未来无人化施工提供了一条更简单的技术路径，为新型建筑工业化与智能建造技术在地下工程建设中的落地应用提供基础技术支撑。

目前已有的施工方法受自身技术的限制，只能在不设内支撑的基坑中应用，不能适用于内支撑体系下的装配施工。此外，在装配构件时，需要起重设备与拼装设备紧密配合，因此不能脱离人员的指挥和辅助，导致难以进一步实现自动化的装配。

最接近的技术方案：

202010526910.9、202010527483.6、202010526909.6、202010527482.1 四项专利申请公开了一种地铁车站装配式结构、施工方法和施工设备，可实现结构的机械化装配。其拼装设备和方法与本申请有显著差异，本申请在施工效率、降低成本方面具有优势。

201410390019.1专利申请公开了一种地铁车站装配式结构施工方法，该拼装方法与本申请有显著差异，本申请在施工效率、降低成本方面具有优势。

201410136708.X、201410136710.7专利申请公开了一种地铁车站装配式结构施工方法，该拼装方法与本申请有显著差异，本申请在施工效率、降低成本方面具有优势。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供装配式地下结构的机械化分层拼装施工结构及施工方法。

装配式地下结构的机械化分层拼装施工结构，包括有：底基础层、回填层、预制构件及层间连接部，底基础层的外观几何形状是矩形、“凸”字形；回填层是预制构件与基坑支护结构和底基础层之间的部位；预制构件是顶部开口、底部开口、顶底双开口形式的预制实体块；侧墙的墙端构造是平面、凸面、凹面构造，预制构件是由下向上分层逐层组装的空间结构体；空间结构体的断面形式是矩形、拱形或其他结构形式，同一层的预制构件的侧墙的尺寸、位置、墙端构造相同，预制构件纵向连接后，侧墙墙端形成平整顺直的表面；相邻层的预制构件的侧墙的位置对应，使预制构件的侧墙墙端对接连接；相邻层的预制构件的侧墙墙端采用平面与平面、凹面与平面、凹面与凹面、凸面与平面、凸面与凸面的组合，层间连接部是连接上下层预制构件的结构；层间连接部连接在预制构件的侧墙墙端；层间连接部填补侧墙端面构造形成的空缺；预制构件的纵向连接，采用企口连接、承插连接、螺栓连接或预应力筋连接体系的连接结构。

底基础层的上表面有平整顺直的表面。垫层的梯形口有回填层下层构件的侧面与围护结构之间有回填层。底基础层是现浇混凝土、预制混凝土及钢材质实体块中的一种。回填层是混凝土、水泥砂浆及水泥浆中的一种。预制构件有至少两道侧墙。层间连接部是后施作结构；层间连接部的高度 h

装配式地下结构的机械化分层拼装施工方法，包括如下步骤：

步骤1、基坑开挖与支护，基坑支护结构采用放坡、土钉墙支护、桩(墙)锚支护、桩(墙)撑支护体系的支护方案，

步骤2、施作底基础层，基坑开挖至坑底后，施作底基础层，

步骤3、拼装第一层预制构件，底基础层施工完毕后，进行拼装设备的组装调试，拼装设备布置在底基础层上，吊放预制构件至拼装设备上，由拼装设备将预制构件运至设计位置，并调整预制构件的位置姿态，完成预制构件的就位，然后拼装设备退回起始位置，依次完成第一层构件的拼装，

步骤4、拼装第二层预制构件，第一层预制构件拼装完成后，首先施作第一层预制构件与基坑支护结构和底基础层之间的回填层，回填层强度满足规定后，对于采用桩(墙)撑支护体系的基坑，拆除影响第二层预制构件拼装的内支撑，对于无内支撑的基坑，或内支撑拆除完毕后，进行拼装设备的组装调试，拼装设备布置在第一层预制构件的侧墙墙端，吊放预制构件至拼装设备上，由拼装设备将预制构件运至设计位置，并调整预制构件的位置姿态，完成预制构件的就位，然后拼装设备退回起始位置，施工第一层预制构件与第二层预制构件的层间连接部，

步骤5、拼装第n层预制构件，重复步骤4第二层预制构件拼装，完成第n层预制构件的拼装。

在步骤4中，施作层间连接部的步骤如下：

对于相邻层的预制构件的侧墙墙端采用平面与平面的，首先使用支撑块将上层构件撑住，然后拼装设备回退，最后施作钢筋混凝土结构，

对于相邻层的预制构件的侧墙墙端采用凹面与平面、凹面与凹面、凸面与平面、凸面与凸面的，拼装设备将预制构件就位后即可回退，之后施作钢筋混凝土结构；

步骤3或者步骤4中还包括预制构件的纵向连接步骤，预制构件的纵向连接采用采用企口连接、承插连接、螺栓连接、预应力筋连接体系成熟的连接方案。本发明的优点是:实现在密集的内支撑支护体系下，包括在盖挖法铺盖下进行结构的分块装配施工。同时，装配过程仅依靠拼装设备即可实现，通过对拼装设备的自动化改造，使构件的自动装配更加容易实现。

目前，国内采用明挖法施工的地下结构工程，普遍采用内支撑支护体系，由于内支撑对预制构件的吊装和拼装具有较大的干扰和影响，使装配式建造方法在地下结构工程中推广难度提高。本发明术解决了在内支撑支护体系下，装配式结构难以实施的问题，对地下结构施工从传统现浇作业向装配式、工业化建造方式转型具有较大的技术推动作用。本发明的施工结构及施工方法有效的与拼装设备的特点、功能相结合，创新性提出在拼装上层构件时，将拼装装置布置在下层构件的侧墙上，从而降低了对施工设备的多样化需求，实现了各层结构拼装施工时的施工结构、施工方法及施工设备的标准化，可以有效的降低成本，提高作业效率，并为后道工序如二次结构、装修等提供作业面，实现后道工序的提前施工。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明的分两层拼装的装配式地下结构图。

图2为本发明的分三层拼装的装配式地下结构图。

图3为本发明的平面加平面结构示意图。

图4为本发明的平面加凹面结构示意图。

图5为本发明的凹面加凹面结构示意图。

图6为本发明的平面加凸面结构之一示意图。

图7为本发明的平面加凸面结构之二示意图。

图8为本发明的凸面加凸面结构示意图。

图9为本发明的基坑开挖示意图。

图10为本发明的施作底基础层示意之一图。

图11为本发明的施作底基础层示意之二图。

图12为本发明的拼装第一层预制板，依次拼装构件示意图。

图13为本发明的拼装第一层预制板，施作回填层示意图。

图14为本发明的拼装第二层预制板，依次拼装构件示意图。

图15为本发明的拼装第二层预制板，施作回填层示意图。

图16为本发明的支撑块将上层预制构件撑住结构示意图。

图17为本发明的拼装设备退回结构示意图。

图18为本发明的施作钢筋混凝土结构，支撑块保留在结构内结构示意图。

图19为本发明的第二层预制构件就位结构示意图。

图20为本发明的拼装设备退回结构示意图。

图21为本发明的施作钢筋混凝土结构示意图。

图22为本发明的第二层预制构件就位示意图。

图23为本发明的拼装设备退回示意图。

图24为本发明的施作钢筋混凝土结构示意图。

图25为本发明的结构图。

图中：地基1，内支撑2，围护结构3，预制构件(底部开口)4，层间连接部5，侧墙墙端6，侧墙7，预制构件(顶部开口)8，回填层9，底基础层10，预制构件(顶部底部双口)11，拼装装置12，坑底13，上预制构件14，下预制构件15，支撑块16，混凝土结构17。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当称元件、组件被“连接”到另一元件、组件时，它可以直接连接到其他元件或者组件，或者也可以存在中间元件或者组件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科学术语)具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

为便于对实施例的理解，下面将结合做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明的限定。

实施例1：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20、图21、图22、图23、图24及图25所示，装配式地下结构的机械化分层拼装施工结构，包括有：底基础层10、回填层9、预制构件(顶部开口)8、预制构件(顶部底部双口)11、上预制构件14、下预制构件15、层间连接部5。

底基础层10是现浇混凝土、预制混凝土、钢材质实体块；底基础层10可以是多种材料和工艺制作的，底基础层10的外观几何形状是矩形、“凸”字形；底基础层10的上表面应有较高的平整度，回填层9是预制构件与基坑支护结构和底基础层之间的部位；回填层9是混凝土、水泥砂浆、水泥浆，回填层9可以是多种材料。

预制构件是顶部开口、底部开口、顶底双开口形式的预制实体块(包括预制构件(顶部开口)8、预制构件(顶部底部双口)11、上预制构件 14、下预制构件15)。

预制构件有至少两道侧墙7；侧墙7的墙端构造是平面、凸面、凹面构造，预制构件(包括预制构件(顶部开口)8、预制构件(顶部底部双口)11、上预制构件14、下预制构件15)是由下向上分层逐层组装，使形成更大的空间结构体；空间结构体的断面形式是矩形、拱形或其他结构形式，同一层的预制构件的侧墙7的尺寸、位置、墙端构造相同，使预制构件纵向连接后，侧墙墙端6形成平整顺直的表面；相邻层的预制构件的侧墙7的位置对应，使预制构件的侧墙墙端6对接连接；相邻层的预制构件的侧墙墙端6采用平面与平面、凹面与平面、凹面与凹面、凸面与平面及凸面与凸面的组合，层间连接部5是连接上下层预制构件的结构；层间连接部5连接在预制构件的侧墙墙端6；层间连接部5是填补侧墙墙端 6构造形成的空缺；层间连接部5是后施作结构，类似于建筑结构中的后浇带；层间连接部5的高度h

解释：设拼装设备的机身高度为h

实施例2：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20、图21、图22、图23、图24及图25所示，装配式地下结构的机械化分层拼装施工方法，包括如下步骤：

步骤1、基坑开挖与支护，基坑支护结构采用放坡、土钉墙支护、桩(墙)锚支护、桩(墙)撑支护体系成熟的支护方案，

步骤2、施作底基础层，基坑开挖至坑底后，施作底基础层，

步骤3、如图12所示，拼装第一层预制构件，底基础层施工完毕后，进行拼装设备的组装调试，拼装设备12布置在底基础层上，吊放预制构件至拼装设备上，由拼装设备将预制构件运至设计位置，并调整预制构件的位置姿态，完成预制构件的就位，然后拼装设备退回起始位置，依次完成第一层构件的拼装，

步骤4、拼装第二层预制构件，第一层预制构件拼装完成后，首先施作第一层预制构件与基坑支护结构和底基础层之间的回填层，回填层强度满足规定后，对于采用桩(墙)撑支护体系的基坑，可以拆除影响第二层预制构件拼装的内支撑，对于无内支撑的基坑，或内支撑拆除完毕后，进行拼装设备的组装调试，拼装设备布置在第一层预制构件的侧墙墙端，吊放预制构件至拼装设备上，由拼装设备将预制构件运至设计位置，并调整预制构件的位置姿态，完成预制构件的就位，然后拼装设备退回起始位置，施工第一层预制构件与第二层预制构件的层间连接部，

步骤5、拼装第n层预制构件，重复步骤4第二层预制构件拼装，完成第n层预制构件的拼装。

在步骤4中，施作层间连接部的步骤如下：

对于相邻层的预制构件的侧墙墙端采用平面与平面的，如图16、图 17及图18所示，首先使用支撑块16将上层构件14撑住，然后拼装设备回退，最后施作钢筋混凝土结构，对于相邻层的预制构件的侧墙墙端采用凹面与平面、凹面与凹面、凸面与平面、凸面与凸面的，如图19、图20、图21、图22、图23及图24所示，拼装设备将预制构件就位后即可回退，之后施作钢筋混凝土结构。

步骤3、步骤4中还包括预制构件的纵向连接步骤，预制构件的纵向连接采用采用企口连接、承插连接、螺栓连接、预应力筋连接体系成熟的连接方案。

实施例3：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20、图21、图22、图23、图24及图25所示，装配式地下结构的机械化分层拼装施工结构，地基的顶层为基层，地基的两侧分别有围护结构，围护结构之间连接若干支撑结构，基层上连接垫层，垫层成截面梯形或者截面梯形层；下层构件放置垫层的上方，垫层的梯形口有回填层下层构件的侧面与围护结构之间有回填层，拼装装置能够升高或者降落上层构件，通过预应力筋加钢筋将上层构件及下层构件连接，钢筋为连接上层构件及下层构件的主筋，上层构件及下层构件分别有预留孔道，预留孔道中连接预应力筋，接驳器及钢筋，上层构件及下层构件分别有安装接驳器，接驳器连接钢筋，2个钢筋的连接处连接机械连接套管，支撑块在组钢筋与机械连接套管组成的结构中间。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。