懸掛式變壁厚橢圓形逆作豎井及其變壁厚整定方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種±建施工用逆作豎井，特別是一種懸掛式變壁厚楠圓形逆作豎井 及其變壁厚整定方法。
【背景技術】
[0002] 現(xiàn)有技術中，國內(nèi)地下工程的逆作法豎井均采用矩形和圓形橫斷面結構，豎井的 側壁為等壁厚架構，然而圓形結構的豎井W受壓為主，配筋小，但其空間利用率低、占地面 面積大;矩形結構的豎井井內(nèi)凈空利用率高、占地小，但是其結構W受彎為主，配筋大，施工 難度大。且現(xiàn)有的技術，無論是矩形還是圓形井，都采用上下、四周等壁厚配筋，在挖深較大 的豎井工程中，經(jīng)濟性差。另外，采用逆作法施工時，由于±體開挖后、豎井側壁誘筑前存在 一個±體臨空的時間，采用矩形井則無法在開挖側壁形成±拱，則會造成側壁±巧塌，進而 造成施工事故。
[0003] 中國專利化201520024209.1提供了一種用于頂管頂進遇阻清障的楠圓形逆作豎 井，采用楠圓形逆作法豎井，可W兼有圓形結構和矩形結構受力好、配筋小、占地面積小等 優(yōu)點，但是該專利技術方案所述豎井的結構為豎向變徑構造，分成上、中、下Ξ個部分，上部 采用外張口構造 W穩(wěn)定井口結構，中部設置環(huán)形臺面作為工作臺，同時加固該部分井壁;下 部豎井內(nèi)徑大于中部，采用多個支撐架構，主要目的在于服務于頂管施工排障，為臨時性結 構。
[0004] 上述專利技術雖然利用了楠圓形的豎井，但也僅僅是根據(jù)障礙物的范圍對圓形進 行適當調(diào)整，并未充分發(fā)揮楠圓形逆作豎井的構造優(yōu)勢；另外上述專利技術W及現(xiàn)有技術 的逆作豎井均采用等壁厚的架構，運主要是因為側壁±體開挖的厚度難W精確控制，常常 造成超挖，采用等壁厚結構便于施工控制；而且采用等壁厚結構產(chǎn)生的混凝±方量不會增 加過多。然而在實際施工中，由于豎井無論是高度方向還是橫向部分的±側壓力都各有不 同，運樣一來，要么豎井整體受力不均勻，要么改變豎井上下的井壁結構或者井壁內(nèi)徑來適 應不同的±側壓力，導致豎井結構復雜，不同節(jié)段井壁之間傳力路徑縱橫交錯，施工工程量 增加，工程投資偏高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于根據(jù)現(xiàn)有技術的不足之處而提供一種傳力路徑清晰，提高井壁 受力負荷，簡化豎井結構的懸掛式變壁厚楠圓形逆作豎井及其變壁厚整定方法。
[0006] 本發(fā)明所述懸掛式變壁厚楠圓形逆作豎井的目的是通過W下途徑來實現(xiàn)的：
[0007] 懸掛式變壁厚楠圓形逆作豎井，其結構要點在于，包括有復數(shù)節(jié)楠圓形井壁，為綁 扎鋼筋誘筑混凝±構造，每節(jié)井壁的楠圓形截面的長軸內(nèi)半徑a相同、短軸內(nèi)半徑b相同，在 最上方的井壁為倒L型構造的井頸，豎立部分位于逆作豎井的最上方井壁，橫向部分則平行 于地面，并固定安裝于地基±之上，之后每一節(jié)井壁均通過構造鋼筋連接到其上方一節(jié)井 壁的綁扎鋼筋上，直至逆作豎井連通地下隧道;井壁的楠圓形截面在長軸處壁厚tb與短軸 處壁厚ta的比例為0.5< (tb/ta) < 1.0,同時逆作豎井沿高度方向的每節(jié)井壁壁厚為根據(jù)± 側壓力整定獲得的壁厚。
[0008] 所述倒L型構造井壁為整個逆作豎井的井頸，由地面段的結構傳遞給地基±，倒L 型結構按受彎構件配筋。逆作豎井從上往下分節(jié)逆作誘筑，井頸W下的每一節(jié)井壁采用構 造鋼筋進行連接，運樣，通過構造鋼筋將某一節(jié)井壁下方的所有側壁重量傳遞至本節(jié)側壁， 最終傳遞至倒L型的井頸，此時倒L型井頸為一種懸掛式結構，懸掛在地面地基±上，W傳遞 的方式向下承載著每一節(jié)井壁的重量，整體傳力路徑清晰，在運樣的傳力系統(tǒng)構造下，逆作 豎井的內(nèi)側截面便可做成一致，有效提高了井壁的受力負荷，簡化井壁構造。
[0009] 由于井壁的楠圓形截面在長軸和短軸方向受力大小有差異，在受力方向上也是不 同的，短軸處壁厚ta的受力彎矩為向井內(nèi)彎曲，而長軸處壁厚tb的受力彎矩為向井外彎曲， 因此，為了進一步提高側壁結構的受力利用率，本發(fā)明設置了楠圓形截面的井壁在長軸方 向和短軸方向上的壁厚不一樣的構造，經(jīng)由多次計算、測試和試驗獲得了長軸方向和短軸 方向上的壁厚比值，即通過采用變壁厚的結構來獲得更好的側壁結構的受力利用率。另外， 在豎井的高度方向，由于采用統(tǒng)一內(nèi)徑的井壁，因此在高度方向上每節(jié)井壁的受力也是不 同的，需要根據(jù)實際的±側壓力整定計算獲得。自此，在設置懸掛式的井壁傳力構造的同 時，采用橫向、縱向變壁厚的豎井構造，為整體逆作豎井為楠圓形柱體結構提供了結構力學 方面的基礎，使得本發(fā)明所述逆作豎井可W實現(xiàn)結構簡潔，合理減少占地寬度，簡化施工程 序，降低施工工程量的技術效果。
[0010] 本發(fā)明所述懸掛式變壁厚楠圓形逆作豎井變壁厚整定方法具體為逆作豎井在高 度方向的壁厚確定方法，其要點在于，包括如下步驟：
[0011] 1、豎井結構側壁的上側壓力為均布線荷載作用在結構上，上側壓力根據(jù)不同性質 的±體具體為:砂性±:片=1 - sin扭;粘性±: = 0.Q5 ~ sin知;其中廬為±體的有效內(nèi)摩擦 角；
[001^ 2、根據(jù)長軸處壁厚tb與短軸處壁厚ta的比例為0.5含（tb/taH 1.0選取tb和ta的初 始值，然后根據(jù)每一節(jié)豎井的井壁的長、短軸計算半徑建立平面框架，其中長、短軸的計算 半徑曰日、13日分別為：曰日=曰+(13/2)、13日=6+(1：1)/2);
[0013] 3、計算井壁框架的內(nèi)力：
[0014]
[001引其中：ka、kb為彎矩系數(shù)，其與長軸計算半徑ao、短軸計算半徑bo的比值關系見下 表：
[0016]
[0017] 表格中，彎矩為正表示向井內(nèi)彎曲，彎矩為負表示向井夕憎曲。
[0018] 4、計算受拉鋼筋的配筋率P
式中As為按GB 50010《混凝±結構設計規(guī) 范》計算得到的受拉鋼筋面積之和：
，其中:αι為混凝±截面 受壓應力系數(shù)，f。為混凝±軸向抗壓強度設計值;h為單節(jié)豎井井壁高度，ho為混凝±截面有 效高度，Μ為所計算截面的彎矩設計值，即步驟3中的Ma或Mb,分別代入計算;fy受拉鋼筋的強 度設計值;t為計算截面所在的厚度，即為事先選取的ta或tb值。
[0019] 5、判斷P是否在設定的范圍內(nèi)：0.2 %含P。. 0 %，如果是，則當前選取的ta或tb值 為確定的壁厚值，如果不是，則重新選取tb和ta，重復步驟3-4，直到受拉鋼筋的配筋率P在設 定的范圍內(nèi)，此時所選取的tb和ta為當前節(jié)井壁的壁厚。
[0020]由此，在考慮逆作豎井每節(jié)井壁的懸掛式受力結構基礎上，對豎井的壁厚進行了 更為細致的受力分析，W變壁厚的構造做到豎井上下、左右變壁厚配筋，可W獲得內(nèi)側截面 為楠圓形的逆作豎井，結構簡潔，運樣，采用楠圓形、變壁厚、懸掛式逆作法施工的豎井，可 合理減少豎井一側占地寬度，簡化施工程序，降低施工工程量，同時還可W通過弧形側壁、 變壁厚配筋的方法，節(jié)省工程投資。
[0021 ]本發(fā)明可W進一步具體為：
[0022] 每節(jié)楠圓形井壁截面的短軸內(nèi)半徑a和長軸內(nèi)半徑b的比例為0.3含（a/b)含1.0。
[0023] 考慮到井壁的楠圓形截面在長軸和短軸方向受力大小有差異，為了能夠確保側壁 結構的受力利用率，經(jīng)由多次計算、測試和試驗獲得了楠圓形截面的長軸半徑和短軸半徑 的比例數(shù)據(jù)，在此比例結構下，能夠獲得較好的側壁結構受力利用率。
[0024] 每節(jié)楠圓形井壁的高度為1.0-1.5m。
[0025] 逆作豎井由上而下，每隔復數(shù)節(jié)井壁設置有一節(jié)壁座，其位于豎井壁基±-側具 有一凸起，其嵌入豎井基上中。
[0026] 逆作豎井的高度是根據(jù)具體施工情況而定的，如果豎井的高度較高，為了確保傳 力路徑的穩(wěn)定性和可靠性，需要在每隔一定的高度將一節(jié)井壁設置成壁座，壁座與其他井 壁相比區(qū)別在于設置有能夠穩(wěn)固嵌入豎井基±中的一側凸起，借助豎井基±的作用力，在 原有的傳力系統(tǒng)上繼續(xù)向下提供承載荷載的懸掛力。
[0027] 所述連接相鄰兩節(jié)井壁的構造鋼筋直徑為8-12mm。
[0028] 豎井從上往下分節(jié)擬作誘筑，各節(jié)豎井之間采用Φ8~Φ 12的構造筋連接，通過構 造鋼筋將某一節(jié)井壁下方的所有側壁重量傳遞至本節(jié)側壁，最終傳遞至倒L型的井頸下方 的地基±。
[0029] 綜上所述，本發(fā)明提供了一種懸掛式楠圓形逆作豎井，為由上至下等內(nèi)截面的豎 井構造，W最上方的井頸作為倒L型構造的井壁，其好像懸掛在地基±上，各節(jié)豎井之間采 用構造鋼筋連接，通過構造鋼筋將某一節(jié)井壁下方的所有側壁重量傳遞至本節(jié)側壁，最終 傳遞至倒L型的井頸下方的地基±;采用懸掛式井頸承重、不同節(jié)段井壁之間構造鋼筋傳遞 荷載的做法，傳力路徑清晰、構造簡單;合理減少占地寬度，同時簡化了施工程序，降低了施 工工程量。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明所述的懸掛式楠圓形逆作豎井在高度方向上的截面結構示意圖。
[0031] 圖2為本發(fā)明所述的懸掛式楠圓形逆作豎井的橫向截面結構示意圖。
[0032] 下面結合實施例對本發(fā)明做進一步描述。
【具體實施方式】
[0033] 最佳實施例：
[0034] 參照附圖1，懸掛式變壁厚楠圓形逆作豎井，豎井從上往下分節(jié)擬作誘筑，包括有 復數(shù)節(jié)楠圓形井壁，每節(jié)約為1.0-1.5m，為綁扎鋼筋誘筑混凝±構造，每節(jié)井壁的長軸內(nèi)徑 和短軸內(nèi)徑相同。在最上方的井壁為倒L型構造，該倒L型構造為逆作豎井的井頸1，井頸1的 豎立部分作為逆作豎井的最上方井壁，橫向部分則平行于地面，并固定安裝于地基±之上，