地下工程危险源识别体验区及其建设方法

摘要

地下工程危险源识别体验区及其建设方法是为建筑类大学的体验式教学以及施工企业的农民工进行地下工程施工培训而设计的，属于职业教育设施领域；地下工程危险源识别体验区是土法盾构的展示体验区，包括起始井、终结井、支墩、垫块、顶镐、顶杠、顶梁、穿越管、地面防护网与上下通道组成的；其中，穿越管在起始井与终结井之间的土中，支墩在起始井的下部与穿越管相对；地面防护网分别架设在起始井、终结井的顶端周围；上下通道分别架设在起始井、终结井的一侧，上下贯通；支墩、垫块、顶镐、顶杠、顶梁、穿越管在相互受力状态下紧密结合，不受力时相互分离。本发明使大学生或农民工通过地下工程施工体验式教学，对地下工程施工有直接感受。

说明书

技术领域

本发明是地下工程危险源识别体验区及其建设方法，是为建筑类大学的体验式教学以及施工企业的农民工进行地下工程施工之前培训而设计的，属于职业教育设施领域。

背景技术

目前我国正在进行大规模的地下工程建设，地铁工程、地下隧道工程这些地下工程都正方兴未艾，都需要培养一大批作业人员与管理人员；我国建筑工程内的大学教学一直延用讲授为主的教学方法，近年来我国高等与中等职业教育在教学虽然有所突破，采用了多媒体等信息化教学手段，设置了一些教学情境，但没有根本摆脱以讲授为主的教学模式；为使教育能跟上我国经济发展的步伐，国家决策改造一批应用技术大学，这些大学的教师、设施都是按照精英式培养模式设置的，要想贴近施工教学，难度很大；另一方面，随着我国的工业2025计划的颁布实施，近年来国家加强了对农民工的培训要求，而且对建筑施工企业的检查考核力度加大，可是建筑施工企业很难组织对农民工的地下工程施工的培训，应用技术大学、高职院校、中职学校目前的设施也不能满足从事建筑业的农民工地下工程培训要求；本发明提供的地下工程危险源识别体验区，可为建筑工程中地下工程施工培训教育提供帮助。

发明内容

本方案的具体做法是：采用如图1、图2所示的地下工程危险源识别体验区，是土法盾构的展示体验区，包括起始井1、终结井2、支墩3、垫块4、顶镐5、顶杠6、顶梁7、穿越管8、地面防护网9与上下通道10组成的；其中，穿越管8在起始井1与终结井2之间的土中，支墩3在起始井1的下部与穿越管8相对；垫块4在支墩3与顶镐5之间；顶杠6在顶镐5与顶梁7之间；顶梁7在顶杠6与穿越管8之间；地面防护网9分别架设在起始井1、终结井2的顶端周围；上下通道10分别架设在起始井1、终结井2的一侧，上下贯通；支墩3、垫块4、顶镐5、顶杠6、顶梁7、穿越管8在相互受力状态下紧密结合，不受力时相互分离；土法盾构的设备简陋，规模小，但可以展示地下工程施工的基本原理；如果需要进行操作训练，则需要增设仿真模拟教学设备。

盾构仿真模拟教学设备包括硬件与软件两部分，硬件包括盾构模拟操作台与显示屏；软件包括盾构过程模拟操作、衬砌过程模拟操作与注浆模拟过程操作的内容。

所谓的起始井1、终结井2是从地面向地下的井状构筑物，分别是地下工程危险源识别体验区的起点与终点；起始井1、终结井2由井壁与井底组成的，优先推荐采用钢筋混凝土制作井壁与井底；井壁与井底密封连接，都是由不透水的结构材料制作的；起始井1、终结井2的井壁均高处地面300-500毫米；起始井1、终结井2的井壁的顶部均设置有地面防护网9；起始井1、终结井2的井壁的一侧安装有上下通道10；在起始井1与终结井2相对应的侧面井壁上留有孔洞，孔洞的直径与穿越管8的外径相等；在起始井1与井壁上留有孔洞的另一侧，设置有支墩3，起始井1在支墩3周围的井壁与支墩3周围密封固结；在起始井1与终结井2的井壁上安装上下通道10的对面的井底设置有集水坑。

支墩3是承受顶镐5的顶推力的装置，优先推荐采用钢筋混凝土制作；支墩3深崁在起始井1一侧的土体中，与周围的土体以及起始井1的井壁密封固结；工作时，承受由垫块4传递来的发自顶镐5的顶推力，并反作用于垫块4与顶镐5。

垫块4、顶杠6、顶梁7都是传递顶镐5顶推力的传力装置；优先推荐采用截面200×200毫米长度为1米的枕木制作垫块4与顶杠6，采用长度为2.5米的20号工字钢制作顶梁7；垫块4将顶镐5后部的顶推力传递给支墩3，收到支墩3的反作用力后，又作用于顶镐5；顶杠6与顶梁7是在顶镐5的前部的传力部件；顶杠6与顶梁7是相互垂直的杆状部件，顶杠6的长度方向与顶镐5的发力方向一致，且与顶镐5同心；顶杠6的一端与顶镐5的前端贴接，另一端与顶梁7的中部贴接，将顶镐5传递来的顶推力传递给顶梁7；顶梁7是垂直于顶镐5、顶杠6与穿越管8的杆状部件；顶梁7分别横设在穿越管8的起始端的上下口，中部与顶杠6的前端贴接；顶梁7将顶杠6传递来的顶镐5的顶推力传递给穿越管8。

顶镐5是动力设备，优先推荐采用液压千斤顶制作；通过顶镐5自身的沿轴线方向的伸展，后端通过垫块4对支墩3施加顶推力，前端通过顶杠6、顶梁7对穿越管8施加顶推力。

穿越管8是穿越由起始井1到终结井2之间土层的管道，优先推荐采用直径2米厚度30-40毫米，长度1米的钢管制作；穿越管8通过顶杠6与顶梁7传递来的顶镐5的顶推力逐步由起始井1到终结井2的。

地面防护网9是分别设置在起始井1、终结井2井口的安全防护装置，由立柱、栏杆连接件与安全网组成；立柱垂直于地面分设在起始井1、终结井2露出地面的井壁的外围，栏杆与立柱垂直且相交，将各立柱连接在一起；安全网围在立柱与栏杆的外侧。

上下通道10是附着在井壁一侧的直爬梯，优先推荐采用采用45号角钢作直爬梯的竖杆，用长度为500-600毫米的直径30毫米的钢筋作横档。

地下工程危险源识别体验区的建设方法是，先施工起始井1与终结井2，再施工支墩3，再进行穿越管8施工；

施工起始井1与终结井2的建设方法是，首先放线定位，确定起始井1与终结井2的位置，确定起始井1与终结井2的边线；分别在起始井1与终结井2的位置扎筋、支模、浇筑混凝土；混凝土达到强度后，作业人员分别进入起始井1与终结井2内掏土并运出，使起始井1与终结井2在自重荷载下下沉，逐步到达起始井1与终结井2预定的深度，井壁必须高于地面300-500毫米；进行底板钢筋混凝土施工，使起始井1与终结井2的井壁与底板密封连接；安装上下通道10；

支墩3的建设方法是，先对在起始井1、终结井2井内安装送风装置，再进行支墩3的扎筋、支模、混凝土浇筑工作；对支墩3进行混凝土养护，达到强度后拆模；

安装地面防护网9的建设方法是，在在起始井1、终结井2井口的外围，先围圈安装立柱与上部栏杆，再安装中间栏杆，用密目式安全网围在立柱外围；并悬挂安全警示牌与安全警示灯。

穿越管8的建设方法是，将穿越管的第一段放置在待穿越的位置，架设垫块4、顶镐5、顶杠6、顶梁7；当采用一个顶镐5时，顶梁7垂直或水平过穿越管8的直径位置，与垫块4、顶镐5、顶杠6及穿越管8的中心垂直，垫块4、顶镐5、顶杠6的轴心与穿越管8的中心同心；当采用两个顶镐5时，顶梁7垂直或水平过穿越管8的直径位置， 两组垫块4、顶镐5、顶杠6的轴心与穿越管8的中心对称；上述装置设置完毕后，启动顶镐5，使支墩3、垫块4、顶镐5、顶杠6、顶梁7、穿越管8都处于受力状态；开始对穿越管8的顶端对应的土壁均匀挖土；当土壁的土被挖出，支墩3、垫块4、顶镐5、顶杠6、顶梁7、穿越管8受力减小时，及时对顶镐5加压，以补充压力；当第一节穿越管8被顶进后，将顶镐5回油缩回，添加一短顶杠6，将第二节穿越管8与第一节穿越管8同心密封连接，继续顶进，一直到全部穿越管从起始井1到达终结井2，即完成穿越管8的施工。每安装一节穿越管8时需要检查并调整穿越管8的中心，偏离尺寸保证在允许误差范围之内；如果发现穿越管8的中心偏离超差，就必须及时纠偏。

本发明的有益效果是使大学生或农民工通过地下工程施工体验式教学，对地下工程施工有直接感受。

附图说明

图1地下工程危险源识别体验区示意图；

图2 地下工程危险源识别体验区位置图；

图中：1-起始井；2-终结井；3-支墩；4-垫块；5-顶镐；6-顶杠；7-顶梁；8-穿越管;9-地面防护网；10-上下通道。

具体实施方式

实施例

某大学自行设计了采用如图1、图2所示的地下工程危险源识别体验区，是土法盾构的展示体验区，包括起始井1、终结井2、支墩3、垫块4、顶镐5、顶杠6、顶梁7、穿越管8、地面防护网9与上下通道10组成的；其中，穿越管8在起始井1与终结井2之间的土中，支墩3在起始井1的下部与穿越管8相对；垫块4在支墩3与顶镐5之间；顶杠6在顶镐5与顶梁7之间；顶梁7在顶杠6与穿越管8之间；地面防护网9分别架设在起始井1、终结井2的顶端周围；上下通道10分别架设在起始井1、终结井2的一侧，上下贯通；支墩3、垫块4、顶镐5、顶杠6、顶梁7、穿越管8只有在相互受力状态下才紧密结合，不受力时相互离开；土法盾构的设备简陋，规模小，但可以展示地下工程施工的基本原理；根据操作训练的需要还设置了仿真模拟的教学设备。

盾构仿真模拟教学设备包括硬件与软件两部分，硬件包括盾构模拟操作台与显示屏；软件包括盾构过程模拟操作、衬砌过程模拟操作与注浆模拟过程操作的内容。

所谓的起始井1、终结井2是从地面向地下的井状构筑物，分别是地下工程危险源识别体验区的起点与终点；起始井1、终结井2由井壁与井底组成的，采用长宽均为5米，壁厚300毫米深7米的预制钢筋混凝土制作井壁，采用厚度为500毫米的现浇混凝土板作为井底；井壁与井底密封连接；起始井1、终结井2的井壁均高处地面300毫米以防止下雨时的地面水进入；起始井1、终结井2的井壁的顶部均设置有地面防护网9；起始井1、终结井2的井壁的一侧安装有上下通道10；在起始井1与终结井2相对应的侧面井壁上留有孔洞，孔洞的直径为2。08米与穿越管8的外径相等；在起始井1与井壁上留有孔洞的另一侧，设置有支墩3，起始井1在支墩3周围的井壁与支墩3周围密封固结；在起始井1与终结井2的井壁上安装上下通道10的对面的井底设置有集水坑，集水坑每边的长度都为1.5米；起始井1、终结井2的底板在集水坑的部位均加深加厚。

支墩3是承受顶镐5的顶推力的装置，采用高4米宽4米厚3米的钢筋混凝土制作；支墩3深崁在起始井1一侧的土体中，与周围的土体以及起始井1的井壁密封固结；工作时，承受由垫块4传递来的发自顶镐5的顶推力，并反作用于垫块4与顶镐5。

垫块4、顶杠6、顶梁7都是传递顶镐5顶推力的传力装置；采用截面200×200毫米长度为1米的枕木制作垫块4与顶杠6，采用长度为2.5米的20号工字钢制作顶梁7；垫块4将顶镐5后部的顶推力传递给支墩3，收到支墩3的反作用力后，又作用于顶镐5；顶杠6与顶梁7是在顶镐5的前部的传力部件；顶杠6与顶梁7是相互垂直的杆状部件，顶杠6的长度方向与顶镐5的发力方向一致，且与顶镐5同心；顶杠6的一端与顶镐5的前端贴接，另一端与顶梁7的中部贴接，将顶镐5传递来的顶推力传递给顶梁7；顶梁7是垂直于顶镐5、顶杠6与穿越管8的杆状部件；顶梁7分别横设在穿越管8的起始端的上下口，中部与顶杠6的前端贴接；顶梁7将顶杠6传递来的顶镐5的顶推力传递给穿越管8。

顶镐5是动力设备，优先推荐采用液压千斤顶制作；通过顶镐5自身的沿轴线方向的伸展，后端通过垫块4对支墩3施加顶推力，前端通过顶杠6、顶梁7对穿越管8施加顶推力。

穿越管8是穿越由起始井1到终结井2之间土层的管道，采用直径2米厚度30-40毫米，长度1米的钢管制作；穿越管8每隔500毫米设置一道与内直径相等的十字撑，以防止管道在外力作用下变形；穿越管8通过顶杠6与顶梁7传递来的顶镐5的顶推力逐步由起始井1到终结井2的。

地面防护网9是分别设置在起始井1、终结井2井口的安全防护装置，由立柱、栏杆连接件与安全网组成；立柱垂直于地面分设在起始井1、终结井2露出地面的井壁的外围，栏杆与立柱垂直且相交，将各立柱连接在一起；安全网围在立柱与栏杆的外侧。

上下通道10是附着在井壁一侧的直爬梯，采用采用45号角钢作直爬梯的竖杆，用长度为500毫米的直径30毫米的钢筋作横档。

地下工程危险源识别体验区的危险源识别方法是，高空坠物伤害、人员高空坠落伤害、土体坍塌伤害、机械伤害、有毒有害气体伤害与流沙伤害，都是地下工程的危险源。

高空坠物伤害,在井下作业的人员，往往被从井口飞来的坠物伤害，很难以躲避。

人员高空坠落伤害,人员上下时手脚并用，一不小心可能发生高空坠落事故。

土体坍塌伤害是,井下作业，特别是盾构施工过程中，容易发生土体坍塌，躲避不及时或防护不到位，可能造成伤害。

机械伤害,顶镐不易伤人，但重量较大，搬运过程和装卸过程可能伤人。

有毒有害气体伤害是,地下工程中的有毒有害气体容易伤人，当地下工程施工时发生缺氧现象时也容易伤人。

流沙伤害是，在粉砂层进行地下工程施工时，只要有地下水存在，只要发生震动，就会发生流沙现象，流沙现象发生时，可能伤人。

地下工程危险源识别体验区的建设方法是，先施工起始井1与终结井2，再施工支墩3，再进行穿越管8施工；

施工起始井1与终结井2的建设方法是，首先放线定位，确定起始井1与终结井2的位置，确定起始井1与终结井2的边线；分别在起始井1与终结井2的位置扎筋、支模、浇筑混凝土；混凝土达到强度后，作业人员分别进入起始井1与终结井2内掏土并运出，使起始井1与终结井2在自重荷载下下沉，逐步到达起始井1与终结井2预定的深度，井壁必须高于地面300-500毫米；进行底板钢筋混凝土施工，使起始井1与终结井2的井壁与底板密封连接；安装上下通道10；

支墩3的建设方法是，先对在起始井1、终结井2井内安装送风装置，再进行支墩3的扎筋、支模、混凝土浇筑工作；对支墩3进行混凝土养护，达到强度后拆模；

安装地面防护网9的建设方法是，在在起始井1、终结井2井口的外围，先围圈安装立柱与上部栏杆，再安装中间栏杆，用密目式安全网围在立柱外围；并悬挂安全警示牌与安全警示灯。

穿越管8的建设方法是，将穿越管的第一段放置在待穿越的位置，架设垫块4、顶镐5、顶杠6、顶梁7；当采用一个顶镐5时，顶梁7垂直或水平过穿越管8的直径位置，与垫块4、顶镐5、顶杠6及穿越管8的中心垂直，垫块4、顶镐5、顶杠6的轴心与穿越管8的中心同心；当采用两个顶镐5时，顶梁7垂直或水平过穿越管8的直径位置， 两组垫块4、顶镐5、顶杠6的轴心与穿越管8的中心对称；上述装置设置完毕后，启动顶镐5，使支墩3、垫块4、顶镐5、顶杠6、顶梁7、穿越管8都处于受力状态；开始对穿越管8的顶端对应的土壁均匀挖土；当土壁的土被挖出，支墩3、垫块4、顶镐5、顶杠6、顶梁7、穿越管8受力减小时，及时对顶镐5加压，以补充压力；当第一节穿越管8被顶进后，将顶镐5回油缩回，添加一短顶杠6，将第二节穿越管8与第一节穿越管8同心密封连接，继续顶进，一直到全部穿越管从起始井1到达终结井2，即完成穿越管8的施工。每安装一节穿越管8时需要检查并调整穿越管8的中心，偏离尺寸保证在允许误差范围之内；如果发现穿越管8的中心偏离超差，就必须及时纠偏。