随着我国城市化建设进程快速发展,城市土地及社会资源日趋紧张。为解决地面空间不足的问题,基础建设开始转向地下发展,地下竖井作为进入地下工程的施工通道需求越来越多。目前地下竖井的支护结构主要以喷射混凝土为主,随着人们的环保意识不断提高,喷射混凝土施工正面临严峻考验。为减少施工对环境的污染,2016年以来,我国大力发展装配式结构。为此本文以拼装式钢结构设计为理念,研究了一套可预紧、可回收的圆形竖井拼装式钢结构。并通过理论计算、数值模拟、现场加载试验及施工应用对该支护结构进行了验证。主要成果如下:1、针对城市市政管网工程中施工竖井的特殊性(数量多、埋深浅(10m以内)、直径小、尺寸相对固定、临时性等特点),设计了一种圆形预紧支护结构,该结构主要材质为钢管和钢板。支护结构环向通过标准单元构件和预紧构件连接成环,纵向采用连接杆件与环向构件相连,最终形成整体筒状似的支护结构。该结构具有施工占地面积小、安全可靠、快速施工、绿色施工、可回收重复利用、经济节约等特点。2、针对主动预紧支护结构的特点,推演了考虑土拱效应的非极限状态下土压力计算公式,在此基础上分析了支护结构的力学性能。结果表明:圆形闭环结构在外部均压作用下只承受环向轴力作用,整体筒状结构最大环向力发生在0.7~0.8H部位,竖向弯矩发生在0.9H位置。最后在环向力作用下进行构件应力、预紧构件螺纹、螺牙及螺栓强度校验,整个结构受力体系明确,便于工程计算与设计。3、采用有限元软件SAP2000分析了标准单元构件组成(钢管、垫块及钢板)之间的力学机理。结果表明:钢板的变形和垫块的存在会使钢管产生扭矩和弯矩,对结构产生不利影响,需要在设计过程中对垫块间距和钢板刚度进行优化。4、通过现场加载试验表明:随着支护结构向外扩张,竖井周边地层受到挤压作用向竖井外变形,钢管上应力呈线性增加,说明支护结构外扩能够同周边土体协同作用,对抑制地表沉降发挥积极作用。5、通过现场应用表明:该结构施工工艺简单,随挖随支,工期大幅缩短,平均开挖进尺2.5m/天;现场无扬尘、不污染环境;能够完全回收重复利用,经济效益及社会效益明显。