一種在地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道基礎(chǔ)上擴(kuò)挖車站的明挖施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道基礎(chǔ)上擴(kuò)挖車站的結(jié)構(gòu)及其明挖施工方法，屬于軌道交通施工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在眾多的地鐵建設(shè)施工工法當(dāng)中，“盾構(gòu)法”以其施工安全性高、施工速度較快、對周圍環(huán)境影響相對較小等特點(diǎn)在地鐵建設(shè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。然而，在國內(nèi)以往的區(qū)間盾構(gòu)法施工當(dāng)中，對盾構(gòu)的使用僅限于斷面形式簡單單一的區(qū)間隧道施工，在遇到盾構(gòu)過站問題時(shí)，往往是先將盾構(gòu)進(jìn)行拆解，從當(dāng)前盾構(gòu)井內(nèi)吊出，然后轉(zhuǎn)入另一盾構(gòu)井，再將盾構(gòu)重新組裝，進(jìn)行施工；或者是先期將車站擴(kuò)挖，將車站的寬度和底部進(jìn)行擴(kuò)大，然后利用拖拉設(shè)備將盾構(gòu)拖拉過站。兩種過站方式不論從哪個(gè)角度來講都會(huì)使得盾構(gòu)設(shè)備的利用效率大大降低，使盾構(gòu)法的一次性連續(xù)掘進(jìn)距離大大縮短。據(jù)北京目前在建的幾條地鐵線路上盾構(gòu)法施工現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)實(shí)際施工的盾構(gòu)機(jī)去除其在區(qū)間內(nèi)窩工的時(shí)間，其施工非推進(jìn)作業(yè)時(shí)間約占總施工推進(jìn)作業(yè)時(shí)間的52.7%，這些非推進(jìn)施工主要包括盾構(gòu)機(jī)在過站時(shí)的盾構(gòu)井的施工、盾構(gòu)機(jī)的下井組裝、解體、吊出、轉(zhuǎn)場、掉頭、拖拉過站等，如果再加上盾構(gòu)機(jī)在區(qū)間施工中的窩工情況，盾構(gòu)機(jī)的實(shí)際施工速度會(huì)更慢，其利用率將會(huì)更低。此夕卜，由于現(xiàn)在的盾構(gòu)法施工使得盾構(gòu)機(jī)在施工期間靈活性差，其反復(fù)的拆裝組卸拖拉過站等大大降低的了盾構(gòu)機(jī)的使用壽命。同時(shí)，盾構(gòu)始發(fā)井、接收井、掉頭井的施工及盾構(gòu)機(jī)的解體、吊出、轉(zhuǎn)場等所造成的額外的施工費(fèi)用，使盾構(gòu)法施工中的工程成本造價(jià)每km較盾構(gòu)機(jī)正常推進(jìn)的費(fèi)用增加高達(dá)近10%左右；而對于盾構(gòu)機(jī)的拖拉過站，涉及到加深加寬車站所帶來的額外費(fèi)用，每km增加約6%?8%。可見，如何有效的減少盾構(gòu)法施工中的非推進(jìn)作業(yè)施工是提高盾構(gòu)機(jī)的利用效率問題的關(guān)鍵所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于上述問題，本發(fā)明提出一種在地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道基礎(chǔ)上擴(kuò)建地鐵車站的結(jié)構(gòu)及其明挖施工方法，其結(jié)構(gòu)形式為簡支框架墻柱式雙層地鐵車站結(jié)構(gòu)體系。其采用雙圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行擋土擋水；利用管片內(nèi)支撐體系進(jìn)行管片支護(hù)，對多余管片進(jìn)行拆除，并利用矩形鋼板及“L”形鑄鐵拱腳梁對管片進(jìn)行縱向約束；在采用暗挖法開挖出的橫通道內(nèi)，構(gòu)筑主體結(jié)構(gòu)的底板和中立柱條形基礎(chǔ)及兩側(cè)墻柱間橫向支撐梁，并進(jìn)行底板和墻柱、橫向支撐梁和墻柱間的連接；采用明挖法對車站主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行開挖施工，拆除剩下的多余管片，并進(jìn)行管片與墻柱間連梁的連接；利用構(gòu)筑好的墻柱體系、側(cè)墻、中立柱等作為主體結(jié)構(gòu)的豎向支撐體系，利用構(gòu)筑好的底板、中板、頂板和橫向支撐梁作為主體結(jié)構(gòu)的橫向支撐體系。其主要目的在于提供一種采用盾構(gòu)法施工的地下鐵道工程中修建地鐵車站的新工藝，新方法，以減少盾構(gòu)施工當(dāng)中的非推進(jìn)作業(yè)，提高盾構(gòu)設(shè)備的利用效率。本方法主要用于解決現(xiàn)行條件下，區(qū)間盾構(gòu)(指用于地鐵區(qū)間隧道的盾構(gòu)設(shè)備直徑為6m左右，無法利用其開挖所形成的單一盾構(gòu)隧道擴(kuò)建地鐵車站)隧道擴(kuò)建地鐵車站施工當(dāng)中非推進(jìn)作業(yè)過多，盾構(gòu)設(shè)備使用效率低下的問題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為:
[0005]步驟一:在擬建地鐵車站范圍內(nèi)構(gòu)筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)A(如排粧加止水帷幕或地下連續(xù)墻)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)I頂部澆筑冠梁并在冠梁靠近車站一側(cè)預(yù)留足夠長度鋼筋，其冠梁頂部標(biāo)高應(yīng)與地面標(biāo)高相等。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固深度應(yīng)滿足整體穩(wěn)定性和抗?jié)B穩(wěn)定性的要求；
[0006]步驟二:采用盾構(gòu)設(shè)備施作地鐵區(qū)間隧道，在管片內(nèi)部架設(shè)管片臨時(shí)內(nèi)支撐體系，內(nèi)支撐體系的結(jié)構(gòu)形式為門式支撐結(jié)構(gòu)，為便于施工和安全起見，每個(gè)臨時(shí)內(nèi)支撐體系寬度以半個(gè)管片寬為宜，每一環(huán)管片施工期間，要保證至少有半環(huán)管片在內(nèi)支撐體系的支撐之下，且相鄰臨時(shí)內(nèi)支撐體系之間以縱向支撐桿件連接；
[0007]步驟三:對設(shè)計(jì)開口部位管片進(jìn)行拆除，采用矩形鋼板與下切口處管片的預(yù)留鋼筋及預(yù)埋件進(jìn)行連接，以“L”形鑄鐵拱腳梁結(jié)構(gòu)與上切口處管片的預(yù)留鋼筋及預(yù)埋件進(jìn)行連接，以對上切口處管片進(jìn)行縱向約束，并在鑄鐵拱腳梁與管片之間澆筑防水混凝土進(jìn)行防水；
[0008]步驟四:對并行盾構(gòu)隧道對應(yīng)開口間的土體進(jìn)行小斷面橫通道開挖，待土體開挖完畢后，在橫通道內(nèi)構(gòu)筑抗拔粧、車站底板結(jié)構(gòu)及墻柱結(jié)構(gòu)，施作墻柱與開口管片上下切口處節(jié)點(diǎn)，澆筑兩側(cè)墻柱間橫梁，施作墻柱與橫梁節(jié)點(diǎn)，在兩側(cè)對應(yīng)墻柱之間架設(shè)臨時(shí)鋼支撐。車站底板與墻柱底部澆筑在一起并同時(shí)澆筑車站主體結(jié)構(gòu)中立柱基礎(chǔ)，中立柱基礎(chǔ)兩側(cè)與底板緊密連接并預(yù)留中立柱底部杯形口及節(jié)點(diǎn)連接件；
[0009]步驟五:對橫通道及管片上方土體進(jìn)行注漿加固，在基坑開挖擬定范圍內(nèi)構(gòu)筑基坑開挖圍護(hù)結(jié)構(gòu)B，并以連梁將圍護(hù)結(jié)構(gòu)B與圍護(hù)結(jié)構(gòu)A進(jìn)行連接；
[0010]步驟六:開挖基坑內(nèi)部土體直至設(shè)計(jì)基坑底部標(biāo)高位置，開挖過程中，為了保持基坑邊坡的穩(wěn)定性，采用復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)對邊坡進(jìn)行支護(hù)并在粧腳位置架設(shè)鎖腳支撐，為了避免對施工造成影響，鎖腳支撐應(yīng)位于中板以上并滿足粧體橫向受力要求；
[0011]步驟七:拆除剩余部分管片，在上切口處安裝“L”形鑄鐵拱腳梁并與墻柱部位所設(shè)拱腳梁進(jìn)行焊接，下切口處安裝矩形鋼板，與墻柱處矩形鋼板焊接，完成整個(gè)底板結(jié)構(gòu)的澆筑，在管片上下開口處，構(gòu)筑墻柱間連梁結(jié)構(gòu)，施作開口管片上下切口節(jié)點(diǎn)的構(gòu)筑并在上節(jié)點(diǎn)外側(cè)饒筑防水混凝土以防水；
[0012]步驟八:拆除管片臨時(shí)內(nèi)支撐體系，在盾構(gòu)隧道內(nèi)施工仰拱結(jié)構(gòu)；
[0013]步驟九:拆除墻柱間臨時(shí)鋼支撐，構(gòu)筑車站底層側(cè)墻、中立柱，構(gòu)筑中板及站臺(tái)板；
[0014]步驟十:構(gòu)筑車站上層側(cè)墻、中立柱及頂板?；靥铐敯迳喜客馏w，恢復(fù)路面。
[0015]有益效果
[0016]本發(fā)明所提出的一種在地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道基礎(chǔ)上擴(kuò)挖車站的結(jié)構(gòu)及其明挖施工方法，有效的減少了盾構(gòu)施工中的非推進(jìn)作業(yè)，大大提高了盾構(gòu)施工的施工效率，既為盾構(gòu)機(jī)的長距離掘進(jìn)提供了條件，也為車站位置的靈活選取提供了可能。同時(shí)，采用雙圍護(hù)結(jié)構(gòu)，既保證了結(jié)構(gòu)主體的整體穩(wěn)定性，也去除了施工過程中所隱藏的安全隱患。矩形鋼板和“L”形鑄鐵拱腳梁的應(yīng)用不僅對開口處的管片起到了縱向約束的作用，也使得管片與墻柱及管片與墻柱間連梁的連接節(jié)點(diǎn)受力更加合理，防水處理更加簡單易行。橫通道的施工為底板的率先施工創(chuàng)造了條件，作為墻柱的橫向支撐之一，底板的施工加強(qiáng)了墻柱的穩(wěn)定性。車站主體采用明挖法施工，施工簡單、快捷、經(jīng)濟(jì)、安全，在墻間加了橫向支撐梁，可更好保證節(jié)點(diǎn)間墻柱結(jié)構(gòu)及地層橫向穩(wěn)定性。本發(fā)明技術(shù)合理，施工工法可靠易行，受力體系轉(zhuǎn)換簡單明確，質(zhì)量易于控制，將徹底改變地下鐵道建設(shè)的常規(guī)程序，其施工應(yīng)用將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)保效益。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道基礎(chǔ)上擴(kuò)挖而成的地鐵車站標(biāo)準(zhǔn)斷面剖面圖，圖2為簡支框架墻柱式雙層地鐵車站立體結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖3?圖14為本發(fā)明地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道擴(kuò)挖地鐵車站的各施工步序圖。其中，圖3為鉆孔成粧(墻)，構(gòu)筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)I及冠梁；圖4為盾構(gòu)施工通過車站區(qū)間，并在車站區(qū)間隧道內(nèi)安置盾構(gòu)管片；圖5為在盾構(gòu)隧道管片內(nèi)安裝內(nèi)支撐體系；圖6為拆除多余管片，并安裝矩形鋼板及“L”形鑄鐵拱腳梁，并澆筑防水混凝土進(jìn)行防水；圖7為在管片內(nèi)部安裝管片內(nèi)支撐，在對應(yīng)管片開口處橫向開挖橫通道并澆筑抗拔粧；圖8為施工墻柱及底板、中立柱基礎(chǔ)，并在墻柱間架設(shè)臨時(shí)鋼支撐，施作墻柱與管片間的上下節(jié)點(diǎn)，澆筑兩側(cè)墻柱間的橫向支撐梁；圖9為注漿加固管片及橫通道上部土層并構(gòu)筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)2，在頂部冠梁處對圍護(hù)結(jié)構(gòu)I和圍護(hù)結(jié)構(gòu)2進(jìn)行連梁連接；圖10為對車站范圍內(nèi)基坑進(jìn)行開挖，邊開挖邊支護(hù)；圖11為繼續(xù)開挖土體直至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置，拆除剩余多余管片，對切口處管片進(jìn)行縱向約束，并構(gòu)筑墻柱間連梁與切口管片進(jìn)行連接；圖12為拆除管片內(nèi)支撐體系，在管片內(nèi)部澆筑仰拱結(jié)構(gòu)；圖13為拆除墻柱間臨時(shí)鋼支撐，構(gòu)筑底層側(cè)墻，中柱及中板；圖14為構(gòu)筑站廳層側(cè)墻及中立柱，澆筑頂板結(jié)構(gòu)，回填頂板上部土體。
[0019]圖15為橫通道標(biāo)準(zhǔn)斷面剖面圖。
[0020]圖中，1、路面，2、圍護(hù)結(jié)構(gòu)A，3、冠梁，4、盾構(gòu)管片，5、墻柱，6、矩形鋼板，7、“L”形鑄鐵拱腳梁，8、防水混凝土，9、仰拱，10、底板，11、中立柱基礎(chǔ)，12、注漿加固土層，13、圍護(hù)結(jié)構(gòu)B，14、連梁，15、錨桿，16、底層中立柱，17、橫向支撐梁，18、底層側(cè)墻，19、中板，20、上層側(cè)±嗇，21、頂層中立柱，22、頂板，23、回填土，24、抗拔粧，25、冠梁，26、臨時(shí)內(nèi)支撐，27、橫通道，28、臨時(shí)鋼支撐，29、基坑開挖鋼支撐支護(hù)，30、站臺(tái)板，31、墻柱間連梁，32、鎖腳支撐，33、土釘。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1-15所示，本發(fā)明的一個(gè)城市道路下淺埋雙層兩跨地鐵車站實(shí)施實(shí)例，采用本發(fā)明的一種在地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道基礎(chǔ)上擴(kuò)挖車站的明挖法施工工法施作，其主體結(jié)構(gòu)由現(xiàn)饒鋼筋混凝土的底板10、中板19、頂板22、底層側(cè)墻18、上層側(cè)墻20、墻柱5、盾構(gòu)管片4、橫向支撐梁17底層中立柱16、頂層中立柱21組成(其結(jié)構(gòu)組成如圖1所示)，其結(jié)構(gòu)頂覆土厚度5.5m，開挖斷面尺寸為12mX20.5m。結(jié)合附圖，對本發(fā)明的施工步序作進(jìn)一步具體說明。
[0022]本實(shí)施例的在并行區(qū)間盾構(gòu)隧道基礎(chǔ)上擴(kuò)挖地鐵車站的施工工法其施工步序?yàn)?
[0023]步驟一:在擬建地鐵車站范圍內(nèi)打孔灌粧，構(gòu)筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)A2，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)A2頂部澆筑冠梁3并在冠梁3靠近車站一側(cè)預(yù)留足夠長度鋼筋；
[0024]步驟二:采用盾構(gòu)設(shè)備施作地鐵區(qū)間隧道，在車站區(qū)間隧道內(nèi)安裝盾構(gòu)管片4，并在盾構(gòu)管片4內(nèi)部架設(shè)管片臨時(shí)內(nèi)支撐26 ；
[0025]步驟三:拆除設(shè)計(jì)開口部分管片，采用矩形鋼板6與下切口處管片的預(yù)留鋼筋及預(yù)埋件進(jìn)行連接，以“L”形鑄鐵拱腳梁7與上切口處