一种暗挖型无柱拱形地铁车站结构及施工方法

摘要

本发明提供了一种暗挖型无柱拱形地铁车站结构及施工方法，所述车站结构包括由拱盖、侧墙二衬和仰拱围成的硐室，所述拱盖和仰拱之间设有与侧墙二衬垂直的中板，所述中板将硐室分为上半断面硐室和下半断面硐室，中板包括平直中板和拱形中板，所述平直中板包括平直中间段和平直两侧段，所述拱形中板包括拱形中间段和拱形两侧段，所述平直中间段与拱形中间段成一体式结构。本发明打破了国内多年地铁车站的设计惯例，成功取消了地铁车站站台层公共区无柱,利用拱形结构提供楼板的中间支撑，解决了大跨中楼板的受力需求，拱形中板与平直中板之间空间作为站内轨顶风道使用，满足了车站使用功能，并解决了当前矩形轨顶风道施工难度大的问题。

说明书

技术领域

本发明属于隧道工程、地下工程支护技术领域，尤其涉及暗挖地铁车站，具体涉及一种暗挖型无柱拱形地铁车站结构及施工方法。

背景技术

地铁车站跨度一般为20m左右，对于暗挖地铁车站，目前设计通常利用顶拱取消了站厅层的中柱，而由于中板受力要求，在站台层均设有中柱。暗挖车站顶底板采用起拱方式解决大跨受力，而根据使用功能需求，中板为平面结构，综合受力及经济造价分析，在跨中设置中柱及中纵梁支撑体系较为合理，中柱支撑中纵梁，中纵梁支撑中楼板。

但是双扶梯布置在纵梁两侧，开两个1.8×12m洞口，洞口较小，并且扶梯下基点通常设有柱子，遮挡视线，站内视野通透性较差，而中纵梁的存在对站内管线的综合布设及净高均有不利影响。

发明内容

本发明的目的是为了克服有柱地铁车站的缺陷，提供了一种暗挖型无柱拱形地铁车站结构及施工方法，利用拱形结构提供楼板的中间支撑，解决了大跨中楼板的受力需求；拱形中板与平直中板之间的空间作为站内轨顶风道使用，满足了车站使用功能，并解决了当前矩形轨顶风道施工难度大的问题。所述无柱硐室采用合理的拱轴线形式，把竖向荷载转换成沿拱轴的推力，不仅传力明确，而且整个工程混凝土量减小，从而节约了工程造价，节省了材料。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种暗挖型无柱拱形地铁车站结构，所述车站结构包括由拱盖、侧墙二衬和仰拱围成的硐室，所述拱盖和仰拱之间设有与侧墙二衬垂直的中板，所述中板将硐室分为上半断面硐室和下半断面硐室，所述中板包括平直中板和拱形中板，所述平直中板包括平直中间段和平直两侧段，所述拱形中板包括拱形中间段和拱形两侧段，所述平直中间段与拱形中间段成一体式结构，所述平直两侧段、拱形两侧段与侧墙围成的空隙为轨顶风道。

进一步的，所述轨顶风道的纵切面面积为2-5m²。

进一步的，所述平直中板的长度为10-30m，厚度为100-300 mm，拱形中板的厚度为200-400 mm。

进一步的，所述拱形两侧段的切线与水平方向的夹角为10-15°。

进一步的，所述施工方法包括以下步骤：

（1）、开挖上半断面硐室；

（2）、浇筑拱盖；

（3）、开挖下半断面硐室；

（4）、浇筑仰拱、侧墙二衬；

（5）、侧墙预留拱形中板和平直中板钢筋，一次性浇筑拱形中板及平直中板；

（6）、完成整个车站土建施工。

进一步的，所述步骤（5）中的拱形中板和平直中板钢筋绑扎好后，在拱形中板与平直中板间安置橡胶充气芯模。

进一步的，所述橡胶空气芯模的使用方法为：

（1）空气芯模的内膜使用时必须刷隔离剂；

（2）打开阀门充气到规定压力，关闭阀门；

（3）将进入钢筋笼内的芯模上下左右加以固定，克服上浮力及左右移动；

（4）浇筑混凝土后，使用振动棒从两侧同时振捣，防止芯模左右移动；

（5）待混凝土初凝后，打开橡胶充气芯模的阀门放气，抽出芯模，然后脱模。

进一步的，所述步骤（5）中脱模使用皂粉和水的质量比为1:20形成的肥皂水作为脱模剂。

与现有地铁车站施工技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明打破了国内多年地铁车站的设计惯例，成功取消了地铁车站站台层公共区无柱，与传统设计方法相比，有以下优点：

（1）改变了传统设计方法板梁柱的传力方式，本发明将拱顶作为20m大跨楼板的支撑点，利用拱桥结构将竖向荷载转化为沿拱轴的推力，并将推力传至侧墙，而此沿拱轴的推力亦可约束车站侧墙变形，减小侧墙受力，整个结构体系互为支撑，浑然天成；同时利用拱形板作为大跨中楼板的支撑，解决了自身受力需求，从而达到最终达到公共区无柱的目的、极大地增加了站台的可利用空间。对于现场施工而言，取消柱子后的站台空间开阔，视野通透，极大的提升了乘客的用户体验、使乘客舒适感倍增，又便于车站发生火灾时的消防疏散，而且拱形中板的曲线条美观性更易彰显现代新型轨道交通设计的精湛技艺。

（2）采用合理的拱轴线形式，不仅传力明确，而且整个工程混凝土量减小，从而节约了工程造价。对于拱形板自身，主要承受中板传来竖向荷载，并把竖向荷载转换成沿拱轴的推力，拱形板以受压为主，众所周知，混凝土的抗压性能要远远大于其抗拉性能，如此设计，极大发挥了混凝土材料的受压特性，从而节省材料；大跨中楼板以拱形板作为支撑面，受力性能优于传统设计的梁柱体系，中板厚度可相应减薄，从而节约材料成本；对于地铁运营维护而言，本发明采用拱形板和中楼板作为侧墙的两个约束点，相比传统设计减小了侧墙跨度，且沿拱轴线传来的推力抵消了一部分侧墙所受的水土压力，从而优化了侧墙厚度，节约工程造价。

（3）本发明利用拱形中板与平直中板之间的空间作为轨顶风道使用，此轨顶风道可以与中板同时浇筑，有效解决了此前轨顶风道二次浇筑加长工期、难以保证浇筑质量的弊端，轨顶风道的纵切面面积约3.2m²，与原设计矩形轨顶风道面积持平，因此排烟、排热功能无损失。提高了车站内部机械化施工的效率，加快了施工进度；但是拱形中板可提供的站台内顶部空间加大，便于站内管线的综合排布。本发明轨顶风道的设计既满足了车站的使用功能，并最大程度的利用站内空间，对于后期的地铁车站建设而言，暗挖车站的公共区无柱的设计方法为明挖车站的后续设计提供了宝贵的参考经验，如此程度的集约化设计亦堪称设计行业的典范。

附图说明

图1为本发明所述暗挖型无柱拱形地铁车站结构的施工工序图。

图2为本发明所述暗挖型无柱拱形地铁车站结构的结构示意图。

图3为本发明所述暗挖型无柱拱形地铁车站结构的中板结构示意图。

图4为本发明所述暗挖型无柱拱形地铁车站结构的立体结构示意图。

图中，1、上半断面硐室，2、拱盖，3、下半断面硐室，4、中板，5、侧墙二衬，6、平直中板，7、拱形中板，8、仰拱，9、平直中间段，10平直两侧段，11、拱形中间段，12、拱形两侧段。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，本发明所述暗挖型无柱拱形地铁车站结构，是由拱盖2、侧墙二衬5和仰拱8围成的硐室，所述拱盖2和仰拱8之间设有与侧墙二衬5垂直的中板4，所述中板4将硐室分为上半断面硐室1和下半断面硐室3，中板4包括平直中板6和拱形中板7，所述平直中板6的长度L为10-30m,具体为15-25m，厚度h1为100-300mm，进一步的厚度h1为200-250 mm，拱形中板7的厚度h2为200-400mm，具体为250-300 mm，平直中板6与拱形中板7之间的交接高度h3可根据通风需求自行选取，所述拱形两侧段12的切线与水平方向的夹角θ为10-15°。

所述平直中板6包括平直中间段9和平直两侧段10，所述拱形中板7包括拱形中间段11和拱形两侧段12。平直中间段9与拱形中间段11成一体式结构，所述一体式结构竖直方向的厚度H为400-500 mm，所述平直两侧段10、拱形两侧段12与侧墙二衬5围成的空隙为轨顶风道，轨顶风道的纵切面面积约为3.2 m²，与原设计矩形轨顶风道面积持平，排烟、排热功能无损失，并且消除了按照原有设计方法施工中二次浇注轨顶风道时，导致轨顶风道施作步骤繁琐且浇注质量难以保证和加长现场工期的弊端，而且，拱形中板可提供的站台内顶部空间加大，便于站内管线的综合排布。

所述上半断面硐室1由拱盖2、侧墙二衬5和平直中板6围成；所述下半断面硐室3由侧墙二衬5、仰拱8和拱形中板7围成。

所述暗挖地铁车站的无柱硐室的施工工艺步骤具体为：

1、开挖上半断面硐室。

2、浇筑拱盖。

3、开挖下半断面硐室。

4、浇筑仰拱、侧墙二衬；侧墙钢筋绑扎完成后，预留拱形中板与平直中板的钢筋，所预留钢筋保证位置准确并与侧墙钢筋固定好，避免因浇筑侧墙混凝土时因振捣对预留钢筋的精度造成影响，侧墙砼分层浇筑。

5、侧墙预留拱形中板和平直中板钢筋，一次性浇筑拱形中板及平直中板：所述步骤5中拱形中板底面为拱形结构，采用小模板施工，尽量保持圆弧的完整性，以达到最优受力效果；拱形中板下方的脚手架根据拱形中板弧度加工，脚手架与模板间采用顶紧设备，避免混凝土浇筑引起的滑模现象；平直中板和拱形中板之间的空腔采用橡胶充气芯模，橡胶充气芯模具有很高的抗张强度、弹性和气密性，充气膨胀后具有足够的强度来承受混凝土的压力，从而形成混凝土构件的空腔。

其中橡胶空气芯模的使用方法：

（1）在使用充气芯模前，首先检查钢筋笼钢丝接头及轧丝头不得朝内径方向弯曲，以免扎伤芯模，形成漏气现象；

（2）气囊内模使用时必须刷隔离剂，以减少抽模阻力，气囊不允许用机油代替隔离剂，一方面机油对橡胶侵蚀，另一方面机油会污染钢筋。用稀释的肥皂水作为脱模剂（皂粉和水的质量比比例大约是1:20）效果比较理想；

（3）打开阀门充气到规定压力，即可关闭阀门，切忌不得超压；

（4）异型芯模应交替充气直达规定压力；

（5）将进入钢筋笼内的芯模上下左右加以固定，克服上浮力及左右移动；

（6）浇筑混凝土后，使用振动棒从两侧同时振捣，防止芯模左右移动。且振动棒段头不可接触芯模，以免穿破漏气；

（7）待混凝土初凝后，打开橡胶充气芯模的阀门放气，抽出芯模即可。(脱模时间根据施工情况自定)一般情况为:当手指肚摁下有清晰指纹时，方可脱模。

6、完成整个车站土建施工。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。