拱形地铁车站新旧建筑衔接结构及施工方法

摘要

本发明涉及一种拱形地铁车站新旧建筑衔接结构及施工方法，型钢拉杆为型钢制成的杆件，其分为两节相接，中间预留间隙，并设有螺栓紧固机构；在既有车站侧墙上开洞口范围的拱形顶底梁的内侧相对设置多组化学螺杆，若干两端固定有楔形钢板的型钢拉杆经楔形钢板与对应的化学螺杆固定连接，型钢拉杆连接在拱形顶两侧的拱形顶底梁之间并固定。先采用型钢拉杆对拱角部位预加张拉力的方式，然后利用新建结构加固支顶，最后分段破除旧结构；它易于操作、施工工序简单、控制既有结构变形及内力转换都非常有利。

说明书

技术领域

本发明涉及地铁工程领域，主要是针对地铁工程的不是同期建造的换乘车 站，包括通道换乘和主体换乘的车站，也就是需要在既有车站的侧墙上开洞的 工程，特别是对于暗挖施工的拱形车站。

背景技术

随着社会经济的发展,现代交通拥挤问题日益突出,修建地下铁道已成为解 决该问题的有效途径之一,地铁车站是城市地铁重要的组成部分。以北京为例， 据统计：2010年，已建成和在建的线路，其中换乘节点就有57个，在2050年 北京市轨道交通线路规划图中，节点车站需要实现换乘的数目高达118个。新 老地铁线路的换乘必然涉及新旧结构的衔接，如新建换乘厅与既有车站站厅层 的衔接、新建换乘通道与既有车站站台层的衔接等。在此类工程施工中，既有 地铁作为生命线工程，对新建工程的施工控制指标非常严格，如不采用足够的 措施和方法，将会产生极为不利的社会影响。特别是目前广泛实施的地下暗挖 拱形车站一般埋设较深，拱角部位承受非常大的竖向荷载和水平推力，如果对 旧结构破除方案不合理，对既有线车站结构损伤会非常大，如破除处产生大量 贯通性裂缝、渗漏水严重、承载力下降、耐久性不满足要求等，这些既有车站 结构的破坏都是不可逆转的，应属于工程事故范畴。

发明内容

本发明的目的是提供一种拱形地铁车站新旧建筑衔接结构及施工方法，先 采用型钢拉杆对拱角部位预加张拉力的方式，然后利用新建结构加固支顶，最 后分段破除旧结构；它易于操作、施工工序简单、控制既有结构变形及内力转 换都非常有利。

本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种拱形地铁车站新旧建筑衔接结构，A号线的既有车站与B号线的新建 车站衔接形成换乘车站，在A号线既有车站的侧墙上开洞口，形成与B号线新 建车站相通的通道口，它包括：洞口、拱形顶底梁、型钢拉杆、化学螺杆、楔 形钢板，所述的型钢拉杆为型钢制成的杆件，其分为两节相接，中间预留间隙， 并设有螺栓紧固机构；在既有车站侧墙上开洞口范围的拱形顶底梁的内侧相对 设置多组化学螺杆，若干两端固定有楔形钢板的型钢拉杆经楔形钢板与对应的 化学螺杆固定连接，型钢拉杆连接在拱形顶两侧的拱形顶底梁之间并固定；楔 形钢板的外端面与拱形顶底梁内侧面形状相近。

它还包括：补强环梁、化学植筋；在洞口范围的拱形顶底梁外侧与新建结 构之间现浇补强环梁，拱形顶底梁与补强环梁之间用化学植筋固定连接，补强 环梁沿洞口边缘在新建结构内形成封闭环形梁。它还包括：梁底加固层，A号 线既有车站的侧墙上开洞口后，在拱形顶底梁底面之下设置钢筋砼梁底加固层， 与拱形顶底梁底面结合成一体。它还包括：补强柱，所述的洞口为两个矩形洞， 在既有车站的侧墙上两个矩形洞之间保留一段侧墙，并向新建车站方向贴建钢 筋砼柱，钢筋砼柱上下两端与补强环梁相接，该段保留的侧墙与贴建钢筋砼柱 结合成一体形成补强柱。所述的螺栓紧固机构为，在型钢拉杆两节相接的两个 端面都分别固接有钢板，钢板相对应地设置有连接孔，用螺栓穿过连接孔，再 用螺母紧固压缩间隙。所述补强环梁和梁底加固层侧面相接浇筑为一体，共同 支撑拱形顶底梁。

一种拱形地铁车站新旧建筑衔接的施工方法，型钢拉杆两端固定后，用螺 栓紧固机构压缩间隙施加预拉力，型钢拉杆预先对拱形顶底梁施加拉力，并且 预先在外侧支顶，采用新建结构的初期支护支顶既有结构；然后在型钢拉杆及 支顶结构的保护下分段破除既有车站开洞口区域的侧墙；待开洞口、加固、补 强结构施工完毕，最后拆除脚手架和型钢拉杆，用脚手架架设临时支撑时，脚 手架设置在梁底加固层下面支撑梁底加固层。

所述分段破除既有车站开洞口区域的侧墙，包括以下步骤：

步骤一：对既有线车站换乘段进行临时封堵，对既有线换乘段吊顶上部管 线进行改造，施做拱顶脚部型钢拉杆；B号线车站的初期支护及二次衬砌施工到 A号线边墙外侧并与A号线边墙顶紧；

步骤二：在侧墙上间隔地划分若干个区，凿除Ⅰ区侧墙的内外侧混凝土保 护层，剥离所需的预留钢筋，根据开凿顺序依次切割Ⅰ区的混凝土；

步骤三:施做Ⅰ区范围内既有拱形顶底梁的梁底加固层；用脚手架架设临时 支撑体系，浇筑补强柱，并与新建结构锚固牢靠；

步骤四：Ⅰ部结构达到设计强度后，凿除Ⅱ区侧墙的内外侧混凝土保护层， 剥离所需的预留钢筋，根据开凿顺序依次切割Ⅱ区的混凝土；

步骤五：保留Ⅰ区的临时支撑；施做Ⅱ区范围内既有拱形顶底梁的梁底加 固层，并用脚手架架设Ⅱ区的临时支撑；

步骤六：待Ⅱ区结构达到设计强度后，同第四、第五步，依次对Ⅲ区进行 开洞和施做既有拱形顶底梁的梁底加固层；

步骤七：保留各区的临时支撑，同其他区的施工顺序，依次开凿Ⅳ和Ⅴ区 既有线侧墙结构，按要求加固既有拱形顶底梁，其中A号线边墙的混凝土通过 金刚石绳锯静力分块切割成可以搬运的大小；

步骤八：待暗挖段结构二次衬砌施工完毕，混凝土结构达到设计强度后， 拆除临时支撑。

本发明有以下优点和积极效果：

（1）型钢拉杆的刚度大，能够很好地约束既有车站的变形；

（2）先加固支顶既有结构，确保破除前结构刚度远大于设计要求；

（3）分段分层破除既有结构，使得既有结构内力变化分步转换；

（4）由于采用静力破除方案，噪音污染小；

（5）加固方案成熟，而且施工工具和场地要求不高，对既有线的运营影响 小。

采用型钢拉杆预先施加拉力，然后在型钢拉杆的保护下分段破除及施工加 固结构，利用型钢拉杆施加拉力来克服结构开洞所引起的变位；利用静力切割 方案，噪声小，粉尘污染小，有利用环境保护及文明、绿色施工。

实验证明：本发明即采用型钢拉杆预加拉力、然后在拉杆保护下分段，分 步破除及加固的方式既充分的利用了型钢拉杆刚度大、控制变形好、易于施工 优点，又利用了静力破除方案噪声小，定位精度高，对周边环境影响小的优点， 植筋又是一种成熟的加固技术，能很大程度的减小工程风险。可广泛应用于城 市地铁换乘车站的改造及扩建工程。

附图说明

图1是本发明加固结构立面示意图；

图2是本发明施工步序立面示意图；

图3新建结构与既有结构关系图；

图4是图2的A-A局部剖面图；

图5是型钢拉杆5中间的螺栓紧固机构放大图；

图6是图2的B-B局部剖面图；

图7是本发明单洞结构立面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图标号：洞口1、拱形顶底梁2、梁底加固层3、补强柱4、型钢拉杆5、 化学螺杆6、楔形钢板7、补强环梁8、化学植筋9、脚手架10、螺栓紧固机构 11、新结构中墙12、新结构中墙钢筋13、既有结构中墙14、既有结构中墙钢筋 15。

一种拱形地铁车站新旧建筑衔接结构，A号线的既有车站与B号线的新建 车站衔接形成换乘车站，在A号线既有车站的侧墙上开洞口，形成与B号线新 建车站相通的通道口，它包括：洞口1、拱形顶底梁2、型钢拉杆5、化学螺杆 6、楔形钢板7，所述的型钢拉杆5为型钢制成的杆件，其分为两节相接，中间 预留间隙，并设有螺栓紧固机构11；在既有车站侧墙上开洞口1范围的拱形顶 底梁2的内侧相对设置多组化学螺杆6，若干两端固定有楔形钢板7的型钢拉杆 5经楔形钢板7与对应的化学螺杆6固定连接，型钢拉杆5连接在拱形顶两侧的 拱形顶底梁2之间并固定；楔形钢板7的外端面与拱形顶底梁2内侧面形状相 近。

它还包括：补强环梁8、化学植筋9；在洞口1范围的拱形顶底梁2外侧与 新建结构之间现浇补强环梁8，拱形顶底梁2与补强环梁8之间用化学植筋9固 定连接，补强环梁8沿洞口1边缘在新建结构内形成封闭环形梁。它还包括： 梁底加固层3，A号线既有车站的侧墙上开洞口1后，在拱形顶底梁2底面之下 设置钢筋砼梁底加固层3，与拱形顶底梁2底面结合成一体。它还包括：补强柱 4，所述的洞口1为两个矩形洞，在既有车站的侧墙上两个矩形洞之间保留一段 侧墙，并向新建车站方向贴建钢筋砼柱，钢筋砼柱上下两端与补强环梁8相接， 该段保留的侧墙与贴建钢筋砼柱结合成一体形成补强柱4。所述的螺栓紧固机构 11为，在型钢拉杆5两节相接的两个端面都分别固接有钢板，钢板相对应地设 置有连接孔，用螺栓穿过连接孔，再用螺母紧固压缩间隙。所述补强环梁8和 梁底加固层3侧面相接浇筑为一体，共同支撑拱形顶底梁2。

一种拱形地铁车站新旧建筑衔接的施工方法，型钢拉杆5两端固定后，用 螺栓紧固机构11压缩间隙施加预拉力，型钢拉杆5预先对拱形顶底梁2施加拉 力，并且预先在外侧支顶，采用新建结构的初期支护支顶既有结构；然后在型 钢拉杆5及支顶结构的保护下分段破除既有车站开洞口1区域的侧墙；待开洞 口1、加固、补强结构施工完毕，最后拆除脚手架10和型钢拉杆5，用脚手架 10架设临时支撑时，脚手架10设置在梁底加固层3下面支撑梁底加固层3。

如图所示，下面结合具体工程实验工程如下：

某车站是A号线、B号线两条线路的换乘车站，其中A号线部分为既有车 站，已经运营三年，分离岛式车站，车站结构为双层单跨拱形暗挖结构，B号线 部分为新建车站，换乘节点范围单层双跨平顶直墙暗挖结构。两站在此十字换 乘，B号线的站台层正穿A号线的站厅层，需要在A号线的侧墙上破除双跨单 层孔洞。

所述分段破除既有车站开洞口1区域的侧墙，包括以下步骤：

步骤一：对既有线车站换乘段进行临时封堵，对既有线换乘段吊顶上部管 线进行改造，施做拱顶脚部型钢拉杆5；B号线车站的初期支护及二次衬砌施工 到A号线边墙外侧并与A号线边墙顶紧；

步骤二：在侧墙上间隔地划分若干个区，凿除Ⅰ区侧墙的内外侧混凝土保 护层，剥离所需的预留钢筋，根据开凿顺序依次切割Ⅰ区的混凝土；

步骤三:施做Ⅰ区范围内既有拱形顶底梁2的梁底加固层3；用脚手架10 架设临时支撑体系，浇筑补强柱4，并与新建结构锚固牢靠；

步骤四：Ⅰ部结构达到设计强度后，凿除Ⅱ区侧墙的内外侧混凝土保护层， 剥离所需的预留钢筋，根据开凿顺序依次切割Ⅱ区的混凝土；

步骤五：保留Ⅰ区的临时支撑；施做Ⅱ区范围内既有拱形顶底梁2的梁底 加固层3，并用脚手架10架设Ⅱ区的临时支撑；

步骤六：待Ⅱ区结构达到设计强度后，同第四、第五步，依次对Ⅲ区进行 开洞和施做既有拱形顶底梁2的梁底加固层3；

步骤七：保留各区的临时支撑，同其他区的施工顺序，依次开凿Ⅳ和Ⅴ区 既有线侧墙结构，按要求加固既有拱形顶底梁2，其中A号线边墙的混凝土通 过金刚石绳锯静力分块切割成可以搬运的大小；

步骤八：待暗挖段结构二次衬砌施工完毕，混凝土结构达到设计强度后， 拆除临时支撑。

图3中虚线表示既有结构。

如果开洞范围为单洞，则将开洞范围分为左右两块，按照前面的步骤进行 加固、破除及浇筑结构。