大直径管幕支护下暗挖施工超浅埋大断面地铁车站结构及施工方法

摘要

本发明涉及大直径管幕支护下暗挖施工超浅埋大断面地铁车站结构及施工方法，属于隧道及地下工程工程建设领域，它的主要特点是能在超浅埋条件下实现暗挖地铁车站施工，而不影响地面交通及建构筑物。本发明的结构形式为：顶部采用大直径带翼缘圆形钢管管幕、侧边采用围护桩，两者通过冠梁有机的联系在一起共同形成初期支护，在此基础上开挖洞室内土体和浇筑二次结构。相比传统的浅埋暗挖工法，本发明能显著减少车站埋深，降低工程造价，还能实现暗挖的三层乃至多层地下结构；此外，传统浅埋暗挖工法实现的地铁车站顶部一般为拱结构，空间利用率低，而本工法突破这一制约，所实现的车站均为矩形断面，施工后的地铁车站顶部为水平面，空间利用率大大提高。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道及地下工程建设领域，特别是地铁车站施工时支护体系采用管幕法结合洞桩法施工暗挖多层车站的情况。

背景技术

管幕顶进法主要适用于柔软地层，该工法起源于20世纪欧洲，目前，国内暗挖车站主要采用浅埋暗挖法施工，且主要为双层拱顶直墙结构，为降低施工风险，车站埋深一般控制在7m以上。暗挖车站在我国北方地区较为普遍，工程经验十分丰富，但暗挖三层或三层以上车站尚无完整的案例。在国内地铁工程领域，特别是在超浅埋（覆土3m）条件下，尚未有暗挖地铁多层车站的先例，传统浅埋暗挖工法实现的地铁车站顶部一般为拱结构，空间利用率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种超浅埋条件下施做地铁多层车站的施工工法，并且能不影响地面交通、管线和建构筑物，有效控制地表沉降，降低工程造价，提高隧道结构耐久性。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

大直径管幕支护下暗挖施工超浅埋大断面地铁车站施工方法，其特征在于，包括如下施工步骤：

1）开挖和支护工作井；

2）加工制作管幕，在管幕上焊接翼缘板，在钢管管幕上开设连接孔；

3）利用工作井作为施工作业面，通过千斤顶水平分段顶进管幕至设计里程；

4）顶进过程中及时进行管内、管间人工清土工作；

5）相邻的管幕通过连接件横向连接成整体；

6）在工作井中通过导管向管幕内和管间灌注混凝土；

7）先下后上依次开挖下导洞、上导洞，完成上下导洞支护，通过上导洞对管幕脚部的地层进行注浆加固； 

8）在下导洞、上导洞内施做底部防水层和底纵梁，并预留钢管柱节点，待底纵梁达到设计强度后，在负一层内施做安装钢管柱、铺设顶部防水层、顶纵梁和部分顶板；

9）对称分块开挖负一层土体，拆除上导洞；

10）在贯通的负一层内施做边桩和冠梁，并将冠梁和侧向管幕用抗剪筋连接成整体；

11）铺设负一层剩余防水层，施做负一层二次结构，并通过牛腿简支于冠梁上；

12）向下开挖至负一层中板设计标高，铺设侧墙防水层，浇筑负一层中板，并完成负一层的二次结构封闭；

13）向下开挖至各层板设计标高，按步骤12）方式，完成剩余各层防水及二次结构浇筑；

14）施做车站内部结构，进行建筑砌筑和装修，完成车站施工。

步骤1）中所述的工作井由临时施工竖井或车站明挖基坑组成。

所述的管幕为圆形钢管管幕，直径为0.7~1.2m。

在步骤9）中，拆除上导洞之前，在管幕角部架设斜撑。

一种大直径管幕支护下暗挖施工超浅埋大断面地铁车站结构，按前述步骤施工后的地铁车站顶部为水平面。

本发明的有益效果：本发明方案顶部采用大直径带翼缘钢管管幕、侧边采用围护桩，两者通过冠梁有机的联系在一起共同形成初期支护，在此基础上开挖洞室内土体和浇筑二次结构。相比传统的浅埋暗挖工法，本发明不仅吸收了管幕法刚度大、沉降控制卓越的特点，还汲取了国内暗挖洞桩法灵活多变的优点，该方案能够实现超浅埋（覆土3m）施工地下三层乃至多层车站，显著降低工程造价；采用本发明工法施工的车站均为矩形断面，车站顶部为水平面，空间利用率大大提高。此外，本发明利用管幕和围护桩作为先期支护，通过逆作法完成车站二次结构施工，最大限度减少临时工程量，还能实现全包防水，解决多层车站抗浮不足问题，真正实现“安全可靠、经济适用、技术先进”的设计理念。

附图说明

图1是工作井平面示意图。

图2是工作井断面示意图。

图3是 0.9m直径带翼缘、螺栓孔圆形钢管管幕结构示意图。

图4是边桩和冠梁与管幕连接示意图。

图5-1是车站开挖工序一示意图。

图5-2是车站开挖工序二示意图。

图5-3是车站开挖工序三示意图。

图5-4是车站开挖工序四示意图。

图5-5是车站开挖工序五示意图。

图5-6是车站开挖工序六示意图。

图5-7是车站开挖工序七示意图。

图5-8是车站开挖工序八示意图。

图5-9是车站开挖工序九示意图。

图5-10是车站开挖工序十示意图。

具体实施方式

如图所示，以实现暗挖三层三跨车站为例，本工法发明所采用的技术方案包括如下步骤：

1）开挖和支护两个工作井1，工作井1由临时施工竖井或车站明挖基坑组成，其结构如图1、2所示；

2）加工制作钢管管幕2，如图2所示，在钢管管幕2上焊接翼缘板11，在钢管管幕2上开设螺栓孔；

 3）利用工作井1作为施工作业面，通过千斤顶水平分段顶进钢管管幕2至设计里程；钢管管幕2距离地面大约3m；实现超浅埋施工作业；

4）顶进过程中及时进行管内、管间人工清土工作；

5）在钢管管幕2内安装横向螺栓3和螺帽4，将钢管管幕2横向连接成整体；

6）在工作井1中通过导管向管幕2内和管间灌注混凝土；

上述步骤完成后状态如图5-1所示；

7）待管幕支护大达到设计强度后，以两端工作井1为工作面，按先下后上的原则，依次开挖下导洞5、上导洞10，及时完成下导洞5及上导洞10的支护，并通过上导洞10对管幕脚部处地层进行注浆加固；完成状态如图5-2所示；

 8）在下导洞5、上导洞10内施做底部防水层和底纵梁13，并预留钢管柱节点，待底纵梁13达到设计强度后，在负一层内施做安装钢管柱、铺设顶部防水层、顶纵梁14和部分顶板；完成状态如图5-3所示；

9）对称开挖负一层中跨、边跨土体，在管幕角部架设斜撑6，并拆除上导洞10结构；完成状态如图5-4所示；

10）在贯通的负一层内施做边桩7和冠梁8，并将冠梁8和侧向管幕2用抗剪筋连接成整体；完成状态如图5-5所示；

11）铺设负一层剩余防水层，施做负一层二次结构，二次结构包括：顶板结构，侧墙结构等，并通过牛腿9简支于冠梁8上；完成状态如图5-6所示；

12）向下开挖至负一层中板设计标高，铺设侧墙防水层，浇筑负一层中板，并完成负一层的二次结构封闭；完成状态如图5-7所示；

13）向下开挖至负二层板设计标高，铺设侧墙防水层，浇筑负二层中板，并完成负二层的二次结构封闭；完成状态如图5-8所示；

14）向下开挖至负三层底板设计标高，拆除下导洞5，铺设侧墙防水层，浇筑底板，并完成负三层的二次结构封闭；完成状态如图5-9所示；

15）施做车站内部结构，进行建筑砌筑和装修，完成车站施工。完成状态如图5-10所示。

前述钢管管幕2内径由结构受力、施工操作空间和构造要求等综因素合决定，常用直径范围0.7m~1.2m，钢管管幕2的翼缘可采用焊接的钢板或角钢，螺栓孔应在钢管管幕2制作阶段根据设计文件要求定位预留。

管幕内安装横向螺栓3和螺帽4，其螺栓3和螺帽4的直径、长度和材料由结构受力和构造要求等综因素合决定。只要满足结构受力和构造要求，本发明还可以采用其他类型的横向连接件。

上导洞10、下导洞5的尺寸及支护参数由结构受力、施工操作空间和构造要求等综因素合决定，亦可参考普通暗挖洞桩法车站相关参数。只要满足结构受力、构造和施工可操作要求，本发明还可以采用其他类型导洞，下导洞5的具体位置可根据设计层数确定，下导洞位于施工的最底层，如施工共为负二层，将下导洞施做在负二层位置，施工共为负三层，则将下导洞施做在负三层位置，依次类推。

边桩7和冠梁8的尺寸及支护参数由结构受力、施工操作空间和构造要求等综因素合决定，在三层及及三层以上车站中，侧向围护结构建议采用边桩7和冠梁8，单层或双层车站经计算核实后，可采用钢管管幕2作为侧向围护结构。只要满足结构受力、构造和施工可操作要求，本发明还可以采用其他类型侧向围护结构。

牛腿9的结构尺寸及配筋由结构受力和构造要求等综因素合决定，可与负一层侧墙二次结构浇筑在一起。只要满足结构受力和构造要求，本发明还可以采用其他类型牛腿结构。