一种平行盾构法扩建施工地铁车站的方法

摘要

本发明提供了一种平行盾构法扩建施工地铁车站的方法，采用间距平行盾构法在地铁车站预留地下空间形成两条相互平行的盾构隧道，两条盾构隧道中位于外侧的盾构管片即为地铁车站的侧壁支护结构；通过曲线顶管法向两条盾构隧道之间顶进上支护管道和下支护管道，构成顶部支撑结构和底部支撑结构，顶部支撑结构和底部支撑结构支撑并连接两条盾构隧道，形成地体车站的外围支护结构；该方法具有施工效率高、工序简单的特点，大大减小了车站开挖对城市环境影响，提高盾构地铁施工效率，节约施工成本，并且能适应城市浅埋复杂地质条件，使用该方法建筑的地铁车站结构强度高，支护安全可靠。

说明书

技术领域

本发明涉及一种扩建盾构施工地铁车站的方法，属于地下工程非开挖技术领域。

背景技术

随着我国经济发展和城市化水平提高，交通问题已经成为制约城市发展的关键问题，亟需解决。盾构法地铁作为城市公共交通网络的重要组成部分，对缓解交通堵塞、提高城市发展速度、提升城市的现代化水平发挥着巨大的作用。但是由于盾构区间距离短，车站数量多，盾构往往必须等待车站完工后才能转场，导致非正常掘进时间过多，盾构设备利用率偏低，造成工期延误现象，增加施工成本，因此盾构车站是制约地铁施工周期和成本的主要因素。

目前，地铁车站的常用的施工方法包括明挖法、盖挖法和暗挖法等。明挖法适用于宽阔的施工场地，对城市生活干扰大，长时间阻断交通，噪声及震动等对环境的影响。盖挖法板墙柱施工接头较多，需进行防水处理，出土不方便，工效低，施工速度慢。暗挖法施工工期较长，地层沉陷对相邻建筑物安全性的影响较大，施工风险大，工程造价也很高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，并提供一种平行盾构法扩建施工地铁车站的方法，该方法具有施工效率高、工序简单的特点，大大减小了车站开挖对城市环境影响，提高盾构地铁施工效率，节约施工成本，并且能适应城市浅埋复杂地质条件，使用该方法建筑的地铁车站结构强度高，支护安全可靠。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种平行盾构法扩建施工地铁车站的方法，包括如下步骤：

(1)采用间距平行盾构法施工地铁车站预留地下空间形成两条相互平行的盾构隧道，两条盾构隧道均由盾构管片支撑；

(2)在两条盾构隧道的顶部和底部分别安装顶管工作平台，在顶管工作平台上安装顶管设备，在两条盾构隧道相近一侧的上部盾构管片上钻孔切割并安装孔口装置作为顶部顶管机的始发端和接收端，在两条盾构隧道的盾构管片底片相近的一侧上钻孔切割作为底部顶管机的始发端和接收端，通过顶管设备采用曲线顶管法向两条盾构隧道之间并排顶进2根以上上支护管道和下支护管道，上支护管道和下支护管道穿过两条盾构隧道之间的地层，两端与盾构管片连接，沿盾构隧道轴向平行排布的上支护管道和下支护管道分别构成顶部支撑结构和底部支撑结构；

(3)向各上支护管道和下支护管道内填充混凝土，拆除两条盾构隧道顶部和底部的顶管工作平台，在两条盾构隧道底部施工隧道底板，安装竖向临时支撑；

(4)在隧道底板上施工立柱，立柱上部与上部盾构管片连接，沿盾构隧道轴向拆除上部盾构管片位于上支护管道下方的部分，开挖位于上支护管道下方的土体，施工拱顶初衬和拱顶二衬；

(5)待拱顶二衬达到设计强度后，沿盾构隧道轴向拆除上支护管道和下支护管道之间的盾构管片并分层开挖土体至达到地铁车站设计标高，拆除竖向临时支撑，施工支护底板，支护底板与两侧的隧道底板相互齐平，构成车站底板；

(6)待车站底板达到设计强度后施工地铁车站内部结构，完成地铁车站施工。

步骤(2)中在上支护管道和下支护管道上预置注浆孔，上支护管道和下支护管道顶进完成后通过注浆孔向管间土体进行注浆加固，形成注浆加固区。

步骤(2)中在上支护管道和下支护管道内部沿轴向对称安装两根相互连通的冻结管，两根冻结管对称分布于所在支护管道内径的两端并且与所在支护管道的内壁贴合，上支护管道和下支护管道顶进完成后向冻结管中注入低温流体，低温流体通过冻结管对管间土体进行冻结，形成冻结加固区。

步骤(4)中施工拱顶初衬的具体内容为在顶部支撑结构上施工顶部防水层并且锚固拱顶模板，施工拱顶二衬的具体内容为在拱顶模板上绑扎钢筋并浇筑混凝土。

所述竖向临时支撑包括左侧临时支撑、中部临时支撑和右侧临时支撑。

所述车站底板包括从下至上依次施工的底部防水层、底部模板和钢筋混凝土结构，钢筋绑扎于底部模板上。

由上述技术方案可知，本发明提供的平行盾构法扩建施工地铁车站的方法，采用间距平行盾构法在地铁车站预留地下空间形成两条相互平行的盾构隧道，两条盾构隧道中位于外侧的盾构管片即为地铁车站的侧壁支护结构；通过曲线顶管法向两条盾构隧道之间顶进上支护管道和下支护管道，构成顶部支撑结构和底部支撑结构，顶部支撑结构和底部支撑结构支撑连接两条盾构隧道，形成地体车站的外围支护结构；本发明提供的方法施工的地铁车站的支护结构为盾构管片-支护管道-盾构管片的结构，相比于现有的支护管道-盾构管片-支护管道结构，可获得更大的地铁车站空间，适用于人流量大的地区，并且结构更稳固。

与现有技术相比，本发明提供的施工方法具有如下优点：

(1)采用间距平行盾构法先行过站，形成平行隧道，避免车站施工对盾构掘进影响，提高了设备的利用率；

(2)采用曲线顶管技术施工支护管，相比其他支护结构施工方法，具有施工效率高，对周边环境影响小的优点；

(3)上支护管道和下支护管道的始发端和接收端均位于盾构隧道中，无需占用额外施工场地和城市土方开挖，对城市交通无影响；

(4)采用曲线顶管法顶进上支护管道和下支护管道均，因此形成的顶部支撑结构和底部支撑结构呈拱形，拱形增加了支护管道的受力面积同时扩大了车站空间，并且支护管道的受力更加合理；

(5)地铁车站的拱顶由顶部支撑结构(上支护管道组)、拱顶初衬和拱顶二衬构成，相比于侧部和底部，拱顶上方土体较薄因此强度小于车站侧部和底部，在现有拱顶初衬和拱顶二衬的结构上增加上支护管道组，可大大提升拱顶的强度，并且上支护管道之间注浆加固形成注浆加固区，一方面增大上支护管道管间强度，同时起到良好的防水效果，对于地下水压力较大或注浆加固效果较差时，可在上支护管道和下支护管道内安装冻结管，两根冻结管对称分布于所在支护管道内径的两端，并且与所在支护管道的内壁贴合，向冻结管中注入低温流体，低温流体从其中一根冻结管中流入并从所在支护管道中的另一根冻结管总流出，对相邻两根支护管道间的土体进行冻结，起止水、冻结加固管间土体的作用，因此本方法不需额外的为止水而进行的降水作业；

(6)地铁车站的侧壁为两条盾构隧道中位于外侧的盾构管片，因此盾构隧道施工完成时即形成地铁车站的侧壁支护结构，本方法取消了现有技术中施工侧壁支护结构的工序，大大精简了地铁车站的施工工序、缩短施工周期；

(7)地铁车站的底板由相互齐平的支护底板与两侧的隧道底板构成，底部支撑结构(下支护管道组)位于支护底板下方，大大增强了用于行人候车的支护底板的强度；

(8)各支护管道中均填充混凝土，结构刚度大，稳定性好，减小后续车站开挖引起的周围土体变形；

(9)本发明提供的初衬、二衬以及底板采用内设防水层并且模板上绑扎钢筋并浇筑混凝土的结构，防水层起到二次防水的作用，模板、钢筋与混凝土浇注形成的结构刚度大，稳定性好同时具有良好耐久性。

附图说明

图1为本发明提供的平行盾构法扩建施工地铁车站的方法的施工原理图。

图2为实施例1中顶部支撑结构的A-A剖面图。

图3为间距平行盾构法施工平行隧道的示意图。

图4为曲线顶管法施工顶部支撑结构和底部支撑结构的示意图。

图5为填充混凝土的示意图。

图6为施工竖向临时支撑的示意图。

图7为施工立柱的示意图。

图8为施工拱顶初衬和拱顶二衬的示意图。

图9为开挖两侧土体至达到地铁车站设计标高的示意图。

图10为施工底板的示意图。

图11为施工地铁车站内部结构的示意图。

图12为去除立柱的地铁车站的结构示意图。

图13为实施例2中顶部支撑结构的A-A剖面图。

其中，1-顶片，2-上部盾构管片，3-中部盾构管片，4-底片，5-上支护管道，6-下支护管道，7-隧道底板，8-左侧临时支撑，9-中部临时支撑，10-右侧临时支撑，11-立柱，12-拱顶二衬，13-支护底板，14-站台，15-上顶管施工平台，16-下顶管施工平台，17-注浆加固区，18-注浆孔，19-混凝土，20-冻结管，21-冻结加固区。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。

实施例1：

本发明提供的平行盾构法扩建施工地铁车站的方法，施工原理如图1所示，包括如下步骤：

(1)采用间距平行盾构法施工地铁车站预留地下空间形成两条相互平行的盾构隧道，两条盾构隧道均由盾构管片支撑，盾构管片包括顶片1、上部盾构管片2、中部盾构管片和底片4，如图3所示；

(2)在两条盾构隧道的顶部和底部分别安装顶管工作平台，分别为上顶管施工平台15和下顶管施工平台16，在上顶管施工平台15上安装顶部顶管机、下顶管施工平台16上安装底部顶管机，在两条盾构隧道相近一侧的上部盾构管片2上钻孔切割并安装孔口装置作为顶部顶管机的始发端和接收端，在两条盾构隧道的盾构管片底片相近的一侧上钻孔切割作为底部顶管机的始发端和接收端，通过顶管设备采用曲线顶管法向两条盾构隧道之间并排顶进2根以上上支护管道5和下支护管道6，上支护管道5和下支护管道6穿过两条盾构隧道之间的地层，两端与盾构管片连接，沿盾构隧道轴向平行排布的上支护管道5和下支护管道6分别构成顶部支撑结构和底部支撑结构，如图4所示，顶进前在上支护管道5和下支护管道6上预置注浆孔18，上支护管道5和下支护管道6顶进完成后通过注浆孔向管间土体进行注浆加固，形成注浆加固区17，如图2所示；

(3)向各上支护管道5和下支护管道6内填充混凝土19，如图5所示，拆除两条盾构隧道的上顶管施工平台15和下顶管施工平台16，在两条盾构隧道底部从下至上依次施工底部防水层、底部模板和钢筋混凝土结构作为隧道底板7，其中钢筋绑扎于底部模板上，安装左侧临时支撑8、中部临时支撑9和右侧临时支撑10，如图6所示；

(4)在隧道底板两侧对称施工立柱11，立柱11上部与上部盾构管片2连接，支撑两排立柱之间的上支护管道5和下支护管道6，如图7所示；

(5)沿盾构隧道轴向拆除上部盾构管片2位于上支护管道5下方的部分，开挖位于上支护管道下方的土体，在顶部支撑结构上施工顶部防水层并且锚固拱顶模板作为拱顶初衬，在拱顶模板上绑扎钢筋并浇筑混凝土形成拱顶二衬12，如图8所示；

(6)待拱顶二衬达到设计强度后，沿盾构隧道轴向拆除上支护管道5和下支护管道6之间的盾构管片并分层开挖土体至达到地铁车站设计标高，如图9所示，拆除左侧临时支撑8、中部临时支撑9和右侧临时支撑10，在底部支撑结构上从下至上依次施工底部防水层、底部模板和钢筋混凝土结构作为隧道底板13，其中钢筋绑扎于底部模板上，支护底板13与两侧的隧道底板7相互齐平，构成车站底板，如图10所示；

(7)待车站底板达到设计强度后施工地铁车站内部结构，完成地铁车站施工，如图11和12所示。

实施例2：

本发明提供的平行盾构法扩建施工地铁车站的方法，施工原理如图1所示，包括如下步骤：

(1)采用间距平行盾构法施工地铁车站预留地下空间形成两条相互平行的盾构隧道，两条盾构隧道均由盾构管片支撑，盾构管片包括顶片1、上部盾构管片2、中部盾构管片和底片4，如图3所示；

(2)在两条盾构隧道的顶部和底部分别安装顶管工作平台，分别为上顶管施工平台15和下顶管施工平台16，在上顶管施工平台15上安装顶部顶管机、下顶管施工平台16上安装底部顶管机，在两条盾构隧道相近一侧的上部盾构管片2上钻孔切割并安装孔口装置作为顶部顶管机的始发端和接收端，在两条盾构隧道的盾构管片底片相近的一侧上钻孔切割作为底部顶管机的始发端和接收端，通过顶管设备采用曲线顶管法向两条盾构隧道之间并排顶进2根以上上支护管道5和下支护管道6，上支护管道5和下支护管道6穿过两条盾构隧道之间的地层，两端与盾构管片连接，沿盾构隧道轴向平行排布的上支护管道5和下支护管道6分别构成顶部支撑结构和底部支撑结构，如图4所示，顶进前在上支护管道5和下支护管道6内部沿轴向对称安装两根冻结管20，两根冻结管对称分布于所在支护管道内径的两端并且与所在支护管道的内壁贴合，上支护管道5和下支护管道6顶进完成后后向冻结管中注入低温流体，低温流体从其中一根冻结管中流入并从所在支护管道中的另一根冻结管总流出，通过冻结管对管间土体进行冻结，形成冻结加固区21，如图13所示；

(3)向各上支护管道5和下支护管道6内填充混凝土19，如图5所示，拆除两条盾构隧道的上顶管施工平台15和下顶管施工平台16，在两条盾构隧道底部从下至上依次施工底部防水层、底部模板和钢筋混凝土结构作为隧道底板7，其中钢筋绑扎于底部模板上，安装左侧临时支撑8、中部临时支撑9和右侧临时支撑10，如图6所示；

(4)在隧道底板两侧对称施工立柱11，立柱11上部与上部盾构管片2连接，支撑两排立柱之间的上支护管道5和下支护管道6，如图7所示；

(5)沿盾构隧道轴向拆除上部盾构管片2位于上支护管道5下方的部分，开挖位于上支护管道下方的土体，在顶部支撑结构上施工顶部防水层并且锚固拱顶模板作为拱顶初衬，在拱顶模板上绑扎钢筋并浇筑混凝土形成拱顶二衬12，如图8所示；

(6)待拱顶二衬达到设计强度后，沿盾构隧道轴向拆除上支护管道5和下支护管道6之间的盾构管片并分层开挖土体至达到地铁车站设计标高，如图9所示，拆除左侧临时支撑8、中部临时支撑9和右侧临时支撑10，在底部支撑结构上从下至上依次施工底部防水层、底部模板和钢筋混凝土结构作为隧道底板13，其中钢筋绑扎于底部模板上，支护底板13与两侧的隧道底板7相互齐平，构成车站底板，如图10所示；

(7)待车站底板达到设计强度后施工地铁车站内部结构，完成地铁车站施工，如图11和12所示。