一种曲线顶管支护结构扩建盾构施工地铁车站的方法

摘要

本发明提供了一种曲线顶管支护结构扩建盾构施工地铁车站的方法，采用曲线顶管技术一次施工直接形成地铁车站外侧支撑结构，减小施工过程中的土体变形量，向支护管道内注入混凝土；随后施工中隔墙，避免中隔墙阻碍地铁车站外侧支撑结构的施工；然后拆除盾构管片，施作车站二衬和附属结构；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，并提供一种曲线顶管支护结构扩建盾构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，一种曲线顶管支护结构扩建盾构施工地铁车站的方法，包括如下步骤：

(1)采用盾构法施工地铁车站预留地下空间形成盾构隧道，盾构隧道由盾构管片支撑，在盾构隧道中安装竖向临时支撑，在盾构隧道上部安装顶管工作平台；

(2)在顶管工作平台上安装顶管设备，在盾构管片顶片两侧对称钻孔切割并安装孔口装置作为顶管始发端，在盾构管片底片两侧对称钻孔切割形成顶管接收端，通过顶管设备采用曲线顶管法向盾构隧道两外侧并排顶进2根以上支护管道，支护管道从盾构隧道顶部始发并在盾构隧道底部接收，沿盾构隧道轴向平行排布的各支护管道构成地铁车站外侧支撑结构；

(3)向各支护管道内填充混凝土，在盾构隧道中施工支撑基础和中隔墙，中隔墙的顶部与盾构管片顶片连接；

(4)拆除竖向临时支撑，沿盾构隧道轴向拆除盾构隧道上部的盾构管片，开挖两侧支护管道与盾构隧道之间的土体，施工拱顶初衬和拱顶二衬；

(5)待拱顶二衬达到设计强度后，拆除位于盾构管片底片上方的盾构管片并对称开挖两侧支护管道与盾构隧道之间的土体至达到地铁车站设计标高，施工侧墙初衬和侧墙二衬，待侧墙二衬达到设计强度后施工底板和地铁车站内部结构，完成地铁车站施工。

步骤(2)中在支护管道上预置注浆孔，支护管道顶进完成后通过支护管道的注浆孔向相邻两根支护管道间的土体进行注浆加固，形成注浆加固区。

步骤(2)中在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，支护管道顶进完成后向冻结管中注入低温流体，低温流体对相邻两根支护管道间的土体进行冻结，形成冻结加固区。

步骤(4)中施工拱顶初衬的具体内容为在地铁车站外侧支撑结构的拱顶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。

步骤(5)中施工侧墙初衬的具体内容为在地铁车站外侧支撑结构的侧壁上施工侧墙防水层并且锚固侧墙模板，施工侧墙二衬的具体内容为在侧墙模板上绑扎钢筋并浇筑混凝土。

步骤(5)中施工底板的具体内容为施工底部防水层并且锚固底部模板，在底部模板上绑扎钢筋并浇筑混凝土。

由上述技术方案可知，本发明提供的曲线顶管支护结构扩建盾构施工地铁车站的方法，采用曲线顶管技术在盾构隧道两侧施工支护管道，支护管道从盾构隧道顶部始发并在盾构隧道底部接收，一次施工即可直接形成地铁车站外侧支撑结构，减小施工过程中的土体变形量，相比于现有技术顺序施工拱顶支撑结构和侧墙支撑结构的方法，本发明精简了施工工序、大大降低了施工时间；盾构隧道自身具有一定强度，可短时间内承受土体压力不变形，本方法一次施工直接形成地铁车站外侧支撑结构，施工时间短，因此地铁车站外侧支撑结构在施工前不需施工中隔墙作为支撑结构，为顶管工作平台和顶管设备的安装提供的足够的空间，并且地铁车站外侧支撑结构在施工过程中无中隔墙阻碍，施工效率更高。

与现有技术相比，本发明提供的施工方法具有如下优点：

(1)采用盾构法直接过站，不需停工等待车站施工，提高了盾构设备的利用率；

(2)地铁车站内部的扩建通过施工支护管道实现，不需对城市道路进行开挖，对城市交通干扰小，工序简单，施工效率高；

(3)支护管道从盾构隧道顶部始发并在盾构隧道底部接收，所有施工操作都在盾构隧道内完成，不需占用其他施工场地；

(4)地铁车站的拱顶由地铁车站外侧支撑结构(支护管道组)的拱顶、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支护管道组，可大大提升拱顶的强度，并且支护管道之间注浆加固形成注浆加固区，一方面增大支护管道管间强度，同时起到良好的防水效果；

(5)采用曲线顶管法顶进支护管道，因此形成的地铁车站外侧支撑结构呈上拱曲线状，曲线状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；

(6)地铁车站的侧壁由地铁车站外侧支撑结构(支护管道组)的侧壁、侧墙初衬和侧墙二衬构成，地铁车站侧壁主要承受来自侧向土体的挤压作用，作用力较大时可能造成侧墙衬砌出现裂纹，本发明针对上述事实采用侧壁三层衬砌结构，在现有侧墙初衬和侧墙二衬的结构上增加支护管道组，可大大提升侧壁的强度，并且支护管道之间注浆加固形成注浆加固区，一方面增大支护管道管间强度，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；

(7)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；

(8)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为本发明提供的施工地铁车站方法的施工原理图。

图2为实施例1中地铁车站外侧支撑结构的A-A剖面图。

图3为施工竖向临时支撑和顶管工作平台的示意图。

图4为曲线顶管法施工地铁车站外侧支撑结构的示意图。

图5为填充混凝土的示意图。

图6为施工支撑基础和中隔墙的示意图。

图7为施工拱顶初衬和拱顶二衬的示意图。

图8为开挖两侧土体至达到地铁车站设计标高的示意图。

图9为施工侧墙初衬、侧墙二衬和底板的示意图。

图10为施工地铁车站内部结构的示意图。

图11为实施例2中地铁车站外侧支撑结构的A-A剖面图。

其中，1-顶片，2-上侧盾构管片，3-中部盾构管片，4-底片，5-左侧竖向临时支撑，6-右侧竖向临时支撑，7-支护管道，8-混凝土，9-支撑基础，10-中隔墙，11-拱顶二衬，12-侧墙二衬，13-底板，14-站台，15-顶管工作平台，16-注浆加固区，17-注浆孔，18-冻结管，19-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：

本发明提供的曲线顶管支护结构扩建盾构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)采用盾构法施工地铁车站预留地下空间形成盾构隧道，盾构隧道由盾构管片支撑，盾构管片包括顶片1、上侧盾构管片2、中部盾构管片3和底片4，在盾构隧道中对称安装左侧竖向临时支5和右侧竖向临时支撑6，在盾构隧道上部安装顶管工作平台15，如图3所示；

(2)在顶管工作平台15上安装顶管设备，在盾构管片顶片1两侧对称钻孔切割并安装孔口装置作为顶管始发端，在盾构管片底片4两侧对称钻孔切割形成顶管接收端，通过顶管设备采用曲线顶管法向盾构隧道两外侧并排顶进2根以上支护管道7，支护管道从盾构隧道顶部始发并在盾构隧道底部接收，参见图4，沿盾构隧道轴向平行排布的各支护管道构成地铁车站外侧支撑结构，顶进前在支护管道上预置注浆孔17，支护管道顶进完成后通过支护管道的注浆孔向相邻两根支护管道间的土体进行注浆加固，形成注浆加固区16，如图2所示；

(3)向各支护管道内填充混凝土，参见图5，在盾构隧道中施工支撑基础9和中隔墙10，中隔墙的顶部与盾构管片顶片1连接，支撑两侧的支护管道7，如图6所示；

(4)拆除左侧竖向临时支5和右侧竖向临时支撑6，沿盾构隧道轴向拆除盾构隧道上部的盾构管片(上侧盾构管片2)，开挖两侧支护管道与盾构隧道之间的土体，在地铁车站外侧支撑结构的拱顶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11，如图7所示；

(5)待拱顶二衬达到设计强度后，拆除位于盾构管片底片上方的盾构管片(中部盾构管片3)并对称开挖两侧支护管道与盾构隧道之间的土体至达到地铁车站设计标高，参见图8，在地铁车站外侧支撑结构的侧壁上施工侧墙防水层并且锚固侧墙模板作为侧墙初衬，在侧墙模板上绑扎钢筋并浇筑混凝土形成侧墙二衬12，参见图9；

(6)待侧墙二衬达到设计强度后施工底部防水层并且锚固底部模板，在底部模板上绑扎钢筋并浇筑混凝土形成底板，最后施工地铁车站内部结构，完成地铁车站施工，如图10所示。

实施例2：

本发明提供的曲线顶管支护结构扩建盾构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)采用盾构法施工地铁车站预留地下空间形成盾构隧道，盾构隧道由盾构管片支撑，盾构管片包括顶片1、上侧盾构管片2、中部盾构管片3和底片4，在盾构隧道中对称安装左侧竖向临时支5和右侧竖向临时支撑6，在盾构隧道上部安装顶管工作平台15，如图3所示；

(2)在顶管工作平台15上安装顶管设备，在盾构管片顶片1两侧对称钻孔切割并安装孔口装置作为顶管始发端，在盾构管片底片4两侧对称钻孔切割形成顶管接收端，通过顶管设备采用曲线顶管法向盾构隧道两外侧并排顶进2根以上支护管道7，支护管道从盾构隧道顶部始发并在盾构隧道底部接收，参见图4，沿盾构隧道轴向平行排布的各支护管道构成地铁车站外侧支撑结构，顶进前在支护管道7内部沿轴向对称安装冻结管18，两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，支护管道顶进完成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，对相邻两根支护管道间的土体进行冻结，形成冻结加固区19，如图11所示；

(3)向各支护管道内填充混凝土，参见图5，在盾构隧道中施工支撑基础9和中隔墙10，中隔墙的顶部与盾构管片顶片1连接，支撑两侧的支护管道7，如图6所示；

(4)拆除左侧竖向临时支5和右侧竖向临时支撑6，沿盾构隧道轴向拆除盾构隧道上部的盾构管片(上侧盾构管片2)，开挖两侧支护管道与盾构隧道之间的土体，在地铁车站外侧支撑结构的拱顶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11，如图7所示；

(5)待拱顶二衬达到设计强度后，拆除位于盾构管片底片上方的盾构管片(中部盾构管片3)并对称开挖两侧支护管道与盾构隧道之间的土体至达到地铁车站设计标高，参见图8，在地铁车站外侧支撑结构的侧壁上施工侧墙防水层并且锚固侧墙模板作为侧墙初衬，在侧墙模板上绑扎钢筋并浇筑混凝土形成侧墙二衬12，参见图9；

(6)待侧墙二衬达到设计强度后施工底部防水层并且锚固底部模板，在底部模板上绑扎钢筋并浇筑混凝土形成底板，最后施工地铁车站内部结构，完成地铁车站施工，如图10所示。