用于修建超浅埋大断面暗挖地铁车站的管幕支护结构的施工方法

摘要

本发明涉及一种用于修建超浅埋大断面暗挖地铁车站的管幕支护结构的施工方法。在四个顶角处依次顶进圆形钢管和矩形钢管，相邻矩形钢管通过环形锁扣密封连接，形成侧向支撑部和横向支撑部；将钢绞线贯穿侧、横向支撑部，钢绞线的两端固定于圆形钢管内，张拉钢绞线施加预应力，在侧向、横向支撑部和圆形钢管内填充混凝土，形成管幕支护结构，再施作导洞和中柱，形成整体支护体系，全断面开挖，分别施作车站的顶板、中板、底板和侧墙等。本发明提供的管幕支护结构具有较强的刚度和承载力，无需在钢管间浇筑混凝土简化了施工工序；管幕支护结构与洞桩法相结合，可用于修建多层多跨地铁暗挖车站，形成的矩形断面提高了空间利用率。

说明书

技术领域

本发明属于隧道及地下工程建设技术领域，具体涉及地铁车站施工时，采用管幕结构结合洞桩法修建多层多跨地铁暗挖车站的施工方法。

背景技术

管幕工法经过国内学多年的研究和在工程中的成功实施，其工艺已发展成熟。传统的管幕工法经过诸多学者的研究创新衍生出了多种新型管幕工法，如NIT工法（NewItalian Tunneling Method）、TRCM工法（Tubular Roof Construction Method）、NTR工法（New Tublar Roof Method）、STS工法（Steel Tube Slab Method）等。这些新型管幕工法都取得了一定的工程应用价值，但也存在一些不足，如NIT工法、TRCM工法和NTR工法需要在钢管内进行钢筋绑扎作业条件差，且钢管切口、焊缝较多，对防水质量有一定影响。STS工法的加固工作非常繁琐且对质量的把控有一定难度。国内车站暗挖时主要采用浅埋暗挖施工，车站顶部一般为拱结构，空间利用率低，且主要采用双层拱顶直墙结构，为了降低风险，车站一般设计为两层且埋深通常不超过7 m。目前在超浅埋地层中暗挖施工三层及三层以上车站结构的工程案例较少,提供安全、有效的修建多层多跨地铁暗挖车站的施工方法具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明针对现有管幕工法和暗挖车站施工技术存在的不足，提供一种能有效提高管幕支护体系的横向刚度和承载力，显著减少车站埋深，降低工程造价，且能实现对地面交通和周边构筑物零扰动的用于修建超浅埋大断面暗挖地铁车站的管幕支护结构的施工方法。

实现本发明目的的技术方案是提供一种用于修建超浅埋大断面暗挖地铁车站的管幕支护结构的施工方法，先施作工作井，在工作井内安装用于顶进钢管的装置，再进行如下步骤的施工：

（1）预制圆形钢管和矩形钢管：在矩形钢管的两侧分别设置一对环形锁扣；在圆形钢管的一侧管壁和矩形钢管的两侧管壁，沿轴向等间离分段设置若干个四个边角处通孔；

（2）以预制的圆形钢管为四个顶角，按设计位置通过顶管机依次顶进；在两侧的圆形钢管之间和上端水平向的圆形钢管之间，分别通过顶管机依次顶进矩形钢管，相邻钢管通过环形锁扣密封连接形成矩形腔，由若干个矩形钢管和矩形腔依次连接，分别形成侧向支撑部和横向支撑部；

（3）将钢绞线经通孔分别贯穿侧向支撑部和横向支撑部，钢绞线的两端通过固定装置固定于圆形钢管内，张拉钢绞线施加预应力，在侧向、横向支撑部和圆形钢管内填充混凝土；

（4）待混凝土达到设计强度后，在形成的管幕支护结构下进行主体施工；

（5）分别施作开挖上导洞和下导洞，同时进行各导洞的支护；

（6）在下导洞内施作底纵梁和防水层，在上导洞内施作顶纵梁和防水层，再施作钢管柱，形成整体支护体系；

（7）先开挖负一层中跨土，再同时开挖边跨土体，拆除上导洞结构，施作负一层顶板和侧墙结构；

（8）向下继续开挖土方至负一层中板处，铺设侧墙防水层，浇筑负一层中板结构和侧墙结构，完成负一层的二衬结构；

（9）向下依次开挖到分层板设计标高，按步骤（8）完成剩余各层防水和二衬结构浇筑；

（10）待中板混凝土达到设计强度后，开挖至底板设计标高，凿除下导洞砼；施作低纵梁中间部分车站底板；

（11）待中跨结构底板施工完成并达到设计强度的75%后，分段、跳段开挖边跨范围内的土方至底板下方，施作垫层、防水层和结构底板；

（12）待底板混凝土强度达到设计强度75%后，施作剩余防水层及地下二层结构侧墙，随后施作内部附属设施，完成车站施工。

本发明所述的一种用于修建超浅埋大断面暗挖地铁车站的管幕支护结构的施工方法，其管幕支护的矩形腔的宽度与矩形钢管的宽度相同；沿矩形钢管轴向钢绞线的设置间距为0.5～1 m；在支撑部和圆形钢管内填充的混凝土为超流态自密实混凝土。

本发明提供的一种用于修建超浅埋大断面暗挖地铁车站的管幕支护施工方法，其施工后的地铁车站为矩形断面。

本发明提供的支护体系弥补了现有管幕工法和车站施工的局限性和存在的不足，其有益效果体现在以下几个方面：

1.与传统的锁扣、钢板连接方式相比，通过对钢绞线施加预应力来增加钢管群的承载力，极大的减少了钢管内部的切口、焊缝数量。

2.嵌入钢绞线的孔洞可以预制完成，有效的避免了在管内狭小的空间进行作业，提高了施工效率。

3.与现有技术采用圆形钢管相比，本发明的中部采用矩形钢管，可有效的增大钢管间的接触面积，不需要进行管间注浆，大大提高了其横向刚度和承载力；能显著减少车站埋深，降低工程造价。

4.修建暗挖车站为矩形断面，空间利用率大大提高，可用于超浅埋工程。

5.采用本发明提供的管幕结构结合洞桩法可用于修建多层多跨的地铁暗挖车站且能实现对地面交通和周边构筑物零扰动。

附图说明

图1是本发明实施例提供的管幕支护结构的示意图；

图2是本发明实施例用于矩形钢管之间环形锁扣搭接的示意图；

图3是本发明实施例提供的矩形钢管与环形锁扣的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的圆形钢顶管内部固定钢绞线的固定装置结构示意图；

图5～9分别依次是本实施例提供的车站开挖部分工序的示意图；

图10是本发明实施例提供的管幕结构结合洞桩法用于修建多层多跨的地铁暗挖车站的施工示意图；

图中：1.圆形钢管；2.矩形钢管；3. 环形锁扣；4.钢绞线；5.固定装置；6.混凝土；7.上导洞；8.下导洞；9.顶纵梁；10.底纵梁；11.钢管柱；12.中板；13.底板；14.矩形腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的详细阐述。

实施例1

本发明采用一种基于预应力钢绞线和环形锁扣连接的管幕支护结构，用于修建超浅埋大断面暗挖地铁车站。

参见附图1，它是本实施例提供的管幕支护结构的示意图，管幕支护结构主要包括支撑部、圆形钢管和钢绞线，支撑部为垂直向设置于两侧的侧向支撑部及连接侧向支撑部之间水平向设置的横向支撑部，在侧向支撑部的顶部和底部分别设置圆形钢管1，侧向支撑部顶部设置的圆形钢管分别与横向支撑部的两端连接；横向支撑部、侧向支撑部分别由若干个矩形钢管2和矩形腔14连接而成，矩形钢管2的两侧分别设有一对环形锁扣3，相邻矩形钢管通过环形锁扣3密封连接形成矩形腔14；矩形钢管的两侧管壁上，沿轴向分段设有若干对通孔，预应力钢绞线4经通孔分别贯穿侧向支撑部和横向支撑部，钢绞线的两端由固定装置5在圆形钢管内固定；在支撑部的矩形钢管和矩形腔及圆形钢管内填充混凝土6。在本实施例中，矩形腔的宽度与矩形钢管的宽度相同，填充的混凝土为超流态自密实混凝土。一般情况下，沿矩形钢管轴向钢绞线的设置间距为0.5～1 m，具体的间距范围可根据实际工程需要进行设定；施加于钢绞线的预应力应不超过0.7倍的钢绞线极限强度，具体的数值大小根据实际工程需要进行设计。

参见附图2，它是本实施例中用于钢管之间环形锁扣搭接的示意图；参见附图3，它是本实施例提供的矩形钢管与环形锁扣的结构示意图；由图2和3可见，矩形钢管2的两侧分别固定了一对配合的环形锁扣3，相邻钢管通过环形锁扣3密封连接形成矩形腔14，横向支撑部、侧向支撑部分别由若干个矩形钢管2和矩形腔14连接而成；横向支撑部的两端与圆形钢管1连接。

参见附图4，它是本实施例提供的圆形钢顶管内部固定钢绞线的固定装置结构示意图。分别贯通横向支撑部和侧向支撑部的钢绞线4，由固定装置5在圆形钢管1内固定。

采用本实施例提供的管幕支护结构，以实现暗挖车站为例，所采用的技术方案包括如下步骤：

（1）施作工作井，在工作井内安装用于顶进钢管的装置；

（2）预制圆形钢管和矩形钢管：在矩形钢管的两侧分别设置一对环形锁扣；在圆形钢管的一侧管壁和矩形钢管的两侧管壁，沿轴向等间离分段设置若干个预制的通孔；

（3）以预制的圆形钢管为四个顶角，按设计位置通过顶管机依次顶进；在两侧的圆形钢管之间和水平向的圆形钢管之间，分别通过顶管机依次顶进矩形钢管，相邻钢管通过环形锁扣密封连接形成矩形腔，由若干个矩形钢管和矩形腔依次连接，分别形成侧向支撑部和横向支撑部；

（4）将钢绞线经通孔分别贯穿侧向支撑部和横向支撑部，钢绞线的两端通过固定装置固定于圆形钢管内，张拉钢绞线施加预应力，在侧向、横向支撑部和圆形钢管内填充混凝土；

（5）待混凝土达到设计强度后，在形成的管幕支护结构下进行主体施工。

参见附图5、6、7、8和9依次分别是本实施例提供的车站开挖部分工序的示意图；主体施工具体步骤如下：

（1）参见附图5，分别施作开挖上导洞7和下导洞8，同时进行各导洞的支护；

（2）参见附图6，在下导洞内施作底纵梁10和防水层，在上导洞内施作顶纵梁9和防水层，再施作钢管柱11，形成整体支护体系；

（3）参见附图7，先开挖负一层中跨土，再同时开挖边跨土体，拆除上导洞结构，施作负一层顶板和侧墙结构；

（4）参见附图8，向下继续开挖土方至负一层中板12处，铺设侧墙防水层，浇筑负一层中板结构和侧墙结构，完成负一层的二衬结构；

（5）参见附图9，向下依次开挖到分层板设计标高，按步骤（4）完成剩余各层防水和二衬结构浇筑；

（6）待中板混凝土达到设计强度后，开挖至底板设计标高，凿除下导洞砼；施作低纵梁中间部分车站底板；

（7）待中跨结构底板施工完成并达到设计强度的75%后，分段、跳段开挖边跨范围内的土方至底板下方，施作垫层、防水层和结构底板；

（8）参见附图10，是本实施例提供的管幕结构结合洞桩法用于修建多层多跨的地铁暗挖车站的施工示意图，待底板13混凝土强度达到设计强度75%后，施作剩余防水层及地下二层结构侧墙，再施作内部附属设施，完成车站施工。