本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种中洞法零距离穿越既有地铁车站的托换体系及其施工方法。
背景技术
随着城市轨道交通线网的不断加密，后续地铁线路建设时，受已建地铁线路与周边环境的影响，在线路走向与铺设方式、空间关系与结构型式、以及施工方法与工程措施等方面的要求更加苛刻。为了实现城市轨道交通各条线路之间的短距离换乘，提升地铁车站服务功能与服务品质，新建地铁车站近距离甚至零距离下穿既有地铁车站的情况越来越多。在新建地铁车站施工过程中，除自身结构安全外，重中之重是确保既有地铁车站的安全运营不受新建工程影响。常规分区域分层多导洞开挖存在开挖断面小、施工工序多、受力体系转换频繁、累计沉降变形明显等不利因素，无法有效保证上方既有地铁车站安全。为将新建地铁车站施工对既有地铁车站的影响程度降到最低，保证既有地铁结构安全和正常运营，需要调整并优化常规穿越工程设计理念与施工工法，将常规工法施工过程中的应力释放与被动控制，调整为主动托换。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种中洞法零距离穿越既有地铁车站的托换体系及其施工方法，基于中洞法开挖导洞施做竖向托换体系，最大程度降低新建地铁车站近距离或零距离穿越既有地铁车站施工的不利影响。
本发明所采用的技术方案为：
中洞法零距离穿越既有地铁车站的托换体系，其特征在于：
新建地铁车站在既有地铁车站下方零距离穿越，节点区域内沿新建地铁车站方向施做有中间导洞，中间导洞横向两侧沿既有地铁车站方向施做有侧导洞；
中间导洞两端头既有地铁车站侧墙下方、侧导洞两端头既有地铁车站侧墙处、以及中间导洞与侧导洞内既有地铁车站中柱下方均施做有型钢柱。
中间导洞两侧设置有侧壁锚喷系统，包括侧壁内打设的锚杆，锚杆端头挂设有钢筋网并喷设混凝土。
在侧导洞开挖前，中间导洞内的型钢柱与中间导洞侧壁之间设置有水平临时型钢横撑，水平临时型钢横撑与侧壁锚喷系统焊接固定。
中间导洞内既有地铁车站中柱下方的型钢柱底部设置有扩大承台基础。
既有地铁车站中柱下方的型钢柱底部焊接有开设螺孔的压型钢板，并通过螺栓固定到扩大承台基础顶面，螺栓采用化学粘结剂和锚固胶胶结固定于扩大承台基础的混凝土基材中。
新建地铁车站与既有地铁车站节点区域范围内，新建地铁车站四角设置有型钢柱。
节点区域内的型钢柱浇筑于新建地铁车站内主体结构侧墙或新建托换立柱内。
新建托换立柱柱顶与既有地铁车站底板均做凿毛处理后，通过环氧树脂粘结剂粘接，并在粘接层中设置多道缓膨性遇水膨胀止水胶。
中洞法零距离穿越既有地铁车站的托换体系的施工方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一：新建地铁车站在既有地铁车站下方零距离穿越，节点区域内沿新建地铁车站方向施做中间导洞，中间导洞进洞前，在既有地铁车站侧墙下方架立型钢柱，然后采用上下台阶法开挖中间导洞，先开挖上台阶，再开挖下台阶，上下台阶错距控制在3～5m，开挖过程中及时对中间导洞两侧围岩进行支护，即对侧壁临时边坡打设锚杆，锚杆倾角15度，然后锚杆端部悬挂钢筋网并初喷混凝土，上台阶两侧围岩支护后，及时施做水平临时型钢支撑，并与两侧初期支护焊接牢固；
步骤二：待中间导洞下台阶循环开挖到既有地铁车站中柱附近时，在既有地铁车站中柱位置，及时施做型钢柱下方的扩大承台基础，随后架设型钢柱，型钢柱采用千斤顶预加轴力，使型钢柱处于有效受压状态，满足结构受力和托换要求；
步骤三：根据既有地铁车站本身的支撑体系与主体结构底纵梁分布情况，继续开挖中柱前方土体，并在既有地铁车站中柱或边墙下方及时架立型钢柱，确保竖向传力体系可靠；
步骤四：完成节点区域中间导洞范围内所有既有地铁车站中柱下方托换的型钢柱施工；
步骤五：在中间导洞横向两侧沿既有地铁车站方向施做侧导洞，在侧导洞端头的新建地铁车站侧墙位置处，及时架设型钢柱；
步骤六：对节点区域四个角点部位架设型钢柱，完成节点区域竖向承载体系的转换，随后对节点区域剩余土体进行全面开挖，开挖期间注意临时边坡的稳定性；
步骤七：浇筑既有地铁车站下方新建地铁车站侧墙与底板，然后浇筑节点区域新建地铁车站立柱，新建地铁车站主体结构砼浇筑期间，将型钢柱直接浇筑在主体结构侧墙或立柱中，完成新建地铁车站结构整体施工。
由型钢柱浇筑成的新建地铁车站立柱为新建托换立柱，浇筑新建托换立柱时在其上部预埋可重复用的预埋注浆钢管，内部压注微膨胀水泥浆，确保新旧混凝土界面混凝土浇筑密实。
本发明具有以下优点：
本发明丰富了新建地铁车站近距离或零距离穿越既有地铁车站的设计理念和施工工艺，中洞法导洞初期支护（锚杆、钢筋网、早强喷射混凝土）、水平临时型钢支撑、型钢柱、扩大承台基础及承压钢板、预埋注浆钢管及压注的微膨胀水泥浆、缓膨性遇水膨胀止水条以及浇筑车站主体结构用钢材、混凝土及预铺式防水卷材等，涉及的钢材、水泥浆、防水混凝土以及锚杆打设所用的机械设备等均为常规材料（设备），其相应尺寸为常规类型，便于加工制造；且锚杆的平面布置、数量与长度可根据施工情况进行调整，导洞两侧初期支护与临时型钢支撑的纵向间距可根据施工监测情况灵活调整，以及中洞法化整为零的施工步序，可最大程度降低施工风险，通过采用千斤顶施加预应力和新旧混凝土界面的连接技术，实现托换体系与既有地铁车站结构的有效连接，实现节点区域竖向承载体系的有效转换，确保新旧地铁车站的结构安全。
基于中洞法开挖导洞施做托换体系，迅速完成了竖向承载体系的转换，极大地降低了常规群洞开挖施工所引起的时空效应，最大程度降低了新建地铁车站近距离或零距离穿越既有地铁车站施工的不利影响，有效常规分区域分层多导洞开挖存在开挖断面小、施工工序多、受力体系转换频繁、累计沉降变形明显等不利因素，具有较高的经济效益和社会效益，在城市轨道交通、铁路、公路等工程中有广泛的应用前景。
附图说明
图1为新建竖向托换传力体系及开挖导洞平面布置图。
图2为中间导洞开挖及型钢柱剖面示意图。
图3为导洞开挖与支护体系示意图。
图4为型钢柱与新建托换柱节点大样图。
图5为新建地铁车站与既有地铁车站连接节点防水构造图。
图中，1-新建地铁车站，2-既有地铁车站，3-新建托换立柱，4-中间导洞，5-水平临时型钢横撑，6-型钢柱，7-扩大承台基础，8-锚杆，9-钢筋网，10-喷射混凝土，11-侧导洞，12-上台阶，13-下台阶，14-螺栓，15-压型钢板，16-环氧树脂粘结剂，17-缓膨性遇水膨胀止水胶，18-预埋注浆钢管，19-预铺式防水卷材，20-预铺式防水卷材加强层，21-螺纹钢筋，22-定位支架。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及中洞法零距离穿越既有地铁车站的托换体系，新建地铁车站1在既有地铁车站2下方零距离穿越，节点区域内沿新建地铁车站1方向施做有中间导洞4，中间导洞4横向两侧沿既有地铁车站2方向施做有侧导洞11。中间导洞4两端头既有地铁车站2侧墙下方、侧导洞11两端头既有地铁车站2侧墙处、以及中间导洞4与侧导洞11内既有地铁车站2中柱下方均施做有型钢柱6。型钢柱6布置在既有地铁车站2中柱或侧墙等主要竖向受力构件下方，以可以实现节点区域竖向承载体系的有效传力。
中间导洞4两侧设置有侧壁锚喷系统，包括侧壁内打设的锚杆8，锚杆8端头挂设有钢筋网9并喷射混凝土。在侧导洞开挖前，中间导洞4内的型钢柱6与中间导洞4侧壁之间设置有水平临时型钢横撑5，水平临时型钢横撑5与侧壁锚喷系统焊接固定。
锚杆8可考虑采用三根螺纹钢筋21，采用双面焊接且焊缝长度不少于5倍钢筋直径，沿锚杆8轴线方向每隔2m设置一个对中器，即定位支架22，与螺纹钢筋21钢材焊接牢固，保证螺纹钢筋21位置准确。
钢筋网9采用三级钢，喷射混凝土10采用c25早强混凝土。导洞中间部位架立水平临时型钢支撑5作为临时仰拱。
中间导洞4内既有地铁车站2中柱下方的型钢柱6底部设置有扩大承台基础7。既有地铁车站2中柱下方的型钢柱6底部焊接有开设螺孔的压型钢板15，并通过螺栓14固定到扩大承台基础7顶面，螺栓14采用化学粘结剂和锚固胶胶结固定于扩大承台基础7的混凝土基材中。
新建地铁车站1与既有地铁车站2节点区域范围，新建地铁车站1四角设置也设有型钢柱6。节点区域内的型钢柱6浇筑于新建地铁车站1内主体结构侧墙或新建托换立柱3内，即新建地铁车站主体结构浇筑期间，型钢柱6不拆除。新建托换立柱3柱顶与既有地铁车站2底板均做凿毛处理后，构成粗糙面以提高粘结性，并通过环氧树脂粘结剂16粘接，并在粘接层中设置多道缓膨性遇水膨胀止水胶17。
上述零距离穿越既有地铁车站的竖向托换体系的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：新建地铁车站1在既有地铁车站2下方零距离穿越，节点区域内沿新建地铁车站1方向施做中间导洞4，中间导洞4进洞前，在既有地铁车站2侧墙下方架立型钢柱6，然后采用上下台阶法开挖中间导洞4，先开挖上台阶12，再开挖下台阶13，上下台阶错距控制在3～5m，开挖过程中及时对中间导洞4两侧围岩进行支护，即对侧壁临时边坡打设锚杆8，锚杆倾角15度，然后锚杆8端部悬挂钢筋网9并初喷混凝土，上台阶12两侧围岩支护后，及时施做水平临时型钢支撑5，并与两侧初期支护焊接牢固；
步骤二：待中间导洞4下台阶13循环开挖到既有地铁车站2中柱附近时，在既有地铁车站2中柱位置，及时施做型钢柱6下方的扩大承台基础7，随后架设型钢柱6，型钢柱6采用千斤顶预加轴力，使型钢柱6处于有效受压状态，满足结构受力和托换要求；
步骤三：根据既有地铁车站2本身的支撑体系与主体结构底纵梁分布情况，继续开挖中柱前方土体，并在既有地铁车站2中柱（或边墙）下方及时架立型钢柱6，确保竖向传力体系可靠；
步骤四：完成节点区域中间导洞4范围内所有既有地铁车站2中柱下方托换的型钢柱6施工；
步骤五：在中间导洞4横向两侧沿既有地铁车站2方向施做侧导洞11，在侧导洞11端头的新建地铁车站1侧墙位置处，及时架设型钢柱6；
步骤六：对节点区域四个角点部位架设型钢柱6，完成节点区域竖向承载体系的转换，随后对节点区域剩余土体进行全面开挖，开挖期间注意临时边坡的稳定性；
步骤七：浇筑既有地铁车站2下方新建地铁车站1侧墙与底板，然后浇筑节点区域新建地铁车站1立柱，新建地铁车站1主体结构砼浇筑期间，将型钢柱6直接浇筑在主体结构侧墙或立柱中，完成新建地铁车站结构整体施工。
型钢柱6采用千斤顶施加轴力后，在立柱3浇筑过程中，型钢柱6与千斤顶均不拆除，确保竖向托换体系可靠传力。
由型钢柱6浇筑成的新建地铁车站1立柱为新建托换立柱3，考虑到混凝土凝结硬化过程中徐变收缩现象及新旧混凝土共同受力界面时常发生开裂、剥离等现象，浇筑新建托换立柱3时在其上部预埋可重复用的预埋注浆钢管18，内部压注微膨胀水泥浆，确保新旧混凝土界面混凝土浇筑密实。
由于新建地铁车站1侧墙与既有地铁车站2底板连接界面是一个受力薄弱面，在外载作用下，由于裂缝的发生、发展将导致界面发生破坏，导致防水卷材19拉断或脱离而失去防水作用，因此，在连接阴阳角处铺设防水卷材加强层20，搭接长度l1、l2宜大于1m，确保防水层收口位于新建地铁车站1结构上。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。