全封闭拱盖法地铁车站支护结构及其施工方法与流程

1.本发明涉及地铁车站建造技术领域，特别涉及全封闭拱盖法地铁车站支护结构及其施工方法。


背景技术：

2.近年来，随着社会经济和科学技术水平的不断提升，我国城市轨道交通建设得到了飞速发展。由于中心城区开发强度较大，轨道交通建设与城市环境、交通之间的矛盾日趋严重，因此暗挖法修建轨道交通在各大城市得到了广泛推广与应用，产生了较大的环境效益、社会效益，综合经济效益显著。
3.其中，拱盖法是在明挖法、盖挖法和洞桩法基础上创建的适用于“上软下硬”地层暗挖工法，其核心是通过大拱脚将拱盖上部荷载均匀的传递给基岩，从而充分利用岩石的承载能力。目前国内地铁工程中采用的拱盖法主要包括初支拱盖法、二衬拱盖法、双层叠合初支拱盖法3种，在贵阳、重庆、青岛等城市地铁建设中得到了广泛应用。
4.在现有技术中，初支拱盖法整体强度低，刚度偏弱；二衬拱盖法拱墙部位施工缝易漏水、下部施工容易对已完工二衬产生振动破坏。近年来诞生的叠合初支拱盖法较好的解决了上述问题，基本满足现场施工安全和进度的要求。
5.然而，在实际应用中仍存在以下弊端：
6.如，叠合初支拱盖法仅考虑了车站纵向拱部的叠合初支，而车站端墙仅设置了单层初期支护，在车站中板下部岩土体开挖后，端墙则变成了高大边墙，且耦合地质顺层、围岩节理裂隙及地下水发育等不利因素，特别是在区间隧道破除马头门施工时，对端墙围岩造成二次扰动，容易导致端墙发生失稳变形、垮塌等灾害事故，存在较大的施工安全隐患。
7.因此，如何解决地铁车站端墙下半断面站台层开挖后，上半断面站台层端墙位置面临的高大初支边墙的风险成为本领域技术人员急需解决的技术问题。


技术实现要素：

8.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供全封闭拱盖法地铁车站支护结构及其施工方法，实现的目的是解决地铁车站端墙处下半断面站台层开挖后，上半断面站厅层端墙支护结构位置面临的高大初支边墙的风险，消除安全隐患。
9.为实现上述目的，本发明公开了全封闭拱盖法地铁车站支护结构；地铁车站的上半断面站厅层的端墙支护结构包括第一层初期支护和第二层叠合初期支护；
10.所述第一层初期支护朝向所述地铁车站外侧的一面紧贴岩土层，朝向所述地铁车站内侧的一面设有所述第二层叠合初期支护；
11.所述第二层叠合初期支护与多个穿过所述第一层初期支护锚固于所述岩土层的系统锚杆固定。
12.优选的，所述第二层叠合初期支护内设有互相交叉的纵向框架梁和横向框架梁；
13.所述纵向框架梁和所述横向框架梁均沿长度方向与多个穿过所述第一层初期支
护锚固于所述岩土层的加强锚杆固定。
14.本发明还提供全封闭拱盖法地铁车站支护结构的施工方法，包括如下步骤：
15.步骤1、对所述地铁车站的所述上半断面站厅层进行分部开挖；在开挖过程中，将所述上半断面站厅层沿水平方向分为若干不同大小的导洞；
16.每一所述导洞均分为上台阶和下台阶进行分步开挖；
17.从最靠近所述上半断面站厅层两侧侧壁的所述导洞的开始，向内逐一分步开挖每一所述导洞的所述上台阶和所述下台阶；
18.开挖的过程中，在每一所述导洞完成开挖的所述上台阶和所述下台阶的空间分别施作上台阶初期支护和下台阶初期支护；
19.当每一所述导洞的所述上台阶和下台阶的掌子面向岩土层深入6m至8m距离后，开挖内侧相邻的另一所述导洞的所述上台阶和下台阶；
20.当开挖位于所述上半断面站厅层中间的所述导洞，即中部导洞时，在所述中部导洞的上台阶中部导洞上方施作拱部初期支护；
21.步骤2、在所述上半断面站厅层开挖至所述端墙支护结构设计位置后，开挖出所述第一层初期支护和所述第二层叠合初期支护的施作空间；
22.完成后，施工所述第一层初期支护及相应的第一层初期支护钢架，并设置多个所述系统锚杆；
23.每一所述系统锚杆露出所述第一层初期支护的一端与均预留同所述第二层叠合初期支护的连接条件；
24.步骤3、待所述第一层初期支护封闭后，沿所述第二层叠合初期支护的所述纵向框架梁和所述横向框架梁的设计位置设置多根加强锚杆；
25.每一所述加强锚杆均与所在位置的岩层面垂直，锚固长度均不小于35倍直径，相应的锚固孔直径均不小于80毫米，且相应的所述锚固孔内均压满强度等级不低于m20的水泥砂浆，露出的锚杆端均预留与相应的所述纵向框架梁和相应的所述横向框架梁连接的条件；
26.步骤4、拆除所述端墙支护结构范围内的所述上台阶初期支护和所述下台阶初期支护，施工所述横向框架梁及其附近6米至8米范围内的拱墙底纵梁；
27.施工过程中，将每一所述加强锚杆均与相应的所述第二层叠合初期支护的内侧钢筋焊接；
28.当所述横向框架梁及其附近6米至8米范围内的拱墙底纵梁达到设计强度后，施工所述第二层叠合初期支护及其附近6米至8米范围内的拱墙叠合初支的钢筋绑扎；
29.在所述拱墙叠合初支的钢筋绑扎过程中，将每一所述系统锚杆均与相应的所述第二层叠合初期支护的内侧钢筋焊接；将每一所述加强锚杆均与所述第二层叠合初期支护的所述纵向框架梁的内侧钢筋焊接；
30.完成后，进行混凝土浇筑和养护作业；
31.步骤5、依次进行所述地铁车站的所述上半断面站厅层一侧所述端墙支护结构位置的拱墙部位第二层叠合初支的施工，并按照步骤1至步骤4，对所述上半断面站厅层另一侧所述端墙支护结构位置的拱墙部位所述上台阶初期支护和所述下台阶初期支护的施工，最后进行所述地铁车站的下半断面站台层的分部拉槽施开挖，施作所述端墙支护结构下方
的端墙初期支护，最终封闭相应的仰拱初期支护，在所述第一层初期支护和所述第二层叠合初期支护下进行第一区间隧道和第二区间隧道破除马头门的施工，完成整个全封闭拱盖的开挖作业；
32.步骤6、进行所述地铁车站的二次衬砌和内部结构自下而上顺筑作业。
33.优选的，在所述步骤1中，所述上半断面站厅层沿水平方向分为3个所述导洞。
34.优选的，所述拱部初期支护包括施作钢架、喷砼、系统锚杆、钢筋网片及锁脚锚杆。
35.优选的，所述端墙支护结构的喷砼厚度为300mm。
36.优选的，每一所述系统锚杆均为砂浆锚杆，长度均为3m至4m；
37.多个所述系统锚杆之间呈梅花形布置；
38.每两个相邻的所述系统锚杆之间的间距均为1.0m
×
1.0m；
39.每一所述系统锚杆的安设方向均与相应的岩层面垂直。
40.优选的，每一所述加强锚杆的长度均为6米；每两根所述加强锚杆之间的间距均为1.5米。
41.优选的，每一所述加强锚杆与相应的所述第二层叠合初期支护的内侧钢筋之间均为双面焊接，且焊接长度均不小于5倍的相应所述加强锚杆的直径。
42.优选的，每一所述系统锚杆与相应的所述第二层叠合初期支护的内侧钢筋之间，以及每一所述加强锚杆与所述第二层叠合初期支护的所述纵向框架梁的内侧钢筋之间均为双面焊，且焊接长度均不小于5倍的相应所述加强锚杆的直径或者5倍的相应所述系统锚杆的直径。
43.本发明的有益效果：
44.本发明的应用解决了地铁车站端墙下半断面站台层开挖后，上半断面站台层端墙位置面临的高大初支边墙的风险，弥补现有技术中叠合初支拱盖法的不足，使地铁车站施工朝着更加安全、高效的方向发展。
45.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
46.图1示出本发明一实施例中完成上台阶初期支护和下台阶初期支护的开挖面状态示意图。
47.图2示出本发明一实施例中完成上台阶初期支护和下台阶初期支护的平面状态示意图。
48.图3示出本发明一实施例中设置系统锚杆的结构示意图。
49.图4示出本发明一实施例中完成设置加强锚杆的开挖面状态示意图。
50.图5示出本发明一实施例中加强锚杆与纵向框架梁、横向框架梁之间的连接结构示意图。
51.图6示出本发明一实施例中完成纵向框架梁和横向框架梁的结构示意图。
52.图7示出本发明一实施例中完成上半断面站厅层端墙的状态示意图。
53.图8示出本发明一实施例中完成下半断面站台层的状态示意图。
具体实施方式
54.实施例
55.某地铁车站采用暗挖拱盖法施工，围岩级别为ⅳ级，上覆岩土厚度约15m。车站最大开挖跨度29.5m，最大开挖高度23.2m，开挖面积482m2，属于特大断面暗挖隧道，其支护结构及施工方法如下：
56.如图1和图3至图5所示，全封闭拱盖法地铁车站支护结构；地铁车站的上半断面站厅层a的端墙支护结构包括第一层初期支护21和第二层叠合初期支护22；
57.第一层初期支护21朝向地铁车站外侧的一面紧贴岩土层，朝向地铁车站内侧的一面设有第二层叠合初期支护22；
58.第二层叠合初期支护22与多个穿过第一层初期支护21锚固于岩土层的系统锚杆20固定。
59.在某些实施例中，第二层叠合初期支护22内设有互相交叉的纵向框架梁31和横向框架梁32；
60.纵向框架梁31和横向框架梁32均沿长度方向与多个穿过第一层初期支护21锚固于岩土层的加强锚杆33固定。
61.如图1至图8所示，本发明还提供全封闭拱盖法地铁车站支护结构的施工方法，包括如下步骤：
62.步骤1、对地铁车站的上半断面站厅层a进行分部开挖；在开挖过程中，将上半断面站厅层a沿水平方向分为若干不同大小的导洞；
63.每一导洞均分为上台阶1和下台阶2进行分步开挖；
64.从最靠近上半断面站厅层a两侧侧壁的导洞的开始，向内逐一分步开挖每一导洞的上台阶1和下台阶2；
65.开挖的过程中，在每一导洞完成开挖的上台阶1和下台阶2的空间分别施作上台阶初期支护11和下台阶初期支护12；
66.当每一导洞的上台阶1和下台阶2的掌子面向岩土层深入6m至8m距离后，开挖内侧相邻的另一导洞的上台阶1和下台阶2；
67.当开挖位于上半断面站厅层a中间的导洞，即中部导洞4时，在中部导洞4的上台阶中部导洞3上方施作拱部初期支护13；
68.步骤2、在上半断面站厅层a开挖至端墙支护结构设计位置后，开挖出第一层初期支护21和第二层叠合初期支护22的施作空间；
69.完成后，施工第一层初期支护21及相应的第一层初期支护钢架22b，并设置多个系统锚杆20；
70.每一系统锚杆20露出第一层初期支护21的一端与均预留同第二层叠合初期支护22的连接条件；
71.步骤3、待第一层初期支护21封闭后，沿第二层叠合初期支护22的纵向框架梁31和横向框架梁32的设计位置设置多根加强锚杆33；
72.每一加强锚杆33均与所在位置的岩层面垂直，锚固长度均不小于35倍直径，相应的锚固孔直径均不小于80毫米，且相应的锚固孔内均压满强度等级不低于m20的水泥砂浆，露出的锚杆端均预留与相应的纵向框架梁31和相应的横向框架梁32连接的条件；
73.步骤4、拆除端墙支护结构范围内的上台阶初期支护11和下台阶初期支护12，施工横向框架梁32及其附近6米至8米范围内的拱墙底纵梁24；
74.施工过程中，将每一加强锚杆33均与相应的第二层叠合初期支护22的内侧钢筋焊接；
75.当横向框架梁32及其附近6米至8米范围内的拱墙底纵梁24达到设计强度后，施工第二层叠合初期支护22及其附近6米至8米范围内的拱墙叠合初支23的钢筋绑扎；
76.在拱墙叠合初支23的钢筋绑扎过程中，将每一系统锚杆20均与相应的第二层叠合初期支护22的内侧钢筋焊接；将每一加强锚杆33均与第二层叠合初期支护22的纵向框架梁31的内侧钢筋焊接；
77.完成后，进行混凝土浇筑和养护作业；
78.步骤5、依次进行地铁车站的上半断面站厅层a一侧端墙支护结构位置的拱墙部位第二层叠合初支的施工，并按照步骤1至步骤4，对上半断面站厅层a另一侧端墙支护结构位置的拱墙部位上台阶初期支护11和下台阶初期支护12的施工，最后进行地铁车站的下半断面站台层b的分部拉槽施开挖，施作端墙支护结构下方的端墙初期支护25，最终封闭相应的仰拱初期支护26，在第一层初期支护21和第二层叠合初期支护22下进行第一区间隧道5和第二区间隧道6破除马头门的施工，完成整个全封闭拱盖的开挖作业；
79.步骤6、进行地铁车站的二次衬砌和内部结构自下而上顺筑作业。
80.本发明的原理如下：
81.本发明通过在地铁车站上半断面站厅层a的端墙设置第一层初期支护21和第二层叠合初期支护22，增加了端墙掌子面的稳定性，解决端墙下方下半断面站台层b开挖后，端墙位置面临的高大初支边墙的风险，弥补现有技术中叠合初支拱盖法的不足。
82.在环境严苛、工期紧张、安全保障等条件的要求下，能够保证车站大小里程高大端墙在施工阶段的稳定性，安全、高效地完成拱盖法地铁车站站台层开挖、回筑以及破除区间隧道马头门施工。
83.在某些实施例中，在步骤1中，上半断面站厅层a沿水平方向分为3个导洞。
84.在某些实施例中，拱部初期支护13包括施作钢架、喷砼、系统锚杆、钢筋网片及锁脚锚杆。
85.在某些实施例中，端墙支护结构的喷砼厚度为300mm。
86.在某些实施例中，每一系统锚杆20均为砂浆锚杆，长度均为3m至4m；
87.多个系统锚杆20之间呈梅花形布置；
88.每两个相邻的系统锚杆20之间的间距均为1.0m
×
1.0m；
89.每一系统锚杆20的安设方向均与相应的岩层面垂直。
90.在某些实施例中，每一加强锚杆33的长度均为6米；每两根加强锚杆33之间的间距均为1.5米。
91.在某些实施例中，每一加强锚杆33与相应的第二层叠合初期支护22的内侧钢筋之间均为双面焊接，且焊接长度均不小于5倍的相应加强锚杆33的直径。
92.在某些实施例中，每一系统锚杆20与相应的第二层叠合初期支护22的内侧钢筋之间，以及每一加强锚杆33与第二层叠合初期支护22的纵向框架梁31的内侧钢筋之间均为双面焊，且焊接长度均不小于5倍的相应加强锚杆33的直径或者5倍的相应系统锚杆20的直
径。
93.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。