一种大范围邻接既有换乘车站的衔接结构及施工方法与流程

本发明属于地铁工程领域，具体涉及一种大范围邻接既有换乘车站的衔接结构及施工方法。

背景技术：

修建地铁已经成为解决现代交通问题的有效途径之一，随着城市地铁建设规模的不断增大，换乘车站在城市轨道交通线网中占据越来越重要的地位。新老地铁线路的换乘及不同期建设必然涉及后建地铁车站与既有地铁车站的衔接问题。设计者在设计先建地铁车站时，一般会预留换乘接口，以便后续车站设计施工。

由于现代城市发展速度过快，地铁线网不断处于调整状态，有时在没有预留换乘条件的情况下也会出现换乘车站，如南京地铁1号线与4号线换乘站鼓楼站。在此类工程中，如果不采取控制既有车站变形和凿除既有结构的措施和方法，将会对既有地铁车站的安全产生极为不利的影响。尤其当后期建设地铁横向跨度大、周边环境复杂，无法利用临时支撑控制既有结构变形的车站，其衔接设计及施工方案稍不合理，将会导致既有结构产生不可逆的破坏，更甚者造成工程事故，危及地铁乘客生命财产安全。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种大范围邻接既有换乘车站的衔接结构及施工方法。

本发明的技术方案是：一种大范围邻接既有换乘车站的衔接结构，包括a号线的既有车站和b号线的新建车站，二者衔接处形成换乘车站，在a号线既有车站的侧墙上连续开洞，形成与b号线新建车站相通的多个通道口，所述通道口包括既有结构处的洞口、负一层洞口处顶梁、负二层洞口处顶梁、负一层洞口处柱子、负二层洞口处柱子、可施加轴力的临时支撑立柱及满堂脚手架、新建结构处内部的填砂钢管柱、钢管柱梁板柱连接加强环、钢管柱钢筋焊接加强环、钢管柱底板钢筋焊接加强环、底板连接处下凹环梁及板，所述临时支撑立柱及满堂脚手架中的临时支撑立柱为钢管支撑，其中间配有千斤顶，可在拆除侧墙时及时施加于侧墙处，钢管柱钢筋焊接加强环为钢板焊接而成的环形板，新建车站结构纵梁及横梁钢筋焊接在加强环上，保证钢筋受力；底板连接处下凹环梁及板中的底板连接处下凹环梁为在新建结构底板下浇筑的梁，其可抵在既有围护结构上，完成水平方向传力且可在内加设遇水膨胀止水条，加强底板防水能力。

所述既有车站的顶板、中板、既有车站底板处外侧分别与新建结构现浇补强纵梁，所述补强纵梁包括负一层补强纵梁及连板、负二层补强纵梁及连板、底板补强纵梁及连板、变形缝、植入钢筋，所述补强纵梁处现浇负一层补强柱子、负二层补强柱子，在分层逆筑过程中通过钢筋接驳器连接补强柱子钢筋。

所述衔接结构根据场地条件施工围护桩、填砂钢管柱基础、填砂钢管柱，施作车站负一层补强纵梁及连板完成顶板连接，通过钢筋接驳器预留负一层补强柱子钢筋接口，待顶板达到设计强度后，回填覆土，向下逆作逐层开挖土方，施工新建车站负一层侧墙、中板及负二层补强纵梁及连板、负一层补强柱子，通过钢筋接驳器预留负二层补强柱子钢筋接口；待中板达到设计强度后，向下逆作逐层开挖土方，施工车站负二层侧墙、底板、底板下凹纵梁及连接板、负二层补强柱子；待底板达到设计强度后，在既有车站负一层及负二层架设临时支撑立柱及满堂脚手架，然后分段破除、洞口区域既有车站区域的侧墙。

上述一种大范围邻接既有换乘车站的衔接结构的施工方法，包括以下步骤：

（ⅰ）场地整理，施工后期建设车站柱桩基础及埋设填砂钢管柱；

（ⅱ）开挖土体至新建结构顶板上，凿除既有车站结构围护结构主体结构顶板部分混凝土并保留其钢筋，在既有车站顶板植入植入钢筋；

（ⅲ）开挖土层至新建结构顶板下，铺设后期建设车站顶板、梁、柱钢筋，施作与既有结构连接部位侧墙位置处负一层补强纵梁及连板、负一层补强柱子，并预留钢筋接驳，设置变形缝，浇筑混凝土，完成与既有车站结构顶板连接，待混凝土强度达到设计要求，回填顶板覆土，车站顶面恢复正常；

（ⅳ）开挖土层至新建结构中板下，施工后期建设车站中板，在既有围护结构上剔槽，使用微膨胀混凝土梁填充中板底下部分空间，连接后建车站与既有车站围护结构，保证中板处水平方向传力；

（ⅴ）凿除新建车站中板以上既有车站结构围护结构，施作与既有结构连接部位侧墙位置处负二层补强纵梁及连板、负一层补强纵梁及连板并预留负二层补强柱子的钢筋接驳器，设置变形缝，浇筑混凝土，完成与既有车站主体结构中板连接；

（ⅵ）待步骤（ⅴ）的中板混凝土达到设计强度后，开挖土层至新建结构底板下，施工新建结构底板，在既有车站围护结构上剔槽，施工底板连接处下凹环梁及板，嵌入既有车站围护结构内，保证底板处水平方向传力；

（ⅶ）凿除新建车站底板以上既有车站围护结构，施作与既有结构连接部位侧墙位置处底板补强纵梁及连板、负二层补强柱子，设置变形缝，浇筑混凝土，完成与既有车站主体结构底板连接；

（ⅷ）在既有车站内部搭设临时支撑立柱及满堂脚手架；

（ⅸ）待衔接结构混凝土强度达到设计要求强度后，分段凿除既有结构负一层侧墙，保留预留补强柱子处墙及梁柱部位钢筋，施作负一层洞口处顶梁；

（ⅹ）待负一层顶梁混凝土达到设计要求强度后，分段凿除既有结构负二层侧墙，保留预留补强柱子处墙及梁柱部位钢筋，施作负二层洞口处顶梁，待负二层混凝土强度结到设计要求后拆除临时支撑立柱及满堂脚手架，完成与既有a号线衔接。

本发明的有益效果如下：

（1）采用盖挖逆筑，利用新建结构侧向刚度，严格控制既有车站变形。

（2）通过盖挖逆筑分层连接既有结构，使得既有结构内力变化分步转换，受力更加合理。

（3）先施作补强结构及临时立柱支撑，严格保证既有结构竖向变形及安全。

（4）分段分层破除既有结构，对既有结构受力转换更加有力。

（5）采用静力破除方案，噪音污染小。

（6）采用盖挖逆筑，对周边环境影响和交通影响小。

附图说明

图1是本发明中新建结构和既有结构的位置示意图；

图2是图1中o-o截面的剖视图；

图3是本发明中填砂钢管柱的装配示意图；

图4是本发明中钢管柱梁板柱连接加强环的结构示意图；

图5是本发明中钢管柱钢筋焊接加强环的结构示意图；

图6是本发明中钢管柱底板钢筋焊接加强环的结构示意图；

图7是本发明中新建结构纵梁及横梁钢筋与钢柱焊接示意图；

图8~17是本发明中施工方法的施工工序图；

其中：

1负一层洞口处顶梁2负二层洞口处顶梁

3既有车站底板4负一层洞口处柱子

5负二层洞口处柱子6负一层补强纵梁及连板

7负二层补强纵梁及连板8底板补强纵梁及连板

9负一层补强柱子10负二层补强柱子

11变形缝12填砂钢管柱

13底板连接处下凹环梁及板14既有车站结构围护结构

15钢管柱梁板柱连接加强环16钢管柱钢筋焊接加强环

17钢管柱底板钢筋焊接加强环18植入钢筋

19钢筋接驳器20微膨胀混凝土梁

21新建结构顶板22新建结构中板

23新建结构底板

24临时支撑立柱及满堂脚手架

25遇水膨胀止水条26填砂钢管柱基础

0洞口。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1~7所示，一种大范围邻接既有换乘车站的衔接结构，包括a号线的既有车站和b号线的新建车站，二者衔接处形成换乘车站，在a号线既有车站的侧墙上连续开洞，形成与b号线新建车站相通的多个通道口，所述通道口包括既有结构处的洞口0、负一层洞口处顶梁1、负二层洞口处顶梁2、负一层洞口处柱子4、负二层洞口处柱子5、可施加轴力的临时支撑立柱及满堂脚手架24、新建结构处内部的填砂钢管柱12、钢管柱梁板柱连接加强环15、钢管柱钢筋焊接加强环16、钢管柱底板钢筋焊接加强环17、底板连接处下凹环梁及板13，所述临时支撑立柱及满堂脚手架24中的临时支撑立柱为钢管支撑，其中间配有千斤顶，可在拆除侧墙时及时施加于侧墙处，钢管柱钢筋焊接加强环16为钢板焊接而成的环形板，新建车站结构纵梁及横梁钢筋焊接在加强环上，保证钢筋受力；底板连接处下凹环梁及板13中的底板连接处下凹环梁为在新建结构底板下浇筑的梁，其可抵在既有围护结构上，完成水平方向传力且可在内加设遇水膨胀止水条25，加强底板防水能力。

所述既有车站的顶板、中板、既有车站底板3处外侧分别与新建结构现浇补强纵梁，所述补强纵梁包括负一层补强纵梁及连板6、负二层补强纵梁及连板7、底板补强纵梁及连板8、变形缝11、植入钢筋18，所述补强纵梁处现浇负一层补强柱子9、负二层补强柱子10，在分层逆筑过程中通过钢筋接驳器19连接补强柱子钢筋。

所述衔接结构根据场地条件施工围护桩、填砂钢管柱基础26、填砂钢管柱12，施作车站负一层补强纵梁及连板6完成顶板连接，通过钢筋接驳器19预留负一层补强柱子9钢筋接口，待顶板达到设计强度后，回填覆土，向下逆作逐层开挖土方，施工新建车站负一层侧墙、中板及负二层补强纵梁及连板7、负一层补强柱子9，通过钢筋接驳器19预留负二层补强柱子10钢筋接口；待中板达到设计强度后，向下逆作逐层开挖土方，施工车站负二层侧墙、底板、底板下凹纵梁及连接板13、负二层补强柱子10；待底板达到设计强度后，在既有车站负一层及负二层架设临时支撑立柱及满堂脚手架24，然后分段破除、洞口区域既有车站区域的侧墙。

如图8~17所示，一种大范围邻接既有换乘车站的衔接结构的施工方法，包括以下步骤：

（ⅰ）场地整理，施工后期建设车站柱桩基础及埋设填砂钢管柱12；如图8所示。

（ⅱ）开挖土体至新建结构顶板21上，凿除既有车站结构围护结构14及主体结构顶板部分混凝土并保留其钢筋，在既有车站顶板植入植入钢筋18，如图9所示。

（ⅲ）开挖土层至新建结构顶板21下，铺设后期建设车站顶板、梁、柱钢筋，施作与既有结构连接部位侧墙位置处负一层补强纵梁及连板6、负一层补强柱子9，并预留钢筋接驳19，设置变形缝11，浇筑混凝土，完成与既有车站结构顶板连接，待混凝土强度达到设计要求，回填顶板覆土，车站顶面恢复正常，如图10所示。

（ⅳ）开挖土层至新建结构中板22下，施工后期建设车站中板，在既有围护结构上剔槽，使用微膨胀混凝土梁20填充中板底下部分空间，连接后建车站与既有车站围护结构，保证中板处水平方向传力，如图11所示。

（ⅴ）凿除新建车站中板以上既有车站结构围护结构14，施作与既有结构连接部位侧墙位置处负二层补强纵梁及连板7、负一层补强纵梁及连板6并预留负二层补强柱子的钢筋接驳器19，设置变形缝11，浇筑混凝土，完成与既有车站主体结构中板连接，如图12所示。

（ⅵ）待步骤（ⅴ）的中板混凝土达到设计强度后，开挖土层至新建结构底板23下，施工新建结构底板23，在既有车站围护结构上剔槽，施工底板连接处下凹环梁及板13，嵌入既有车站围护结构内，保证底板处水平方向传力，如图13所示。

（ⅶ）凿除新建车站底板以上既有车站围护结构，施作与既有结构连接部位侧墙位置处底板补强纵梁及连板8、负二层补强柱子10，设置变形缝11，浇筑混凝土，完成与既有车站主体结构底板连接，如图14所示。

（ⅷ）在既有车站内部搭设临时支撑立柱及满堂脚手架24，如图15所示。

（ⅸ）待衔接结构混凝土强度达到设计要求强度后，分段凿除既有结构负一层侧墙，保留预留补强柱子处墙及梁柱部位钢筋，施作负一层洞口处顶梁1，如图16所示。

（ⅹ）待负一层顶梁混凝土达到设计要求强度后，分段凿除既有结构负二层侧墙，保留预留补强柱子处墙及梁柱部位钢筋，施作负二层洞口处顶梁2，待负二层混凝土强度结到设计要求后拆除临时支撑立柱及满堂脚手架24，完成与既有a号线衔接，如图17所示。

实施例1

利用于某地铁1号线与4号线换乘站的设计施工中。由于轨道线网调整，4号线与1号线在鼓楼站未预留换乘条件下进行换乘，因此需大面积破除既有1号线侧墙进行换乘连通。1号线为既有地下三层站，4号线为新建地下两层站。1号线围护结构采用挖孔灌注桩，主体结构长210.7m、宽23.05m、深21m的箱型混凝土结构。4号线衔接处基坑宽49.4m，长112m。

主要技术难点为：①主体明挖段与既有1号线结构之间密贴，如采取直接开挖基坑则对既有1号线的结构会有不利影响；②新旧结构间的处理，包括混凝土结构间的衔接、变形缝设置和结构防水等；③大面积破除1号线既有结构侧墙将对1号线车站的结构及运营产生一定的影响，因此怎样细化解决1号线结构的加固设计和改造将对增加社会经济效益、降低1号线运营的影响程度则至关重要。

经过多番论证设计后，设计施工采用本文所示发明方法。围护结构采用桩+锚索的支护形式，盖挖段长度为26m，明挖断长度为86m。现场施工经验、监测数据及既有车站运营监测数据充分证明：采用盖挖逆筑法利用新建结构侧向刚度和分层连接技术可以严格控制既有车站变形计结构安全；利用补强结构提前加固既有结构、设置临时支撑立柱、分段破除可以控制开洞变位，避免结构破坏；植筋技术和预留钢筋接驳技术成熟，能保证施工质量；利用静力切割方案噪声小，有利环境保护及文明施工。

本发明可广泛推广到地铁车站的改扩建工程中，尤其适用大跨度新建车站工程，可使工程更加安全、经济。