专利名称：桩－柱－预应力支撑体系及其施工方法
技术领域：
本发明涉及的是一种桩-柱-预应力支撑体系(英文为Pile-Column-Prestress Support System，简称为PCPrSS)及其施工方法，属于地下建筑工程技术领域。
背景技术：
我国各大城市都在大规模发展地铁。为加快地铁建设速度，提高工程质量，确保施工安全，地铁区间隧道应尽量多的采用盾构法施工，但受到车站施工的影响，盾构机的效率未能充分发挥。为此推出在盾构区间基础上拓展车站的施工方案。该方案可以很好的解决车站施工和区间盾构施工的矛盾。在具体施工中，拆除面向站台部分盾构管片时，整环管片受力的盾构隧道结构出现了一个开口状的非稳定结构，在周围土层的压力下可能会产生较大的变形，引起管片竖向变形和纵向松弛，因此需要在部分管片拆除之前对隧道结构进行加固。这是这种施工方案能否成立的关键所在。
发明内容
为了确保施工安全和结构质量，本发明提出了盾构区间拓展车站技术的一个核心，即桩-柱-预应力支撑体系及其施工方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是在靠近盾构隧道外侧一定距离施作排桩隔离土体；在盾构隧道内管片开口一侧架设竖向的临时支撑柱，同时将开口处的保留管片及两侧一定范围内的管片在纵向通过预应力钢索串联起来并进行张拉，形成一个整体承载结构。
一种桩-柱-预应力支撑体系，有如下步骤；步骤1靠近盾构隧道外侧一定距离施作排桩隔离土体；步骤2在盾构隧道管片内架设临时支撑柱；步骤3施加预应力的管片内预留有预应力钢索的孔道，同时避开螺栓孔的位置，对预应力管片做一定的构造处理；步骤4预应力钢索对称张拉，选择适当的加载位置和加载时机。
本发明在靠近盾构隧道外侧一定距离施作排桩隔离土体；在隧道内架设临时支撑柱可在一定程度上控制结构施工过程中的竖向变形；在管片纵向上施加预应力进行管片自身加固，一方面可以控制管片结构在纵向上的松弛，另一方面还可以与隧道内的临时支撑柱形成一个临时的梁柱受力框架体系，从而可以协助永久结构的横通道门框体系将管片上的不平衡力系分散到永久结构上去。
本发明对于同类工程具有极强的实际应用价值，其主要优势在于支撑体系结构简单，控制管片变形的能力强，传力明确，易于监测；支撑体系可标准化生产，重复使用；支撑体系在最大限度地保障受力安全的前提下，可以提供盾构隧道施工的通行条件。
图1是本发明塔柱式车站塔柱部位的横断面图；图2是本发明塔柱式车站横通道部位的桩-柱-预应力支撑体系示意图。
图标说明1.排桩；2.临时支撑柱；3.预应力钢索；4.管片；5.保留管片；6.拆除管片；7.横通道。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1如图1，2所示，一种桩-柱-预应力支撑体系施工方法，有如下步骤1)设置排桩1离盾构隧道的距离和排桩1的直径、间距；在盾构隧道外附近采用适当直径和间距设置排桩1，达到隔离土体的作用。
2)在盾构隧道管片4内架设的临时支撑柱2，保证盾构隧道临时支撑柱2的强度和稳定性；拆除横通道7位置处的部分盾构隧道管片4之后，整环管片4受力的盾构隧道结构变成了一个开口状的非稳定结构，在周围土层的压力下可能会产生较大的变形，引起管片4竖向变形，在盾构隧道管片4内施作临时支撑柱2，可以限制盾构隧道管片4的竖向变形，从而保证盾构隧道管片4的稳定性；3)对预应力管片4的构造处理；施加预应力的管片4内要预留有预应力钢索3的孔道，同时避开螺栓孔的位置，预应力管片4要做一定的构造处理以防在预应力作用下拉裂，端部管片4还要有足够的锚固厚度。预应力管片4的设计分非锚固端管片4设计和锚固端管片4设计。非锚固端管片4内只需预留预应力钢索3孔道，对于钢管片4来说比较容易，不需再作特殊处理；对钢筋混凝土管片4来说，需要作特殊的构造处理，比如加大钢筋的配筋量、孔道周围的特殊构造措施以防管片4被预应力钢索3拉裂等。而锚固端管片4不仅要具有预应力钢索3孔道、还需留有一定的锚固厚度，而且操作空间也要保证，这对钢管片4来说还是比较容易实现的；而对仅1.2m宽度的钢筋混凝土管片4来说，保证了一定的锚固厚度，就无法保证预应力的操作空间，这就需要将预应力钢索3孔道做成弯形的，以引入到隧道内部进行施加。
4)预应力钢索3的对称张拉，加载位置和时机；拆除横通道7位置处的部分盾构管片4之后，整环管片4受力的盾构隧道结构变成了一个开口状的非稳定结构，在周围土层的压力下可能会产生较大的变形，引起管片4纵向松弛。对管片4对称张拉预应力钢索3可以使开口后保留管片5和邻近整环管片4在纵向上形成一个整体，共同承载和变形，同时选择恰当的加载位置和时机也很重要。
实施例2如图1，2所示，靠近盾构隧道外侧施作排桩1隔离土体；在盾构隧道内管片4开口一侧架设竖向的临时支撑柱2，同时将开口处的保留管片5及两侧一定范围内的管片4在纵向通过预应力钢索3串联起来并进行张拉，形成一个整体承载结构，从而降低了管片4破除过程中开口处保留管片5的受拉和张开趋势，并达到将力系转换到相邻未拆除的管片4上的目的。
一种桩-柱-预应力支撑体系施工方法有如下步骤；(1)在盾构隧道外附近采用适当直径和间距的排桩1，达到隔离土体的作用；(2)在盾构隧道内架设的临时支撑柱2必须满足强度和稳定性要求，限制拆除管片6后保留管片5的竖向变形；(3)施加预应力的管片4内要预留有预应力钢索3的孔道，同时避开螺栓孔的位置，预应力管片4要做一定的构造处理以防在预应力作用下拉裂，端部管片4还要有足够的锚固厚度。
(4)预应力钢索3必须对称张拉，同时保证预应力大小能使拆除管片6后的保留管片5能和邻近管片4共同承载，另外选择适当的加载位置和加载时机也很重要。
权利要求
1.一种桩-柱-预应力支撑体系，其特征在于靠近盾构隧道外侧一定距离施作排桩(1)隔离土体；在盾构隧道内管片(4)开口一侧架设竖向的临时支撑柱(2)，同时将开口处的保留管片(5)及两侧一定范围内的管片(4)在纵向通过预应力钢索(3)串联起来并进行张拉，形成一个整体承载结构。
2.一种桩-柱-预应力支撑体系施工方法，其特征在于，有如下步骤步骤1靠近盾构隧道外侧一定距离施作排桩隔离土体；步骤2在盾构隧道管片内架设临时支撑柱；步骤3施加预应力的管片内预留有预应力钢索的孔道，同时避开螺栓孔的位置，对预应力管片做一定的构造处理；步骤4预应力钢索对称张拉，选择适当的加载位置和加载时机。
3.根据权利要求2所述的一种桩-柱-预应力支撑体系施工方法，其特征在于有设置排桩(1)离盾构隧道的距离和排桩(1)的直径、间距的步骤。
4.根据权利要求2所述的一种桩-柱-预应力支撑体系施工方法，其特征在于有在盾构隧道内架设的临时支撑柱(2)的步骤，满足强度和稳定性要求，限制拆除管片(6)后保留管片(5)的竖向变形。
5.根据权利要求2所述的一种桩-柱-预应力支撑体系施工方法，其特征在于施加预应力的管片(4)内预留有预应力钢索(3)的孔道，同时避开螺栓孔的位置，对预应力管片(4)做构造处理以防在预应力作用下拉裂，对钢筋混凝土管片(4)加大钢筋的配筋量、孔道周围的特殊构造措施；锚固端管片(4)有预应力钢索(3)孔道、有锚固厚度，将预应力钢索(3)孔道做成弯形的，以引入到隧道内部进行施加。
6.根据权利要求2所述的一种桩-柱-预应力支撑体系施工方法，其特征在于预应力钢索(3)对称张拉，选择适当的加载位置和加载时机。
全文摘要
本发明提出了盾构区间拓展车站技术的一个核心桩－柱－预应力支撑体系及其施工方法，是在靠近盾构隧道外侧一定距离施作排桩隔离土体；在盾构隧道内管片开口一侧架设竖向的临时支撑柱，同时将开口处的保留管片及两侧一定范围内的管片在纵向通过预应力钢索串联起来并进行张拉，形成一个整体承载结构，从而降低管片破除过程中开口处保留管片的受拉和张开趋势，并达到将力系转换到相邻未拆除的管片环上的目的。本发明对于同类工程具有极强的实际应用价值，其主要优势在于支撑体系结构简单，控制管片变形的能力强，传力明确，易于监测；支撑体系可标准化生产，重复使用；支撑体系在最大限度地保障受力安全的前提下，可以提供盾构隧道施工的通行条件。
文档编号E02D5/22GK101082279SQ20071011804
公开日2007年12月5日 申请日期2007年6月27日 优先权日2007年6月27日
发明者刘维宁, 罗富荣, 李兆平, 路美丽, 张新金, 贺少辉, 袁大军, 郭婷, 李晓霖, 李海锋, 许世伟 申请人:北京交通大学