专利名称：大直径盾构隧道扩挖建造地铁车站的方法
技术领域：
本发明涉及一种大直径盾构隧道扩挖建造地铁车站的方法，属于地下建筑工程技术领域。
背景技术：
目前，北京地铁的施工方法主要有明挖法、浅埋暗挖法和盾构法。地铁区间施工一般采用盾构法；车站一般采用明挖法或浅埋暗挖法施工。区间盾构法施工往往受车站施工的限制，使得盾构法的优势不能充分发挥，造成地铁线路施工工期的延长和施工成本的提
尚ο随着北京轨道交通线网的加密，地铁工程建设面临越来越复杂的环境道路狭窄、 地面交通繁忙、大量的周边邻近建(构)筑物、密集的地下管线等。这些复杂的建设环境给地铁工程的建造带来巨大的障碍，可能导致地铁线路布置困难、施工风险加大；同时对地铁施工方法也提出了更为严格的要求。特别是在无法实现单洞单线区间线路布置、要求施工对周围环境影响小的地铁工程中，应探寻适宜的新的施工方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于城市复杂建设环境下地铁车站建造的全新方法，即在大直径盾构隧道基础上，采用浅埋暗挖法扩挖施工地铁车站。本发明充分发挥盾构法和浅埋暗挖法的优势，可实现在城市复杂建设环境下快速、高效和经济地建造地铁工程。目前，浅埋暗挖法主要包含以下几种中隔壁法(⑶法)、交叉中隔壁法(CRD法)、 双侧壁导洞法、洞桩法等。以浅埋暗挖法中的洞桩法为例，本发明的具体施工方法包括如下步骤
(1)大直径盾构施工通过车站，在车站范围内拼装车站用大直径盾构管片；
(2)在大直径盾构隧道内施作底梁-矩形柱-顶梁，并架设临时支撑；
(3)采用洞桩法对称扩挖施工站台隧道上部，包括开挖导洞隧道、桩施工和上部初支扣拱，架设临时支撑和临时中隔板；
(4)对称拆除大直径盾构隧道上部管片、部分导洞隧道和部分临时支撑，进行上部二次衬砌扣拱；
(5)倒换临时支撑，拆除临时中隔板，开挖站台隧道下部土体至基底，并拆除大直径盾构隧道下部管片；
(6)施作站台隧道下部二次衬砌；
(7)拆除临时支撑，施作站台板，完成车站结构施工。上述的技术方案，在导洞隧道开挖前在周边提前注浆，站台隧道开挖前做超前支护；所述大直径盾构管片为通缝拼装，所述管片采用便于拆卸的分块型式，并在所述管片的内、外弧面上预埋钢板。以浅埋暗挖法中的洞桩法为例，本发明在施工过程中要求做到(1)在车站范围内大直径盾构管片必须通缝拼装，管片分块型式要便于其拆卸，管片上需预埋钢板便于与初支、临时支撑等结构连接；
(2)在大直径盾构隧道内架设的临时支撑需满足强度和稳定性要求，限制盾构管片的变形；
(3)导洞隧道开挖前在周边要提前注浆，站台隧道开挖前要做超前支护。土体开挖时， 要注意对称开挖，并保留一定的台阶长度，同时要架设临时支撑和临时中隔板，初支扣拱一定要及时，满足控制地层变形和稳定性要求；
(4)在导洞内向下施作桩，需满足桩径、桩长和间距的要求；
(5)大直径盾构管片的拆除应自上而下，按分块构造随着开挖土体时逐次拆除，拆除时应保证整个结构体系的安全。必要时采用专门的拆除设备和仪器、增加临时支撑等措施。管片拆除后，要安全运输离开施工场地；
(6)二次衬砌扣拱在拆除大直径盾构管片上部后需及时施作，保证施工安全；
(7)注意倒换临时支撑的时机，确保二次衬砌扣拱后最长临时支撑架设在二次衬砌扣拱底端。以浅埋暗挖法中的洞桩法为例，在整个施工过程中，施工方法的具体控制
(1)通缝拼装大直径盾构管片，保证含有预埋钢板的管片位置准确；
(2)导洞隧道周边注浆范围和强度，站台隧道上方超前支护的强度；
(3)桩径、桩长和间距；
(4)临时支撑的强度和稳定性；
(5)站台隧道初支和二衬扣拱的稳定性；
(6)大直径盾构管片拆除后结构体系的稳定性。同时，本发明还可采用交叉中隔壁法(CRD法)扩挖施工双连拱车站，在施工过程中，除了没有桩施工外，其他的主要控制项目和内容与洞桩法基本一致。以浅埋暗挖法中的交叉中隔壁法(CRD法)为例，本发明在大直径盾构隧道扩挖建造地铁车站时的具体施工方法包括如下步骤
(1)大直径盾构施工通过车站，在车站范围内拼装车站用大直径盾构管片；
(2)在大直径盾构隧道内施作底梁-矩形柱-顶梁，并架设临时支撑；
(3)采用CRD法对称扩挖施工站台隧道，架设初支、临时支撑和临时中隔板；
(4)对称拆除大直径盾构隧道上部管片、临时中隔板，并进行倒换长短临时支撑；
(5)对称拆除大直径盾构隧道下部管片和临时中隔板，进行倒换长短临时支撑，并施作站台隧道下部二次衬砌；
(6)施作站台隧道上部二次衬砌；
(7)拆除临时支撑，施作站台板，完成车站结构施工。在上述方法中，在站台隧道开挖前做超前支护。大直径盾构管片为通缝拼装，所述管片采用便于拆卸的分块型式，并在所述管片的内、外弧面上预埋钢板。本发明的有益效果是
(1)充分发挥盾构法所具有的安全高效的技术优点，提高盾构设备利用率；
(2)统筹车站与区间隧道的施工组织设计，解决区间盾构施工和车站施工的工期矛盾； 大大节约地铁工程的施工工期。
(3)解决复杂建设环境下困难地段的区间线路布置和车站建造风险问题；
(4)充分发挥盾构法和浅埋暗挖法的优势，大大减少施工对周围环境和邻近建构筑物的影响，可大大节约工程费用。该发明涉及的新施工方法将盾构法和浅埋暗挖法有机结合起来，取长补短，优势互补，既可以实现狭窄道路条件下的地铁线路布置，又可以实现在城市密集建(构)筑物复杂环境下地铁快速、高效和经济施工，工程的安全和工期均可得到有效保障，大大减少施工对周围环境和邻近建构筑物的影响，缩短工程工期和降低工程造价。下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明，以使本领域技术人员可以更清楚的得知本发明的施工方法，并非对本发明的限制。
图1是本发明双连拱车站横断面示意图(洞桩法扩挖施工)；
图2是本发明双连拱车站施工(洞桩法扩挖施工)，开挖站台隧道上部横断面3是本发明双连拱车站施工(洞桩法扩挖施工)，开挖站台隧道下部横断面4是本发明双连拱车站横断面示意图(CRD法扩挖施工)； 图5是本发明双连拱车站施工方案示意图(CRD法扩挖施工)。附图标记说明
2排桩
4保留的管片 6矩形柱 8站台隧道 10临时支撑
1导洞隧道 3拆除的管片 5顶纵梁 7底纵梁 9站台板 11临时中隔板。
具体实施例方式请参阅图1-3，分别为本发明双连拱车站横断面示意图(洞桩法扩挖施工)、开挖站台隧道上部横断面图及开挖站台隧道下部横断面图。以浅埋暗挖法中的洞桩法为例，本发明在大直径盾构隧道扩挖建造地铁车站时的具体施工方法包括如下步骤
(1)大直径盾构施工通过车站，在车站范围内拼装车站用大直径盾构管片；
(2)在大直径盾构隧道内施作底梁-矩形柱6-顶梁，并架设临时支撑10；
(3)采用洞桩法对称扩挖施工站台隧道8上部，包括开挖导洞隧道1、排桩2施工和上部初支扣拱，架设临时支撑10和临时中隔板11 ；
(4)对称拆除大直径盾构隧道上部管片、部分导洞隧道1和部分临时支撑10，进行上部二次衬砌扣拱；
(5)倒换临时支撑10，拆除临时中隔板11，开挖站台隧道8下部土体至基底，并拆除大直径盾构隧道下部管片；
(6)施作站台隧道8下部二次衬砌；
(7)拆除临时支撑10，施作站台板9，完成车站结构施工。在导洞隧道开挖前在周边提前注浆，站台隧道开挖前做超前支护。大直径盾构管片为通缝拼装，所述管片采用便于拆卸的分块型式，并在所述管片的内、外弧面上预埋钢板。在上述大直径盾构隧道扩挖建造地铁车站的施工过程中，主要控制项目和内容如下
(1)通缝拼装大直径盾构管片3和4，保证含有预埋钢板的管片位置准确； 在车站范围内大直径盾构管片3和4必须通缝拼装，管片上需预埋钢板便于与初支、临时支撑等结构连接，管片分块型式要便于其拆卸。在通缝拼装管片的过程中，要保证含有预埋钢板的管片位置准确。(2)导洞隧道1周边注浆范围和强度，站台隧道8上方超前支护的强度；
在导洞隧道1开挖前，需在其周边一定范围内进行提前注浆，待注浆体达到一定的强度之后，才能进行导洞隧道1的开挖，以保证开挖导洞隧道时周围土体的稳定性；在站台隧道8开挖前，因其开挖断面积较大，需在其上方施作超前支护，待达到设计强度后，方可进行土体开挖。( 3)桩2的直径、长度和间距；
桩2由导洞隧道1内进行施作，根据具体情况可采用人工挖孔或者机械钻孔灌注，但必须要保证桩2的直径、长度和间距，为后续施工提供安全保证。(4)临时支撑10的强度和稳定性；
在大直径盾构隧道内以及挖土中架设的临时支撑10主要用来限制大直径盾构管片和邻近结构的变形，保证其安全。因此临时支撑的强度和稳定性必须要保证。(5)站台隧道8初支和二次衬砌扣拱的稳定性；
在开挖站台隧道8的上部土体后，需及时进行上部初支扣拱的施作，以防止由于开挖荷载释放而导致土体塌方。在大直径盾构管片3和4的上部管片拆除后，应及时进行二次衬砌扣拱。初支和二次衬砌扣拱的稳定保证地层及其它结构的安全。(6)大直径盾构管片3和4拆除后结构体系的稳定性。大直径盾构管片3和4的拆除应自上而下，按分块构造随着开挖土体时逐次拆除。 管片3和4的拆除会导致整个结构体系受力转换，拆除时应保证整个结构体系的安全。必要时采用专门的拆除设备和仪器、增加临时支撑等措施。同时，本发明给出了采用浅埋暗挖法中的CRD法扩挖施工双连拱车站横断面示意图和施工方案示意图，如图4-5所示。在施工过程中，除了没有桩施工外，其他的主要控制项目和内容与洞桩法基本一致。以浅埋暗挖法中的CRD法为例，本发明在大直径盾构隧道扩挖建造地铁车站时的具体施工方法包括如下步骤
(1)大直径盾构施工通过车站，在车站范围内拼装车站用大直径盾构管片；
(2)在大直径盾构隧道内施作底梁-矩形柱6-顶梁，并架设临时支撑10；
(3)采用CRD法对称扩挖施工站台隧道8，架设初支、临时支撑10和临时中隔板11；
(4)对称拆除大直径盾构隧道上部管片、临时中隔板11，并进行倒换长短临时支撑10；
(5)对称拆除大直径盾构隧道下部管片和临时中隔板11，进行倒换长短临时支撑10， 并施作站台隧道8下部二次衬砌；
(6)施作站台隧道8上部二次衬砌；(7)拆除临时支撑10，施作站台板9，完成车站结构施工。在上述方法中，在站台隧道开挖前做超前支护。大直径盾构管片为通缝拼装，所述管片采用便于拆卸的分块型式，并在所述管片的内、外弧面上预埋钢板。在大直径盾构隧道扩挖建造地铁车站中，扩挖施工采用浅埋暗挖法中的哪种方法，应该根据具体工程情况而定，做到节约成本，保证工程质量。
权利要求
1.一种大直径盾构隧道扩挖建造地铁车站的方法，包括如下步骤(1)大直径盾构施工通过车站，在车站范围内拼装车站用大直径盾构管片；(2)在大直径盾构隧道内施作底梁-矩形柱-顶梁，并架设临时支撑；(3)采用洞桩法对称扩挖施工站台隧道上部，包括开挖导洞隧道、桩施工和上部初支扣拱，架设临时支撑和临时中隔板；(4)对称拆除大直径盾构隧道上部管片、部分导洞隧道和部分临时支撑，进行上部二次衬砌扣拱；(5)倒换临时支撑，拆除临时中隔板，开挖站台隧道下部土体至基底，并拆除大直径盾构隧道下部管片；(6)施作站台隧道下部二次衬砌；(7)拆除临时支撑，施作站台板，完成车站结构施工。
2.根据权利要求1所述的大直径盾构隧道扩挖建造地铁车站的方法，其特征在于在所述导洞隧道开挖前在周边提前注浆，在所述站台隧道开挖前做超前支护。
3.根据权利要求1所述的大直径盾构隧道扩挖建造地铁车站的方法，其特征在于所述大直径盾构管片为通缝拼装，所述管片采用便于拆卸的分块型式，并在所述管片的内、外弧面上预埋钢板。
4.一种大直径盾构隧道扩挖建造地铁车站的方法，包括如下步骤(1)大直径盾构施工通过车站，在车站范围内拼装车站用大直径盾构管片；(2)在大直径盾构隧道内施作底梁-矩形柱-顶梁，并架设临时支撑；(3)采用CRD法对称扩挖施工站台隧道，架设初支、临时支撑和临时中隔板；(4)对称拆除大直径盾构隧道上部管片、临时中隔板，并进行倒换长短临时支撑；(5)对称拆除大直径盾构隧道下部管片和临时中隔板，进行倒换长短临时支撑，并施作站台隧道下部二次衬砌；(6)施作站台隧道上部二次衬砌；(7)拆除临时支撑，施作站台板，完成车站结构施工。
5.根据权利要求4所述的大直径盾构隧道扩挖建造地铁车站的方法，其特征在于在站台隧道开挖前做超前支护。
6.根据权利要求4所述的大直径盾构隧道扩挖建造地铁车站的方法，其特征在于所述大直径盾构管片为通缝拼装，所述管片采用便于拆卸的分块型式，并在所述管片的内、外弧面上预埋钢板。
全文摘要
本发明涉及一种大直径盾构隧道扩挖建造地铁车站的全新方法，即在大直径盾构隧道基础上，采用浅埋暗挖法扩挖施工地铁车站。本发明的主要步骤如下(1)在车站范围内拼装车站用大直径盾构管片；(2)在盾构隧道内施作底梁-矩形柱-顶梁，并架设临时支撑；(3)采用浅埋暗挖法对称扩挖施工站台隧道初期支护；(4)对称拆除盾构管片、临时支撑和其它临时结构；(5)施作站台隧道二次衬砌和站台板。本发明充分发挥盾构法和浅埋暗挖法的优势，在城市复杂建设环境下可大大减少施工对周围环境和邻近建构筑物的影响，缩短工程工期和降低工程造价。
文档编号E21D9/00GK102392648SQ20111030783
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者丁德云, 乐贵平, 关龙, 刘军, 刘维宁, 庞振勇, 张彦, 徐凌, 曾德光, 李宏安, 李爱民, 杨寒冰, 杨思忠, 杨秀仁, 江玉生, 汪挺, 王文军, 程小虎, 袁大军, 赵衍发, 路宗存, 郭德友, 郭玉海, 陈衡达, 颜莓, 魏怡, 鲁卫东 申请人:中国矿业大学(北京), 北京交通大学, 北京城建设计研究总院有限责任公司, 北京市政建设集团有限责任公司, 北京市轨道交通建设管理有限公司, 北京港创瑞博混凝土有限公司, 天津市市政工程设计研究院