采用预制装配式衬砌结合PBA建造地铁车站的施工方法与流程

本发明涉及地下建筑工程技术领域，主要涉及一种采用预制构件建造地铁车站的施工方法，尤其适用于城市中心区的地铁车站施工。

背景技术：

目前地铁车站施工可采用明挖法、浅埋暗挖法或盾构法，其中以明挖法或浅埋暗挖法较为常用。地铁车站多建设在城区中心地带，采用明挖法施工，需全日封闭城市道路，加重了城市交通拥堵问题；城区地下管线密集，改移难度大；基坑施工对周边环境污染严重，施工噪声对周边居民的生活和工作影响较大；这些缺陷使明挖法施工所受干扰大、工期长、工程间接费用增加。

传统浅埋暗挖法或盖挖法施工，例如PBA工法在一定程度上缓解了地面交通压力及管线迁移的问题，但该工法初支与二衬均需在地下现浇钢筋混凝土，较长的初凝终凝时间影响工程进度，存在工期长、工作环境差、安全风险多、质量难保证等缺陷。盾构法施工地铁车站往往需要和浅埋暗挖法配合使用，断面形式单一，且断面尺寸相对较小，对地铁车站及结合商业开发的区间(如双层大断面区间)不适用，且盾构施工存在地层适应性差，短距离施工优势无法发挥等缺点。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种采用暗挖预制构件装配式施工建造地铁车站的方法，该方法通过PBA工法完成车站结构的初支，减小对地面沉降及管线的影响，通过引入装配式工艺施作二衬提高施工效率，该法简单、方便、灵活性高，能够有效缩短车站的工期，具有不影响路面交通，施工安全快捷，环境污染小，可推动地下工程产业化等优点。通过对该工法的应用，达到节能环保、降低能耗、施工快捷和预制产业化的目标。

对比现有技术，本发明的技术方案如下：

采用预制装配式衬砌结合PBA建造地铁车站的施工方法，该施工方法的步骤如下：

步骤1在车站设计轮廓的外围进行止水帷幕结构施工，并进行降水施工；

步骤2根据车站的设计结构，沿着拟建车站的延伸方向施工小导洞，在每个小导洞上施作初期支护；

进一步的，开挖小导洞时，先开挖下导洞后开挖上导洞，先开挖边导洞后开挖中导洞。

步骤3待下导洞贯通后采用预制方式施作下边导洞内条形基础；在上边导洞中施作边桩，边桩外侧与导洞间采用混凝土回填，再模筑边桩顶冠梁；在中间导洞中施工位于上中间导洞、下中间导洞间的钢管混凝土柱，在钢管混凝土柱的顶部施作顶纵梁，在钢管混凝土柱的底部施作底纵梁；

步骤4超前预注浆加固地层，预留核心土左右对称开挖拱部初支下部土体，施作拱部初期支护；待拱部初期支护完成后，进行断面上台阶土体开挖，同时对相邻排桩间侧向土体进行初次衬砌，开挖至边桩顶冠梁标高位置，在两侧边桩间横向设置第一道水平支撑；

步骤5待第一道水平支撑完成，继续进行下台阶第二层土方开挖，开挖完成后架设第二道水平支撑；待第二道水平支撑完成后，继续分层开挖至基底，并对基底进行加固；

步骤6在底纵梁和边桩之间拼装仰拱；

步骤7在边桩内侧拼装预制侧墙板，在预制侧墙板之间安装中板，拆除第二道水平支撑；

步骤8在边桩顶冠梁上拼装预制顶拱，拆除第一道水平支撑，预制顶拱与预制侧墙板连接；

步骤9预制构件拼装完成后，随即进行预制侧墙板的壁后注浆，保证支护结构与主体结构密贴。

步骤10施作附属结构，形成完整的车站结构。

作为本发明进一步改进，在各个构件接头部位之间加入抗剪定位楔形销，楔形销起到拼装时定位的作用，可提到二衬拼装的精度。

作为本发明进一步改进，本发明中预制构件混凝土柱中加入纤维，加纤混凝土可提高混凝土的抗裂性能，有较好的防渗效果。

作为本发明进一步改进，所述预制侧墙板在相应的标高位置处设置有牛腿，设置牛腿方便中板的安装。

作为本发明进一步改进，在各个构件接头接缝处加入遇水膨胀材料，如遇水膨胀水泥混凝土，以增强接缝处防水性能。

作为本发明进一步改进，在初支与二衬之间以无钉方式铺设高分子卷材防水层。

作为本发明进一步改进，所述第一道水平支撑、第二水平支撑采用型钢桩或钢混组合材料，采用型钢桩或钢混组合材料作为临时支撑具有较好的支撑强度，同时这种材料的支撑还能方便在后期拆除，省时省力，比较人化。

作为本发明进一步改进，所述的仰拱包括两个仰拱边块和仰拱基底块；两个仰拱边块分别与边桩固接；仰拱基底块分别与底纵梁固接。

作为本发明进一步改进，所述的顶拱分为6块，分别是两块顶拱第一边块、两块顶拱第二边块、两块顶拱第三边块，其中两块顶拱第一边块分别与两侧的预制侧墙板连接，两块顶拱第二边块一端分别与两个顶拱第一边块连接，另一端分别与两个顶拱第三边块相连，两个顶拱第三边块与顶纵梁相连。

作为本发明进一步改进，，所述侧墙板与仰拱通过螺栓连接，中板置于侧墙板的牛腿上。

对比现有技术，本发明的有益效果是：

(1)本发明的施工方法在二衬上基本采用预制构件拼装，促进了地下车站施工的产业化，为地下车站的设计施工提供了新的思路，推动了地下工程产业化的进一步发展；

(2)相较于传统的明挖施工方法，本发明的施工方法除竖井施工外，其它施工作业均在地下进行，既不影响路面交通，不受地面天气条件限制，也对管线拆迁等影响较小，同时又可减少对附近居民产生噪声和振动的影响，有利于缩短工期。

(3)本发明是在PBA工法基础上的创新，相较于传统的PBA工法，在完成初支后，采用预制构件进行主体结构的拼装，具有施工速度快，经济成本低，质量控制有保障的优势；工人施工作业环境好，劳动强度低；施工方法简单、方便，容易施工，能够有效提高地铁车站的整体强度和稳定性，有效提高了车站的使用寿命。

(4)本发明的车站断面形式可形成的内部空间更开阔，不仅有利于施工期的预制构件吊装拼装，而且在建成后可较好的利用地下空间，适用于客流量大的车站、换乘站。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的车站结构示意图；

图2是本发明步骤一中车站断面的结构示意图；

图3是本发明步骤二中车站断面的结构示意图；

图4是本发明步骤三中车站断面的结构示意图；

图5是本发明步骤四中车站断面的结构示意图；

图6是本发明步骤五中车站断面的结构示意图；

图7是本发明步骤六中车站断面的结构示意图；

图8是本发明步骤八中车站断面的结构示意图；

图中：1、底纵梁，2、顶纵梁，3、中板，4-1、4-2仰拱基底块，5-1、仰拱边块，6、预制侧墙板，7-1、7-2顶拱第一边块，8-1、8-2顶拱第二边块，9-1、9-2顶拱第三边块，10、钢管混凝土柱，11-1、11-2边桩，12-1、12-2边桩顶冠梁，13-1上边导洞，13-2中间导洞，13-3上边导洞，14、下导洞，15-1、15-2混凝土回填区，16、初期支护，17、超前小导管注浆加固结构，18、止水帷幕，19、竖井，20、横通道，21、第一临时水平支撑，22、第二临时水平支撑，23-1、23-2牛腿，24、站台板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

术语解释：下边导洞，是指位于下方边上的导洞；上边导洞是指位于上导洞边上的导洞；上导洞包括上边导洞和上中间导洞；下导洞包括下边导洞和下中间导洞。

正如背景技术所介绍的，现有技术中地铁车站多建设在城区中心地带，采用明挖法施工，需全日封闭城市道路，加重了城市交通拥堵问题；城区地下管线密集，改移难度大；基坑施工对周边环境污染严重，施工噪声对周边居民的生活和工作影响较大；这些缺陷使明挖法施工所受干扰大、工期长、工程间接费用增加。

传统浅埋暗挖法或盖挖法施工，例如PBA工法在一定程度上缓解了地面交通压力及管线迁移的问题，但该工法初支与二衬均需在地下现浇钢筋混凝土，较长的初凝终凝时间影响工程进度，存在工期长、工作环境差、安全风险多、质量难保证等缺陷。盾构法施工地铁车站往往需要和浅埋暗挖法配合使用，断面形式单一，且断面尺寸相对较小，对地铁车站及结合商业开发的区间(如双层大断面区间)不适用，且盾构施工存在地层适应性差，短距离施工优势无法发挥等缺点。

为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种采用预制装配式衬砌结合PBA建造地铁车站的施工方法。

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

本发明提供了一种采用预制构件建造地铁车站的施工方法，该方法的具体步骤如下：

第一步：如图1所示，根据车站的设计要求，在拟建车站的设计轮廓的外围进行止水帷幕18施工，并进行降水施工。在路侧开挖竖井19，在竖井19内施工横通道20至车站断面，并对断面周围土体进行加固施工；

如图2所示，本实施例中，施工小导洞并施作初期支护16和施作超前小导管注浆加固结构17；开挖导洞时，先开挖下导洞后开挖上导洞，先开挖边导洞后开挖中导洞，采用台阶法进行开挖完成4个导洞的开挖；分别是上边导洞13-1，中间导洞13-2，上边导洞13-3，下导洞14；在四个小导洞中分别施工16、初期支护，17、超前小导管注浆加固结构。

实际施工中，考虑到以往施工过程中导洞越多，群洞效应越明显，从而影响地面沉降，在具体的工程中应尽量减少导洞数目，可采用上三下一或其他导洞数目组合形式。

第二步：如图3所示，待下导洞贯通后采用预制方式施作下导洞内条形基础；在上边导洞13-3、13-1中施作边桩11-1、11-2，边桩外侧与上边导洞间采用混凝土回填，再模筑边桩顶冠梁12-1、12-2。在中间导洞13-2和下导洞14之间施工钢管混凝土柱10，(挖孔护壁下中间立柱)，在各个钢管混凝土柱的顶部施作顶纵梁2，在各个钢管混凝土柱的底部施作底纵梁1；

本实施例中，所述顶纵梁与底部条形基础采用节段拼装。

第三步：如图4所示，超前预注浆加固地层，预留核心土，左右对称开挖，拱部初支下部土体，施作拱部初期支护；

待拱部初期支护完成后，进行断面上台阶土体开挖，同时对相邻排桩间侧向土体进行初次衬砌，开挖至边桩冠梁标高位置，在两侧边桩间横向设置第一道水平支撑22；待第一道水平支撑22完成，继续进行下台阶第二层土方开挖，开挖完成后架设第二道水平支撑21；待第二道水平支撑21完成后，继续分层开挖至基地，并对基地进行加固。

实际施工中，支护形式并不仅限于采用横撑的内支撑形式，拉锚式、预应力鱼腹梁支撑等等能提供足够的强度与刚度，保证初支的稳定的支护形式皆可采用。

第四步：如图5所示，在底纵梁1的两侧采用可实现预制构件拼装和土方开挖的一体化机械设备拼装仰拱。

本实施例中，仰拱按照轻量化原则，由不包含已施工的条形基础在内的四块组成，分别为图中仰拱边块5-1、5-2和仰拱基底块4-1、4-2。所述仰拱接头部位采用榫接，榫槽与榫头间隙为5-10mm，并在接头部位设置密封橡胶条止水带，构件拼合后采用注浆灌注，确保接缝处的防水。

仰拱边块5-1、5-2分别与边桩11-1、11-2固接；仰拱基底块4-1、4-2分别与底纵梁1固接。

第五步：如图6所示，在边桩11-1、11-2内侧拼装预制侧墙板6与中板3，拆除第二道水平支撑22，侧墙板与仰拱通过螺栓连接，中板置于预制侧墙板6的牛腿23-1、23-2上。

本实施例中，所述预制侧墙板6与中板3为预应力构件，可增强侧墙与中板的抗弯性能。

本实施例中，预制中板在扶梯及设备区需预留孔洞。

第六步：如图7所示，拼装预制顶拱，拆除上面剩余第一道水平支撑21，预制顶拱与预制侧墙板通过螺栓连接，所述顶拱分为6块，分别是顶拱第一边块7-1、顶拱第一边块7-2、顶拱第二边块8-1、顶拱第二边块8-2、顶拱第三边块9-1、顶拱第三边块9-2，其中图中顶拱第二边块8-1和顶拱第二边块8-2两块分别为左右拱关键块。

其中顶拱第一边块7-1、顶拱第一边块7-2，分别与预制侧墙板6连接，顶拱第二边块8-1、顶拱第二边块8-2一端分别与顶拱第一边块7-1、顶拱第一边块7-2连接，另一端分别与顶拱第三边块9-1、顶拱第三边块9-2相连，顶拱第三边块9-1、顶拱第三边块9-2与顶纵梁2相连。

本实施例中，所述各个顶拱块之间采用螺栓连接且接缝部位采用密封橡胶止水带；且拱顶与上边导洞13-3、13-1之间形成混凝土回填区15-1、15-2。

第七步：上面的预制构件拼装完成后，随即进行壁后注浆，保证支护结构与主体结构密贴。

第八步：最后施作站台板24等附属结构，形成如图8所示完整的车站结构。

进一步的，作为本发明进一步改进，在各个构件接头部位之间加入抗剪定位楔形销，楔形销起到拼装时定位的作用，可提到二衬拼装的精度。

作为本发明进一步改进，本发明中预制构件混凝土柱中加入纤维，加纤混凝土可提高混凝土的抗裂性能，有较好的防渗效果。

作为本发明进一步改进，所述预制侧墙板在相应的标高位置处设置有牛腿，设置牛腿方便中板的安装。

作为本发明进一步改进，在各个构件接头接缝处加入遇水膨胀材料，如遇水膨胀水泥混凝土，以增强接缝处防水性能。

作为本发明进一步改进，在初支与二衬之间以无钉方式铺设高分子卷材防水层。

作为本发明进一步改进，所述第一道水平支撑、第二水平支撑采用型钢桩或钢混组合材料，采用型钢桩或钢混组合材料作为临时支撑具有较好的支撑强度，同时这种材料的支撑还能方便在后期拆除，省时省力，比较人化。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)本发明的施工方法在二衬上基本采用预制构件拼装，促进了地下车站施工的产业化，为地下车站的设计施工提供了新的思路，推动了地下工程产业化的进一步发展；

(2)相较于传统的明挖施工方法，本发明的施工方法除竖井施工外，其它施工作业均在地下进行，既不影响路面交通，不受地面天气条件限制，也对管线拆迁等影响较小，同时又可减少对附近居民产生噪声和振动的影响，有利于缩短工期。

(3)本发明是在PBA工法基础上的创新，相较于传统的PBA工法，在完成初支后，采用预制构件进行主体结构的拼装，具有施工速度快，经济成本低，质量控制有保障的优势；工人施工作业环境好，劳动强度低；施工方法简单、方便，容易施工，能够有效提高地铁车站的整体强度和稳定性，有效提高了车站的使用寿命。

(4)本发明的车站断面形式可形成的内部空间更开阔，不仅有利于施工期的预制构件吊装拼装，而且在建成后可较好的利用地下空间，适用于客流量大的车站、换乘站。

需要说明是本实施例是本发明的最优选的实施方式，并非是对本发明作其它形式的限制，任何属于本领域的技术人员都可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施方式。但是凡是未脱离本发明技术原理的前提下，依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化与改型，皆应落入发明专利保护范围。