一种并行盾构隧道上扩建墙柱式地铁车站的施工方法

1.本发明属于地铁车站的施工方法，具体为一种并行盾构隧道上扩建墙柱式地铁车站的施工方法。


背景技术：

2.在以往地铁建设当中，对盾构的使用仅限于断面形式简单单一的区间隧道施工，盾构需要过站时，最常用的方法就是将盾构设备拆解后在盾构井内依次吊入吊出，再在下一个隧道区间内重新组装，或利用拖拉设备将盾构在已开挖好的车站区间内直接拖拉过站，这些过站方法造成盾构施工区间分散，盾构的一次性连续掘进距离大大缩短，盾构井的设置以及盾构的拆装、转场、拖拉等非推进作业，严重降低了盾构的施工效率。除此之外，由于地铁车站施工与区间隧道施工进度难以统筹协调，造成盾构设备“趴窝”的现象也屡见不鲜。
3.为了解决以上问题，一种采用大直径盾构(指可利用其开挖所形成的单一盾构隧道扩建地铁车站)扩建地铁车站的施工工艺在国内外相继被采用，这种施工工艺对盾构过站的问题提供了一种新的解决渠道，但采用大直径盾构施工时要在目标车站端头位置设置专用的车站盾构的盾构井，在施工地铁车站时要转换为专用的大直径车站盾构设备进行车站的施工，而如果区间隧道也和地铁车站一样直接采用大直径盾构进行施工建设的话，不仅会使隧道的建设由于受盾构直径的限制而受到诸多约束，也会造成不必要的浪费。可见，采用大直径盾构扩建地铁车站的施工方式虽然可以减少部分非推进作业，一定程度上提高盾构设备的利用效率，但却又增添了新的非推进作业内容，在经济效益上也有其不利之处。
4.申请号为201510441959.3的中国专利公开了一种在地铁区间盾构隧道基础上扩挖车站的暗挖施工方法，这种施工方法是在隧道内部拆除隧道与车站主体相连接的多余盾构管片，但由于前期已在隧道内部布置了临时内支撑，施工机械难以出入，且拆除后的盾构管片、后期横通道施工开挖出的土石料以及构筑墙柱等所需的混凝土、钢筋等也难以进行运输，制作成的墙柱也会阻碍横通道挖出的土石料的运出，这将大大增加施工的难度及工程量，另外，上述专利中所述的墙柱与盾构管片的连接节点施工时由于施工空间有限，施作难度较大。


技术实现要素：

5.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种施工更加灵活、设备利用效率高的并行盾构隧道上扩建墙柱式地铁车站的施工方法。
6.技术方案：本发明所述的一种并行盾构隧道上扩建墙柱式地铁车站的施工方法，包括以下步骤：
7.步骤一，在路面下方掘进上下行盾构隧道，形成双线并行的地铁区间隧道，构筑位于地铁区间隧道的外侧的基坑外围护结构，在基坑外围护结构顶部设置冠梁；
8.步骤二，在地铁区间隧道内设置盾构管片，沿盾构隧道纵向延伸方向，密贴盾构管
片内侧及管片上下切口位置设置预应力锚固装置，预应力锚固装置伸出拟建地铁车站范围外；
9.步骤三，在拟建地铁车站范围的区间隧道内设置管片内支撑装置，管片内支撑装置之间以纵向连杆构件相连；同时在基坑外围护结构的外侧开挖竖井，破桩开马头门构筑横通道一、横通道二并延伸至拟建车站主体内，以横通道一作为施工平台，构筑小导洞一；
10.步骤四，沿着横通道二的终点向下开挖小基坑一，做好基坑支护，再以小基坑一为起点，沿与小基坑一垂直方向构筑导洞二；
11.步骤五，利用所构筑的导洞二，开挖多个小断面横通道三，横通道三横向延伸至盾构管片与拟建车站主体相接位置；
12.步骤六，利用横通道三提供的施工平台，拆除与横通道三连接处的盾构管片，在横通道三内浇筑车站底板，同时构筑中立柱基础，中立柱基础与底板相连；
13.步骤七，在盾构管片内设置预埋连接件，预埋连接件分别与管片及墙柱内钢筋连接，浇筑墙柱，构筑墙柱与管片开口处上下切口处节点，墙柱两侧预留墙柱间连梁钢筋，墙柱底部与底板相连；
14.步骤八，在小导洞一内进行边桩冠梁、车站边桩、中立柱及顶纵梁的施工；
15.步骤九，纵向分段对称破除小导洞一中的两侧或一侧侧墙，在小导洞一中的边导洞内设置预埋钢格栅，预埋钢格栅与车站主体顶部拟设置的扣拱钢格栅连接，对小导洞一内预埋钢格栅上方空间进行回填，拟设扣拱钢格栅上部打设超前小导管，扣拱施工；
16.步骤十，沿扣拱钢格栅构筑二次衬砌，纵向分段开挖车站主体站台层土体，并对桩间土做锚喷支护，设置预应力锚杆，构筑车站中板及站厅层侧墙；
17.步骤十一，纵向分段开挖车站主体站台层剩余土体，破除部分横通道三及导洞二支护结构；
18.步骤十二，拆除各盾构管片开口之间的剩余管片，构筑墙柱间连梁及墙柱间连梁与盾构管片的节点；
19.步骤十三，构筑站台层剩余底板及墙柱上部的站台层侧墙，构筑支撑梁，形成墙柱-底板-横通道支护的封闭受力体系；
20.步骤十四，拆除管片内支撑，设置仰拱，将竖井、横通道一、横通道二改造为车站出入口或通风通道，进一步节省人力及工程造价。
21.进一步地，步骤一中，采用盾构设备一次性连续长距离掘进盾构隧道。
22.进一步地，步骤二中，预应力锚固装置为若干错片搭接的预应力锚固钢板或预应力锚索。预应力锚固钢板的长度为5-7环管片的长度。
23.进一步地，步骤三中，管片内支撑装置能够在部分盾构管片拆除后维持盾构管片的稳定性。横通道二并延伸至拟建车站主体中间位置，横通道一、横通道二其平面位置根据现场土层条件可重合可错开。横通道二施工期间，边开挖边支护使得支护结构强度能够承载上部土层及横通道一内设备压力。
24.进一步地，步骤四中，小基坑一的高度为横通道二底部至车站主体底部的距离，宽度能够容纳小型机械施工。导洞二纵向延伸长度与车站主体的长度相同。
25.进一步地，步骤十二中，墙柱或墙柱间连梁与盾构管片的节点是一种预制构件与现浇构件的连接节点，通过预埋于盾构管片中的预埋连接件将盾构管片中钢筋与墙柱中钢
筋相连。
26.有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：
27.1、可统筹盾构区间隧道和车站施工，有效减少盾构法施工中的非推进作业，增加盾构的一次性连续掘进距离，使盾构法施工更加灵活，有效提高盾构设备的利用效率，有着显著的工期优势与经济优势，且其优势会随着线路的增长而愈加明显；
28.2、采用暗挖法施工，减少了对周围交通及环境的影响，有显著的社会效益；
29.3、扩挖车站结构为一种行车隧道区间外挂于框支车站结构的多层车站结构体系，行车隧道区间与主体车站结构以弱节点结构相连接，多层扩挖车站结构体系有利于车站内部的交通组织和内部管理，受力合理、传力机理明确、抗震性能好；
30.4、盾构管片在横通道三所提供的施工平台中拆除，相比较于现有技术中在盾构隧道内拆除盾构管片，横通道三提供的施工平台其施工空间更大，更有利于机械化施工，横通道三开挖出的土石料更容易运出；并且管片拆除期间，施工人员可同时在横通道三和盾构隧道内施工，管片拆除更加安全方便，施工效率更高，拆除后的管片可经横通道三及竖井直接运送到洞外；管片拆除后，可直接在横通道三内浇筑墙柱，避免了现有工法中管片拆除后还要在管片开口处另行开挖墙柱构筑空间，墙柱及节点施作更加简单易行；横通道三为墙柱的预制装配式施工提供了可能；隧道内支撑的结构形式不受渣土及管片运输的影响，其设计形式更加多样，可最大限度的确保管片拆除的稳定性；
31.5、在盾构管片内侧及上下开口位置设置预应力锚固钢板或锚索，一方面可增强扩挖区间内盾构管片的整体性，另一方面可防止管片拆除施工时由于管片受力体系的变化而造成管片环间纵向变形失稳的现象；
32.6、采用连杆构件将各单环内支撑连接，使内支撑由单环单独受力转换成内支撑体系的整体受力，增强了内支撑体系的受力性能，受力更加合理，且有效减少了材料的耗费，节省了工程费用；
33.7、与pba工法相结合，主要分为上下两部分施工，上部施工主要包括横通道一、小导洞一及小导洞一内边桩、冠梁等施工，下部施工主要包括横通道二、导洞二、横通道三及管片拆除、墙柱施作等施工，上下部施工可同步进行，相互干扰少，可大大缩短施工工期、提高施工效率，除此之外，多条横通道三及管片拆除施工也可同时进行，可进一步缩短施工工期；
34.8、墙柱的设置使得开口环盾构管片与车站主体连接更加方便，墙柱钢筋可通过管片开口处预埋装置进行连接，节点施作简单，易于操作；
35.9、墙柱构筑完成后，及时将车站底板结构与墙柱相连接，形成墙柱-底板-横通道支护的封闭受力体系，结构受力更加合理；
36.10、横通道二开挖所利用竖井可与横通道一开挖所用竖井为同一个，也可另行开挖，如果另行开挖，横通道一与横通道二施工顺序可根据现场施工情况灵活调整，扩挖车站施工完成后，可将竖井改造为车站出入口或通风通道，进一步节省人力及工程造价。
附图说明
37.图1是本发明的剖视图；
38.图2是本发明的结构示意图；
39.图3是本发明基坑外围护结构3的施工示意图；
40.图4是本发明管片预应力锚固装置5、管片内支撑装置34的施工示意图；
41.图5是本发明竖井6、横通道一7的开挖示意图；
42.图6是本发明小导洞一8的开挖示意图；
43.图7是本发明横通道二9的开挖示意图；
44.图8是本发明横通道一7及小导洞一8的开挖施工俯视图；
45.图9是本发明小基坑一11的开挖示意图；
46.图10是本发明导洞二13、横通道三12的开挖示意图；
47.图11是本发明拆除横通道三12与盾构管片4连接处的多余管片的示意图；
48.图12是本发明墙柱14、底板15、中立柱基础16的施工示意图；
49.图13是本发明边桩冠梁18、边桩19、中立柱20、顶纵梁21的施工示意图；
50.图14是本发明超前小导管17、扣拱钢格栅23的施工示意图；
51.图15是本发明二次衬砌24的施工示意图；
52.图16是本发明站厅层侧墙25、中板26的施工示意图；
53.图17是本发明支撑梁28、站台层侧墙29的施工示意图；
54.图18是本发明仰拱30的施工示意图；
55.图19是本发明横通道三12的剖视图；
56.图20是本发明盾构管片4与墙柱14连接节点的剖视图；
57.图21是本发明墙柱14、墙柱间连梁33的连接示意图。
具体实施方式
58.如图1～2，在路面1下方扩建墙柱式地铁车站，其结构顶覆土层厚度9.2m，开挖断面尺寸为15.9m
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30.5m。基坑外围护结构3顶部有冠梁2，盾构管片4围合成开口的圆筒体通过节点与墙柱14及墙柱间连梁33固连，墙柱14底部与底板15固连，墙柱14或墙柱间连梁33与盾构管片4中的钢筋32通过预埋于盾构管片4中的预埋连接件31相连接，构成连接节点。墙柱14顶部及墙柱间连梁33与站台层侧墙25固连，站台层侧墙25顶部固连有弧形的二次衬砌24、扣拱钢格栅23，二次衬砌24、扣拱钢格栅23的连接处固连有顶纵梁21。顶纵梁21通过中立柱20与中板26固连，中立柱20的底部与底板15的连接处有中立柱基础16。上排小导洞一8中的边导洞有预埋钢格栅22，并与车站顶部的扣拱钢格栅23固连。边桩冠梁18分别与边桩19、预埋钢格栅22固连。站台层侧墙25施工前，采用预应力锚杆27支护。站台层侧墙29之间用支撑梁28加固。
59.如图3～21，上述并行盾构隧道上扩建墙柱式地铁车站的施工方法，具体包括以下步骤：
60.步骤一：采用盾构设备一次性连续长距离掘进，上下行盾构隧道形成双线并行的地铁区间隧道，隧道内采用盾构管片4作为支护结构，在拟建地铁车站范围内构筑基坑外围护结构3，在基坑外围护结构3顶部构筑冠梁2，基坑外外围护结3位于区间隧道外侧，用于挡土挡水；
61.步骤二：沿盾构隧道纵向延伸方向，密贴盾构管片4内侧及上下切口位置设置预应力锚固装置5，预应力锚固装置5为为若干错片搭接的预应力锚固钢板或预应力锚索，预应
力锚固装置5应超出拟建地铁车站范围外一定距离，为防止预应力锚固装置5产生过大变形，单片的预应力锚固钢板长度不宜过长，为5-7环管片的长度；
62.步骤三：在拟建地铁车站范围的区间隧道内架设盾构管片4门式管片内支撑装置34，相邻管片内支撑装置34之间以纵向连杆构件相连接，以增强其整体性，管片内支撑装置34需保证在部分盾构管片4拆除后有足够的强度和刚度维持剩余盾构管片4的稳定性；
63.步骤四：在架设管片内支撑装置34的同时，在车站两端端头开挖竖井6，破桩开马头门构筑横通道一7进入拟建车站主体10，以横通道一7作为施工平台，构筑上层小导洞一8；
64.步骤五：在小导洞一8施工同时，继续向下开挖步骤三所述竖井6，在距离盾构隧道上方一定范围内破桩开马头门构筑横通道二9，横通道二9延伸至拟建车站主体10中间位置。横通道二9施工期间，应边开挖边支护，支护结构强度足以承载上部土层及横通道一7内设备压力，横通道二9以贴近盾构隧道但施工期间不影响盾构管片4的稳定性为原则；
65.步骤六：利用所修筑好的横通道二9，在拟建车站主体10中间部位，向下开挖小基坑一11，同时做好基坑支护，小基坑一11高度为横通道二9底至车站主体10底部距离，宽度可容纳小型机械施工，以小基坑一11为起点，沿车站纵向构筑导洞二13，导洞二13纵向延伸长度与车站主体10长度相一致；
66.步骤七：利用所构筑的导洞二13，开挖多个小断面横通道三12，横通道三12横向延伸至盾构管片4与拟建车站主体10相接位置；
67.步骤八：利用横通道三12提供的施工平台，拆除与横通道三12连接处的盾构管片4，在横通道三12内浇筑车站底板15，同时构筑车站中立柱基础16，中立柱基础16与车站底板15紧密连接；
68.步骤九：利用盾构管片4内预埋连接件31，预埋连接件31分别与管片及墙柱内钢筋32连接，并现场浇筑墙柱14，施作墙柱14与盾构管片4开口处上下切口处节点，墙柱14两侧预留墙柱间连梁33钢筋，墙柱14底部与底板15相连；
69.步骤十：在步骤三所述上层小导洞一8内进行边桩19、边桩冠梁18、顶纵梁21及中立柱20施工；
70.步骤十一：纵向分段对称破除上层小导洞一8中的中间导洞两侧侧墙及边导洞一侧的部分侧墙，在小导洞一8中的边导洞内设预埋钢格栅22，并与车站顶部拟设的扣拱钢格栅23连接，对小导洞一8内预埋钢格栅22上方空间进行回填，拟设扣拱钢格栅23上部打设超前小导管17，扣拱施工；
71.步骤十二：施作顶部的二次衬砌24，纵向分段开挖车站站台层土体，并对桩间土做锚喷支护，即预应力锚杆27，施作中板26及站厅层侧墙25；
72.步骤十三：纵向分段开挖车站站台层剩余土体，破除部分横通道三12及导洞二13的支护结构；
73.步骤十四：拆除盾构管片4开口之间的剩余管片，施作墙柱间连梁33及墙柱间连梁33与盾构管片4的节点；
74.步骤十五：施作站台层剩余底板15及墙柱上部侧墙29，施作支撑梁28；
75.步骤十六：拆除管片内支撑装置34，施作仰拱30等结构，将车站两端竖井6及横通道一7、横通道二9改造为车站出入口或通风通道，完成整体车站施工。