CN105888703A - 微导洞内施做横向棚盖下超浅埋暗挖地铁车站修建方法 - Google Patents

Abstract

微导洞内施做横向棚盖下超浅埋暗挖地铁车站修建方法，本发明适用于地下空间的设计与施工，在暗挖情况下可超浅埋施做平顶直墙的大型地下结构。地下空间常用的施工工法有明挖法、盖挖法及暗挖法。相比于明挖法及盖挖法，本发明避免了对现状地面的破除，对交通及管线影响小。相比于暗挖法，对覆土厚度要求小，避免了地下空间因暗挖造成的深埋，同时工序转化简单，投资小。相比于管幕法，更适于国内目前的建设环境。本发明先通过在地下一定深度实现微导洞，在微导洞内进行“棚盖”结构的架设，再在棚盖的保护下，进行车站等地下结构的逆作法施工。

Description

微导洞内施做横向棚盖下超浅埋暗挖地铁车站修建方法

技术领域

本发明适用于大型地下空间的设计与施工，尤其适用于地铁车站结构的修建。在暗挖情况下可超浅埋施做平顶直墙的大型地下空间结构，避免地下结构施工对于地面交通及管线的影响，避免传统暗挖法埋深过大带来的提升高差大及深埋地下水处理问题。同时适用于深埋情况下的地下空间结构的施做。

背景技术

目前，公知的地下空间的施工工法有明挖法、盖挖法、暗挖法及管幕施工方法。明挖法及盖挖法均需对现状路面进行破除，中断交通同时对道路下的管线进行改移，工程建设对城市交通及地下管线影响较大，同时建设涉及大量的前期协调问题，导致工程建设成本增高，工期不可控。在我国城市，尤其是在北京等特大型城市的主城区其适用性日渐降低。

常用的暗挖工法有CD、CRD、PBA及一次扣拱法等，上述工法虽然对道路及管线影响较小，但对覆土厚度均有一定的要求，通常开挖的宽度越大，要求的覆土厚度越大，部分工法如CD及CRD工法仅能施做一定跨度的地下空间。PBA及一次扣拱等工法虽能施做大跨结构，但对覆土厚度有着较高的要求，同时断面为拱顶，进一步加大了地下空间的埋深，导致地下结构埋深大，提升高度大，结构断面尺寸大，地下水处理困难，工程投资大。此外上述工法工序转化复杂、施工工效低、地面变形大。

近期国内个别地铁车站工程及个别地下空间采用管幕法进行了修建，但因采用的管幕形式、顶进方式均参照国外类似工程案例得来，部分由国外公司直接参与设计或施工。从而在工程建设对于场地的需求、顶进工作坑(或导洞)所需的空间、工程设备等方面，相对国内建设环境仍提出了较高的要求，因此在工程建设中并未得到广泛应用。此外采用上述技术可以实现一定的“超浅埋”，但实际的埋深亦相对较深，单以顶进的钢管尺寸来衡量，通常顶进钢管的管径在1m～2m左右,管幕本身对覆土就提出了一定的需求，同时如此之大的管幕在浅层土中打设，根据地层的起拱效应，当上覆土层过浅时不利于地下管线及路面沉降的保护。另外目前的管幕多沿结构的次受力方向打设，以地铁车站为例，多沿车站纵向打设，打设长度长，施工精度要求高，对于顶进设备及顶进空间的要求高，在工程建设中造成了诸多不便，限制了其适用性。

发明内容

本发明的目的是提供一种超浅埋暗挖地铁车站结构的修建方法，它克服现有地铁车站施工工法的不足，解决明挖法和盖挖法对交通及管线影响大、前期工程不可控的问题；解决暗挖法对覆土要求高、结构埋深大、地下水难以处理、工程投资大、工序转化复杂、施工效率低及变形大等问题；解决现有管幕法对覆土要求较高、顶进工艺复杂、与目前国内工程建设 环境难以适应的问题。

本发明提供一种新的地铁车站结构的施工方法，微导洞内施做横向棚盖下超浅埋暗挖地铁车站修建方法——棚盖逆作法。该工法无需对现状路面进行破除，对地面交通及地下管线影响小，同时可在明挖车站的埋深条件下暗挖施工地铁车站，实现真正的超浅埋暗挖，避免暗挖法深埋带来的一系列问题。同时相比管幕法，本发明埋深浅，工艺简单，便于目前国内工程建设环境操作，适用性强。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

微导洞内施做横向棚盖下超浅埋暗挖地铁车站修建方法，其特征在于，在地铁车站预定位置，形成垂直结构短边方向的微导洞，在微导洞内横向顶进“棚盖”结构，在“棚盖”结构的保护下进行地下车站结构的暗挖开挖；

它包括下列步骤：

(1)在暗挖微导洞内打设“棚盖”结构，棚盖结构优先选用钢管型钢结构；

(2)“棚盖”结构横向顶进，以有效减少“棚盖”结构的长度，简化其对顶进工艺和顶进设备的需求，从而缩减微导洞的尺寸，进而减小微导洞安全施工对于覆土的需求，实现微导洞的浅埋；

(3)通过围护桩、小导洞竖向墙体及车站立柱结构，对“棚盖”结构形成有效的支顶，缩减不同施工工况下“棚盖”结构的宽度，以有效减少“棚盖”结构的截面尺寸，简化其对顶进工艺和顶进设备的需求，从而缩减微导洞的尺寸，进而减小微导洞安全施工对于覆土的需求，实现微导洞的浅埋；

(4)“棚盖”结构与车站结构主受力方向一致，即为超前支护，也为车站不同步序间的主要受力构件，其强度和变形要满足结构受力要求；

(5)在“棚盖”结构形成后，在棚盖结构的保护下，进行棚盖逆作施工；

(6)为实现暗挖超浅覆土下的变形控制，要控制好“棚盖”顶进过程中的土体损失及“棚盖”体系间的土体损失；“棚盖”体系间土体的保护通过预制型钢结构及注浆实现。

其工程实施步骤如下；

(1)、在道路边可用场地，施工暗挖施工的施工竖井及横通道，竖井及横通道尺寸与传统矿山法车站及区间保持一致即可；横通道与车站长边方向垂直；

(2)、在横通道内施工微导洞，微导洞与车站短边方向垂直；导洞覆土控制在3m，采用300mm厚的钢格栅+喷射砼结构；其内净空尺寸在3.5～4m左右即可；

(3)、在先行导洞内顶进“棚盖”结构；

(4)、在“棚盖”结构保护下形成竖向的围护桩及其他必要的竖向及水平支撑体系；所有的竖向支撑体系要有效的对于棚盖结构体系形成支顶；

(5)、在已形成的体系下进行车站结构的逆作开挖。

在道路边的绿地或广场内，通过传统暗挖车站的施工竖井及施工横通道，在城市路面下地铁车站预定位置施工微导洞。微导洞用于地铁车站结构“棚盖”体系的架设，棚盖体系可采用钢管或型钢结构。微导洞垂直车站结构主受力方向设置，微导洞施工完毕后，在微导洞内打设平行于地铁车站结构主受力方向的“棚盖”体系，棚盖体系要超出地铁车站横断面结构一定长度，在“棚盖”的保护下进行地铁结构的开挖。

其技术核心内容如下:

一、充分控制微导洞内顶进“棚盖”体系的截面尺寸，以减少工程顶进“棚盖”体系对于顶进力的需求，从而缩减顶进设备尺寸，进一步控制微导洞尺寸。具体操作方式为：

(1)选择“棚盖”体系的打设方向与车站结构主受力方向一致(即车站横断面方向)，以减少顶进长度。

(2)在钢管内填充混凝土，形成钢管混凝土结构。为保证混凝土填充密实，应在管线上设置出气孔，同时管内预留注浆管。或采用自流平混凝土。

(3)在工程建设中形成必要的支点，以减少棚盖体系的跨度，进而缩减其截面尺寸，支点通常为地铁结构的梁柱体系，梁柱体系在“棚盖”形成后施做，梁柱体系应与“棚盖”顶紧，车站土体在梁柱与棚盖顶紧后开挖。

目前地铁暗挖车站横断面单跨跨度在6.0～8.0m之间，经强度和变形验算采用此种方法采用Φ400以下的钢管即能满足结构受力及变形要求。相对与管幕法，管径大大减小，相对地铁建设常用管棚，直径略有增加。

二、充分控制微导洞内顶进“棚盖”体系的长度。具体操作方式为，选择“棚盖”体系的打设方向与车站结构主受力方向一致(即车站横断面方向)，以减少顶进长度。通常地铁车站结构根据不同的站台宽度及限界尺寸，横断面宽度(含外墙厚)在19.9m～22.9m之间，采用此种方法，横向顶进“棚盖”的长度在21.5m～22.9m之间。比常用的管幕结构长度大大缩短，比地铁施工中常用的管棚结构的长度亦明显减短。对于顶进力的需求小，顶进精度容易保证。

三、严格控制微导洞的断面尺寸，通过控制微导洞内顶进“棚盖”体系的长度及截面尺寸，简化顶进的机械设备，从而减少顶进对于空间的需求。对于“棚盖”体系的长度及截面尺寸的控制方式见上文。根据目前大量地铁管棚打设经验和与顶管机厂商进行的咨询，采用本方法确定的直径400mm左右的钢管，可在内净空3.5m～4.0m的空间进行打设。为保证微导洞结构的完整性，钢管在微导洞钢格栅间顶进，钢管间净距确定为0.65m左右，设置方式如图7、图8所示。

四、为保证车站实现浅埋，充分控制微导洞的覆土厚度。控制导洞覆土厚度的具体措施为：

(1)严格控制微导洞的断面尺寸，具体方式详见上文。

(2)选择合理的微导洞超前支护措施。

目前微导洞净宽确定为3.5m～4.0m，根据北京地铁建设经验，导洞顶覆土在3m左右时即可保证开挖的安全。超前支护措施采用小导管、深孔注浆等。

五、除微导洞以外的暗挖导洞均在“棚盖”体系的保护下进行开挖。为保证浅覆土情况下，大跨地铁结构开挖的安全，使用本方法，必须在“棚盖”的保护下进行地铁其余部分的开挖。

六、为实现浅覆土下，车站工程开挖的微沉降，要做好以下工作：

(1)保证“棚盖”体系顶进过程的微沉降，其要点为控制顶进过程中的土体损失，管内土体先顶后挖。

(2)保证“棚盖”体系架设完成后，车站结构开挖的微沉降。其工作的核心是避免“棚盖”体系间土体的损失。随挖随撑，及时注浆。拟采用型钢结构对棚盖间的土体进行封闭处理，处理方式之一图7、图9所示，在槽钢两侧焊接角钢作为悬挑结构，挖至钢管处及时用槽钢的凹面对钢管的凸面进行支顶和固定，角钢板及时护住桩间土体。

七、“棚盖”架设完毕后，其余部分的开挖步序上采用逆作，先施工车站顶板结构，此后为各层中板结构施做，最后为车站底板结构施做。

根据微导洞内施做横向棚盖下超浅埋暗挖地铁车站修建方法——棚盖逆作法，可在暗挖情况下施做顶板埋深在4.5m以上的车站结构，车站顶板埋深与传统明挖车站(顶覆土＞3m)基本接近。车站位于地下道路部分完成实现暗挖。

本发明的有益效果是：可以在传统明挖地铁车站的深度进行结构的暗挖施工，地下空间结构集明、暗挖结构的优点于一身，既可避免大面积的破除路面改移管线，又具有明挖地下结构的使用效果和经济效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的步骤1示意图；

图2是本发明的步骤2示意图；

图3是本发明的步骤3示意图；

图4是本发明的步骤4示意图；

图5是本发明的步骤5示意图；

图6是本发明的步骤6示意图；

图7是本发明的棚盖法结构横剖面示意图；

图8是本发明的微导洞格栅及钢管布置示意图；

图9是本发明的棚盖结构间土体的保护示意图。

具体实施方式

微导洞内施做横向棚盖下超浅埋暗挖地铁车站修建方法——棚盖逆作法，是在地下暗挖 施工超浅埋平顶大型地铁车站结构的施工方法，同时适用于道路下其他长条形大型地下空间结构的开挖，其具体实施方式如下：

参见图1所示：通过道路边的绿地、停车场等可用场地施工暗挖施工竖井及横通道结构，由横通道进行微导洞结构的开挖，微导洞覆土控制在3m左右。待微导洞结构开挖完成后，在微导洞内施工承受水平及竖向力的围护桩，之后水平向打设“棚盖”体系。施工完毕的棚盖体系要与已施工的围护桩顶紧。

参见图2所示：在“棚盖”结构保护下，施工导洞1、导洞2及导洞3，导洞1内的围护桩要与“棚盖”结构顶紧；导洞2及导洞3的竖向初期支护要与“棚盖”结构顶紧。施工导洞时要做好“棚盖”体系间土体的保护工作。

参见图3所示：在导洞2与导洞3内，依次施工柱下桩基础、柱及柱顶梁结构。柱顶梁结构要与“棚盖”结构顶紧，在柱顶梁对“棚盖”体系进行有效支撑后，方可拆除导洞2与导洞3的竖向支撑结构。

参见图4所示：拆除各导洞的竖向支撑结构，进行各导洞间土体的开挖。施工车站顶板及部分侧墙。

参见图5所示：开挖土体至结构中板位置，施做中板及中板梁。

参见图6所示：待中板及中板梁达到设计强度后，继续开挖土体至底板位置，施做结构底板、底板梁及剩余侧墙结构，完成地下结构的施工。

图1～图6为本工法的一种典型开挖方式的示意，在工程实施中可根据工程外部环境条件，工程地质及水文地质情况，进行相应衍化。

Claims (2)

1.微导洞内施做横向棚盖下超浅埋暗挖地铁车站修建方法，其特征在于，在地铁车站预定位置，形成垂直结构短边方向的微导洞，在微导洞内横向顶进“棚盖”结构，在“棚盖”结构的保护下进行地下车站结构的暗挖开挖；

它包括下列步骤：

(1)在暗挖微导洞内打设“棚盖”结构，棚盖结构优先选用钢管型钢结构；

(2)“棚盖”结构横向顶进，以有效减少“棚盖”结构的长度，简化其对顶进工艺和顶进设备的需求，从而缩减微导洞的尺寸，进而减小微导洞安全施工对于覆土的需求，实现微导洞的浅埋；

(3)通过围护桩、小导洞竖向墙体及车站立柱结构，对“棚盖”结构形成有效的支顶，缩减不同施工工况下“棚盖”结构的宽度，以有效减少“棚盖”结构的截面尺寸，简化其对顶进工艺和顶进设备的需求，从而缩减微导洞的尺寸，进而减小微导洞安全施工对于覆土的需求，实现微导洞的浅埋；

(4)“棚盖”结构与车站结构主受力方向一致，即为超前支护，也为车站不同步序间的主要受力构件，其强度和变形要满足结构受力要求；

(5)在“棚盖”结构形成后，在棚盖结构的保护下，进行棚盖逆作施工；

(6)为实现暗挖超浅覆土下的变形控制，要控制好“棚盖”顶进过程中的土体损失及“棚盖”体系间的土体损失；“棚盖”体系间土体的保护通过预制型钢结构及注浆实现。

2.根据权利要求1所述的修建方法，其特征在于，工程实施步骤如下；

(1)、在道路边可用场地，施工暗挖施工的施工竖井及横通道，竖井及横通道尺寸与传统矿山法车站及区间保持一致即可；横通道与车站长边方向垂直；

(2)、在横通道内施工微导洞，微导洞与车站短边方向垂直；导洞覆土控制在3m，采用300mm厚的钢格栅+喷射砼结构；其内净空尺寸在3.5～4m左右即可；

(3)、在先行导洞内顶进“棚盖”结构；

(4)、在“棚盖”结构保护下形成竖向的围护桩及其他必要的竖向及水平支撑体系；所有的竖向支撑体系要有效的对于棚盖结构体系形成支顶；

(5)、在已形成的体系下进行车站结构的逆作开挖。