CN109538246A - 拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构及施工方法,该拱脚加固结构包括两层拱盖支护、布设于地铁车站拱盖主体左右两侧拱脚处的拱脚桩及与拱脚桩连为一体的拱脚纵向梁,拱脚桩桩身沿拱脚切线布置;拱脚桩由型钢骨架及浇筑于型钢骨架和桩孔内的细石混凝土构成。本发明为拱脚桩与纵向梁相结合的加固体系,通过纵向梁连接拱脚桩和第一、二层拱盖支护,结构整体性好,抵抗局部受力及变形能力强,能够对拱脚处深厚破碎围岩进行有效加固防护;此外本发明提供的拱脚加固结构施工方法,加固范围和实施对象选取灵活,均是针对支护拱盖的拱脚岩层破碎,不会产生整体性影响,也不影响拱盖法在工程造价、施工工期、实施效率、机械化作业等方面的优点。

Description

拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构及施工方法
技术领域
本发明属于轨道交通施工技术领域,涉及地铁车站拱脚加固结构,尤其涉及一种拱盖法暗挖地铁车站施工中位于破碎围岩位置附近的拱脚加固结构及施工方法。
背景技术
鉴于我国幅员辽阔,不同地区土层岩层差别明显,因此随着我国地铁工程的广泛发展,暗挖法在不同地层状况有不同的实现方式,包括“中洞法”、“侧洞法”、“PBA洞桩法”和“拱盖法”等。
拱盖法是适用于围岩“上软下硬”条件的一种暗挖施工方法,具有工序少、支护结构简单,拱盖成型后作业面积大、功效高、工期短等优点,目前拱盖法的应用范围主要为围岩等级在I~IV级、地质条件理想、特别是拱脚基岩稳定的地层。青岛、重庆、大连等地区的地层上部被第四系覆盖,下伏中生代基岩,具有典型的二元地层结构特点,故拱盖法的应用相当广泛。
然而地铁车站一般200m以上,受局部断裂和次生地质构造的影响,不可避免的将面对局部软弱围岩和拱脚岩体破碎等不利情况。如若在总体围岩情况较好、局部拱脚破碎的地层放弃拱盖法施工,则在工期、造价等方面均不适宜。目前针对拱盖法暗挖地铁车站拱脚位于破碎围岩位置的情况,处理方式主要以拱脚处设置锚杆(锚索)和局部注浆为主。
当采用锚杆(锚索)的固定方式时,作为柔性加固结构,锚杆(锚索)主要以施加拉力的方式稳固岩体,因此其只能先通过稳定拱脚下岩体,从而间接起到稳固拱脚的作用;然而,拱脚对周围围岩的主要作用是压力,施工过程中,假如锚杆(锚索)打入角度过于水平,产生的水平向外拉力过大,反而会对拱脚产生不利作用。当采用局部注浆的加固方式时,浆液的扩散范围、速度和加固强度都有一定的不可预知性。因此,目前的加固方式不可避免存在结构刚度小、效果不可控及加固范围难以有效覆盖深厚破碎层等缺点。
综上所述,设计一种更合理的拱脚加固结构和新的施工方法,对拱盖法拱脚破碎围岩进行有效的加固,将对控制拱盖支护体系变形、使整个结构体系充分发挥承载能力起到极为重要的作用,同时对于拱盖法技术优势的充分发挥及推广应用,也都具有重大的现实意义。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题,提供一种拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构及施工方法,以适用于拱盖法暗挖地铁车站拱脚处破碎围岩的有效加固。
为解决上述技术问题,本发明以下技术方案来实现。
本发明提供的拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构,包括依次布设在地铁车站二次衬砌上方的第一层拱盖支护、第二层拱盖支护、布设于第二层拱盖支护左右两侧拱脚处的拱脚桩及与拱脚桩连为一体的拱脚纵向梁;所述拱脚桩桩身沿拱脚切线布置;所述拱脚桩由型钢骨架及浇筑于型钢骨架钢壁内和桩孔内的细石混凝土构成;所述拱脚纵向梁沿地铁车站纵向布设于第二层拱盖支护左右两侧。
上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构,为了提高对拱脚深厚破碎岩层的加固效果,所述拱脚桩穿过拱脚破碎岩层,改善了加固效果可靠性,增强了控制拱脚变形能力。在优选的实施方式中,所述拱脚桩桩身长度不小于5m,所述拱脚桩桩成孔直径一般为180~250mm。
上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构,当布设于同一固定位置的拱脚桩数量为两根以上时,相邻两根拱脚桩桩身轴线成10°~20°固定夹角,可更好地抵抗拱脚破碎岩层处的局部受力。
上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构,所述拱脚桩型钢骨架顶延伸入拱脚并浇筑于纵向梁中,通过纵向梁在地铁车站加固范围内将各拱脚桩连成整体,提高了加固体系自身的刚度。
上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构,为了提供纵向梁自身刚度,所述纵向梁主要由沿地铁车站纵向布设的若干纵向梁钢筋以及将纵向梁钢筋浇筑于一体的混凝土构成。
上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构,所述纵向梁位于地铁车站第一层拱盖支护拱脚内侧,且所述纵向梁内预留第二层拱盖格栅钢架接头,以用于连接纵向梁和第二层拱盖支护。
本发明提供的拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构,采用布设在地铁车站第二层拱盖支护的拱脚桩对拱脚处破碎岩层进行支撑和加固,布设的若干拱脚桩通过纵向梁连接为一整体,形成一个桩梁结合的加固体系。
本发明进一步提供了上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,包括以下步骤:
(1)确定拱脚桩施工所需的导洞空间尺寸;
(2)开挖地铁车站上部断面,并施作第一层拱盖支护;
根据导洞空间尺寸,开挖车站上部断面;在导洞开挖的同时,完成第一层拱盖支护的施作;
(3)根据拱脚围岩破碎情况和范围,确定加固位置;
(4)根据拱盖受力确定拱脚桩参数、纵向梁尺寸及配筋;
(5)施作拱脚桩;
在确定加固位置,沿设计的桩身轴线倾斜钻孔,得到拱脚桩桩孔,然后将型钢骨架(8)吊放入拱脚桩桩孔中,并在型钢骨架钢壁内及拱脚桩桩孔内灌注细石混凝土(9),完成拱脚桩的施作;
(6)施作纵向梁;
(7)施作第二层拱盖支护;
(8)重复步骤(1)~(7),直至完成车站内所有拱盖支护及在破碎围岩位置的拱脚加固。
上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,步骤(1)中,根据工程地质水文情况、拱盖支护结构受力和施工机具的空间要求,确定地铁车站上断面开挖导洞的空间尺寸及临时竖撑的位置。导洞的空间尺寸一般净宽不小于5m,净高不小于7m,均可满足机械施工展开。临时竖撑的位置应满足第二层拱盖支护施作前的结构受力,并注意防止临时竖撑下方核心土对机械施工空间的侵占。
上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,步骤(2)中,根据导洞空间尺寸,开挖车站上部断面。在导洞开挖的同时,架设第一层拱盖支护的格栅钢架以及作为临时竖撑的型钢,然后在第一层拱盖支护格栅钢架上绑扎钢筋网、喷射混凝土,完成第一层拱盖支护的施作。
上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,步骤(3)中,根据导洞开挖后揭示的拱脚位置围岩破碎情况和范围,能精确确定加固位置。一般拱脚下岩体完整性稀疏小于0.45、破碎岩层厚度大于1m时,需要采用拱脚桩和纵向梁等加固措施。
上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,步骤(4)中,拱脚桩和纵向梁结构参数拱脚桩参数(包括拱脚桩桩身长度、型钢骨架规格、桩成孔直径等)和纵向梁尺寸及配筋可根据拱盖内力(如拱脚轴力等)计算确定,其中拱脚桩长度应穿过揭示的破碎岩层且一般不小于5m,拱脚桩桩成孔直径一般为180~250mm,以便能采用小型钻孔机机械施工。当布设于同一加固位置的拱脚桩数量为两根以上时,相邻两根拱脚桩桩身轴线成10°~20°固定夹角,可更好地抵抗拱脚破碎岩层的局部受力。
上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,步骤(5)中,拱脚桩施工时先成孔、清孔,再吊放型钢骨架,最后在拱脚桩桩孔内及型钢骨架钢壁内灌注C30及以上细石混凝土,完成拱脚桩的施作。选用的钻机应适合钻孔深度及孔径要求,成孔过程平稳灵活,能在净宽5m、净高7m的空间内展开作业,其钻杆可以在360°范围内倾斜钻孔,充分利用桩身倾斜布置后的导洞空间。本发明中采用的是小型隧道钻机。成孔过程中应注意运用倾斜仪进行钻孔倾斜度测量,严格控制打设方向。混凝土的粗骨料级配和塌落度应保证拱脚桩桩体浇筑密实连续。
上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,步骤(6)中,纵向梁施作方式为:首先绑扎若干拱脚纵向梁钢筋,然后利用C30及以上混凝土浇筑为一体。所述纵向梁位于地铁车站第一层拱盖支护拱脚内侧。所述拱脚桩型钢骨架顶延伸入拱脚并浇筑于纵向梁中。纵向梁内预留第二层拱盖格栅钢架接头,以用于连接纵向梁和第二层拱盖支护。梁钢筋和拱脚桩桩头冲突处应适当调整钢筋位置。
上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,步骤(7)中,架立第二层拱盖支护格栅、绑扎钢筋网、喷射混凝土,完成第二层拱盖支护的施作。
上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,拱脚桩、纵向梁均布设于拱盖支护左右两侧,上述结构施工均与二次衬砌浇筑无工序交叉,施工步骤简单、实现方便、施工工期短且工作量小,且施工质量较易保证。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明提供的拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构,通过拱脚桩与纵向梁相结合的加固体系,能够改善加固体系自身的刚度,提高对拱脚处破碎围岩的加固能力,并增强对拱脚变形能力的控制。
2、本发明提供的拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构,拱脚桩由型钢骨架和混凝土构成,能有效穿透深厚破碎围岩,进一步提高了对拱脚处破碎围岩的加固效果及可靠性。
3、本发明提供的拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构,构成拱脚桩的型钢骨架插入纵向梁混凝土中,增强拱脚桩和纵向梁的结合能力,确保两者构成的加固体系自身具有较大的刚度。
4、本发明提供的拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构,纵向梁连接拱脚桩和第一层拱盖支护及第二层拱盖支护,整体性好,抵抗局部受力及变形能力强,覆盖范围广,能够对拱脚破碎围岩进行有效防护,且可控制拱盖支护体系整体变形,从而使整个拱盖主体结构充分发挥承载能力。
5、本发明提供的拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构施工方法,加固范围和实施对象选取灵活,均是针对支护拱盖的拱脚岩层破碎,其施作对整个车站的施工不会产生整体性的影响,不影响拱盖法在工程造价、施工工期、实施效率、机械化作业等方面的优点。
6、本发明提供的拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构施工方法,拱脚桩均采用小型隧道钻机成孔,并且钻杆可以按任意角度倾斜,能充分利用桩身倾斜布置后的导洞空间,避免隧道内大型桩基的尺寸限制和人工成孔的工程风险。
7、本发明提供的拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构施工方法,拱脚桩、纵向梁均布设在拱盖支护左右两侧,与二次衬砌结构分离,其施工过程与二次衬砌浇筑无工序交叉,从而避免二次衬开挖机浇筑期间的拱脚扰动及拆除临时支撑等工程风险。
附图说明
图1为本发明拱盖法暗挖地铁车站主体结构示意图。
图2为本发明拱盖法暗挖地铁车站主体结构的施工步序图;其中,a为开挖左侧导洞上台阶,施作左侧第一层拱盖支护及临时竖撑;b为开挖左侧导洞下台阶,接长左侧第一层拱盖支护及临时竖撑;c为依次开挖右侧上、下台阶导洞,施作右侧第一层拱盖支护及临时竖撑;d为依次开挖中间导洞上下台阶,顺接左侧第一层拱盖支护和右侧第一层拱盖支护;e为施作拱脚桩、纵向梁和第二层拱盖支护;f为在拱盖和拱脚加固结构保护下,开挖车站下部,并浇筑二次衬砌。
图3为本发明拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构中拱脚桩和纵向梁施工现场示意图。
图4为本发明拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构中拱脚桩结构示意图。
图5为本发明拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构中拱脚桩、纵向梁和第二层拱盖格栅钢架接头的连接图。
图6为应用对比例拱盖法暗挖地铁车站主体结构示意图。
图7为应用例和应用对比例中地表沉降对比示意图;地表沉降位移均是在应用例和应用对比例施作结束后,沿地表宽度方向进行监测得到的。
图8为应用例和应用对比例中拱顶沉降对比示意图;拱顶沉降位移均是在应用例和应用对比例施作过程中对拱顶进行实时监测得到的。
其中,附图标记对应的名称为:
1-纵向梁,2-拱脚桩,3-第一层拱盖支护,4-第二层拱盖支护,5-车站二次衬砌,6-小型隧道钻机,7-临时竖撑,8-型钢骨架,9-细石混凝土,10-第二层拱盖格栅钢架接头,11-锚杆,12-注浆花管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明:
实施例
如图1至图5所示,本实施例提供了一种拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构及施工方法。
该拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构,结构如图1所示,其包括依次布设在地铁车站二次衬砌正上方的第一层拱盖支护3、第二层拱盖支护4,及布设于第二层拱盖支护左右两侧拱脚处的拱脚桩2及与拱脚桩连为一体的拱脚纵向梁1。
该拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的现场施工方法包括以下步骤:
(1)确定拱脚桩施工所需的导洞空间尺寸。
根据工程地质水文情况、拱盖支护结构受力和施工机具的空间要求,确定地铁车站上断面开挖导洞的空间尺寸及临时竖撑7的位置。导洞的空间尺寸一般净宽不小于5m,净高不小于7m,均可满足机械施工展开。临时竖撑7的位置应满足第二层拱盖支护施作前的结构受力,并注意防止临时竖撑下方核心土对机械施工空间的侵占。
(2)开挖地铁车站上部,并施作第一层拱盖支护。
根据导洞空间尺寸,开挖车站上部断面。如图2(a)-(d)所示,首先开挖左侧导洞上台阶,同时架设左侧第一层拱盖支护的格栅钢架以及作为临时竖撑的型钢,然后在第一层拱盖支护格栅钢架上绑扎钢筋网、喷射混凝土,完成左侧第一层拱盖支护和临时竖撑的施作;然后开挖左侧导洞下台阶,采用同样的方式接长左侧第一层拱盖支护及临时竖撑;再依次开挖右侧导洞上、下台阶,采用同样的方式施作右侧第一层拱盖支护及临时竖撑;最后依次开挖中间导洞上下台阶,顺接左侧第一层拱盖支护和右侧第一层拱盖支护,完成第一层拱盖支护和临时竖撑的施作。
(3)根据拱脚围岩破碎情况和范围,确定加固位置。
根据导洞开挖后揭示的拱脚位置围岩破碎情况和范围,能够精确确定拱脚桩加固位置。一般拱脚下岩体完整性系数小于0.45、破碎岩层厚度大于1m时,需要采用拱脚桩和纵向梁等加固措施。
(4)根据拱盖受力确定拱脚桩参数、纵向梁尺寸及配筋。
拱脚桩参数(包括拱脚桩桩身长度、型钢骨架规格、桩成孔直径等)和纵向梁尺寸及配筋可根据拱盖内力计算确定,其中拱脚桩长度应穿过揭示的破碎岩层且一般不小于5m,拱脚桩桩成孔直径一般为180~250mm,以便能采用小型钻孔机机械施工。
本实施例中可以通过围岩-支护的有限元地层-结构模型计算得到拱脚桩和纵向梁内力(包括轴力、剪切力及弯矩);再通过拱脚轴力及破碎岩层的基础承载力计算得到所需的单桩承载力,并进而计算拱脚桩桩长及桩直径;按照型钢筋混凝土结构计算方法,通过拱脚桩轴力、剪力和弯矩,得到型钢骨架尺寸和型钢骨架壁厚,并通过纵向梁轴力、剪力和弯矩,得到纵向梁尺寸和配筋(主筋及箍筋)。
为了更好地抵抗拱脚破碎岩层的局部受力,在拱脚桩桩身轴线大体沿拱盖拱脚切线布设的基础上,在每个加固位置设置两根拱脚桩,两根拱脚桩桩身轴线成10~20°夹角。
(5)施作拱脚桩。
拱脚桩施工时先成孔、清孔,再吊放型钢骨架8,最后在拱脚桩桩孔内及型钢骨架钢壁内灌注C30及以上细石混凝土。型钢骨架8及浇筑于型钢骨架钢壁内和桩孔内的细石混凝土9构成的桩孔直径在180~250mm的小直径型钢混凝土桩,即拱脚桩。
具体为,如图3所示,将小型隧道钻机6调整至步骤(3)确定的加固位置,沿设计的桩身轴线倾斜钻孔,得到拱脚桩桩孔。选用的钻机应适合钻孔深度及孔径要求,成孔过程平稳灵活,能在净宽5m、净高7m的空间内展开作业,其钻杆可以在360°范围内倾斜钻孔,充分利用桩身倾斜布置后的导洞空间。钻孔过程中应注意运用倾斜仪进行钻孔倾斜度测量,严格控制打设方向。
小型隧道钻机6钻进至终孔位置后,清除孔内残渣,然后将型钢骨架8吊放入拱脚桩桩孔中,在拱脚桩桩孔内及型钢骨架钢壁内灌注C30及以上的细石混凝土9,完成拱脚桩的施作。混凝土的粗骨料级配和塌落度应保证拱脚桩桩体浇筑密实连续。
(6)施作纵向梁。
绑扎拱脚纵向梁钢筋,并浇筑C30及以上混凝土,沿地铁车站纵向布设的若干纵向梁钢筋以及将纵向梁钢筋浇筑于一体的混凝土构成纵向梁。纵向梁内预留第二层拱盖格栅钢架接头10,以用于连接纵向梁和第二层拱盖支护4(如图5所示)。梁钢筋和拱脚桩桩头冲突处应适当调整钢筋位置。
拱脚桩的型钢骨架8顶伸出拱脚桩延伸至拱脚0.5m(即深入纵向梁内0.5m),并浇筑于拱脚纵向梁中(如图4所示),通过纵向梁在加固范围内将桩连成整体。纵向梁1位于地铁车站第一层拱盖支护3拱脚内侧。
(7)施作第二层拱盖支护。
架立第二层拱盖支护格栅、绑扎钢筋网、喷射混凝土,完成第二层拱盖支护4的施作。待拱盖支护达到设计强度后,沿隧道纵向分5~8m一段拆除临时竖撑7。
拱脚桩、纵向梁和第二层拱盖支护施作完成后,如图2(e)所示。
(8)重复步骤(1)~(7),直至完成车站内所有拱盖支护及在破碎围岩位置的拱脚加固。
第一层拱盖支护、拱脚桩、纵向梁和第二层拱盖支护施作完成后,如图2(f)所示,在破碎围岩中车站拱盖和拱脚加固结构体系保护下,开挖车站下部,并浇筑二次衬砌。
上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工优势在于采用小直径型钢混凝土桩与纵向梁结合的加固体系,采用小型隧道钻机施工,避免隧道内大型桩基的尺寸限制和人工成孔的工程风险,并能有效穿透深厚破碎围岩,结构体系施工便捷、加固位置灵活、实施效率高,具体如下:
(1)在上断面导洞开挖以后再精确确定加固范围、拱脚桩长度、纵向梁尺寸及配筋等结构参数,在此基础上,拱脚围岩的破碎程度和范围均能精确确定。
(2)加固范围和实施对象选取灵活,均是针对支护拱盖的拱脚岩层破碎,其施作对整个车站的施工不会产生整体性的影响,不影响拱盖法在工程造价、施工工期、实施效率、机械化作业等方面的优点。
(3)拱脚桩均采用小型隧道钻机成孔,并且钻杆可以按任意角度倾斜,能充分利用桩身倾斜布置后的导洞空间,避免隧道内大型桩基的尺寸限制和人工成孔的工程风险。
应用例
本应用以青岛市地铁4号线工程的一段(隧道长度83m)为例,其拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的现场施工包括以下步骤:
(1)确定拱脚桩施工所需的导洞空间尺寸。
由于地铁车站开挖跨度约为21.4m,根据工程地质水文情况、拱盖支护结构受力和施工机具的空间要求,确定地铁车站上断面开挖导洞的空间尺寸净宽约为6.8m,净高约为7.3m,导洞内侧临时竖撑7距离导洞洞壁6.8m左右的位置。
(2)开挖地铁车站上部,并施作第一层拱盖支护。
根据导洞空间尺寸,开挖车站上部断面。如图2(a)-(d)所示,首先开挖左侧导洞上台阶,同时架设左侧第一层拱盖支护的格栅钢架(间距为0.5m)以及作为临时竖撑的型钢(25b工字钢),然后在第一层拱盖支护格栅钢架上绑扎钢筋网(直径间距200mm×200mm),向格栅钢架和临时竖撑的型钢喷射C25、P6混凝土300mm厚,完成左侧第一层拱盖支护和临时竖撑的施作;然后开挖左侧导洞下台阶,采用同样的方式接长左侧第一层拱盖支护及临时竖撑;再依次开挖右侧导洞上、下台阶,采用同样的方式施作右侧第一层拱盖支护及临时竖撑;最后依次开挖中间导洞上下台阶,顺接左侧第一层拱盖支护和右侧第一层拱盖支护,完成第一层拱盖支护和临时竖撑的施作。
(3)根据拱脚围岩破碎情况和范围,确定加固位置。
根据导洞开挖后揭示的拱脚位置围岩破碎情况和范围,确定需进行拱脚加固的范围为岩体完整性系数小于0.45、破碎岩层厚度大于1m的Ⅴ、Ⅵ级围岩段。
(4)根据拱盖受力确定拱脚桩参数、纵向梁尺寸及配筋。
本应用例中确定的拱脚桩打设角度为偏离垂直方向30°,沿隧道纵向桩间距为1.5m。
本应用例中确定的拱脚桩型钢骨架为直径的钢管,长度为L=7m,厚度为t=8mm;拱脚桩桩成孔直径为220mm,桩身灌注C30细石混凝土。
本应用例中确定的纵向梁上宽为1050mm,下宽为1645mm,上端面主筋采用5根的钢筋,下端面主筋采用8根的钢筋。箍筋采用的钢筋,相邻箍筋间距为250mm。
为了更好地抵抗拱脚破碎岩层的局部受力,在拱脚桩桩身轴线大体沿拱盖拱脚切线布设的基础上,在每个加固位置设置两根拱脚桩,两根拱脚桩桩身轴线成15°夹角。
(5)施作拱脚桩。
将小型隧道钻机6调整至步骤(3)确定的加固位置,沿设计的桩身轴线倾斜钻孔,得到拱脚桩桩孔。小型隧道钻机6钻进至终孔位置后,清除孔内残渣,然后将型钢骨架8吊放入拱脚桩桩孔中,在拱脚桩桩孔内及型钢骨架钢壁内灌注C30细石混凝土9,完成拱脚桩的施作。
(6)施作纵向梁。
绑扎拱脚纵向梁钢筋(主筋和箍筋),并浇筑C30细石混凝土,沿地铁车站纵向布设的若干纵向梁钢筋以及将纵向梁钢筋浇筑于一体的混凝土构成纵向梁。
拱脚的型钢骨架8顶伸出拱脚桩延伸至拱脚0.5m(即深入纵向梁内0.5m),并浇筑于拱脚纵向梁中(如图4所示),通过纵向梁在加固范围内将桩连成整体。纵向梁1位于地铁车站第一层拱盖支护3拱脚内侧。
(7)施作第二层拱盖支护。
架立第二层拱盖支护钢架(间距为0.5m)、绑扎单层钢筋网(直径间距200mm×200mm),向格栅钢架和临时竖撑的型钢喷射C25、P6混凝土(拱顶350mm,拱脚1645mm厚),完成第二层拱盖支护4的施作。
待拱盖支护达到设计强度后,沿隧道纵向分5~8m一段拆除临时竖撑7。
拱脚桩、纵向梁和第二层拱盖支护施作完成后,如图2(e)所示。
(8)重复步骤(1)~(7),直至完成车站内该段拱盖支护及在破碎围岩位置的拱脚加固。
第一拱盖支护、拱脚桩、纵向梁和第二拱盖支护施作完成后,如图2(f)所示,在破碎围岩中车站拱盖和拱脚加固结构体系保护下,开挖车站下部,并浇筑二次衬砌。
应用对比例
本应用对比例以青岛市地铁4号线工程中的一段(沿隧道长度为116m)为例,本应用对比例拱盖法暗挖地铁车站主体结构如图6所示,本应用对比例拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的现场施工包括以下步骤:
(1)确定车站上部的导洞空间尺寸。
由于地铁车站开挖跨度约为21.4m,根据工程地质水文情况、拱盖支护结构受力和施工机具的空间要求,确定地铁车站上断面开挖导洞的空间尺寸净宽约为6.8m,净高约为7.3m,导洞内侧临时竖撑7距离导洞洞壁6.8m左右的位置。
(2)开挖地铁车站上部,并施作第一层拱盖支护。
根据导洞空间尺寸,开挖车站上部断面。首先开挖左侧导洞上台阶,同时架设左侧第一层拱盖支护的格栅钢架(间距为0.5m)以及作为临时竖撑的型钢(25b工字钢),然后在第一层拱盖支护格栅钢架上绑扎单层钢筋网(直径间距200mm×200mm),向格栅钢架和临时竖撑的型钢喷射C25、P6混凝土300mm厚,完成左侧第一层拱盖支护和临时竖撑的施作;然后开挖左侧导洞下台阶,采用同样的方式接长左侧第一层拱盖支护及临时竖撑;再依次开挖右侧导洞上、下台阶,采用同样的方式施作右侧第一层拱盖支护及临时竖撑;最后依次开挖中间导洞上下台阶,顺接左侧第一层拱盖支护和右侧第一层拱盖支护,完成第一层拱盖支护和临时竖撑的施作。
(3)对拱脚围岩破碎位置采用注浆和锚杆进行加固。
采用两根直径的中空注浆花管12,对拱脚下岩体进行注浆加固,注浆管长度为3.5m,浆液为水泥浆,花管打设方向偏离垂直方向30°,沿隧道方向相邻加固位置的间距为0.5m。两注浆花管轴线之间成15°夹角。
在开挖拱脚下岩体时,随着开挖,水平打设直径的中空注浆锚杆11,锚杆长度为3.5m,采用1m×1m的梅花形布置。
(4)施作第二层拱盖支护。
架立第二层拱盖支护钢架(间距为0.5m)、绑扎单层钢筋网(直径间距200mm×200mm),向格栅钢架和临时竖撑的型钢喷射C25、P6混凝土(拱顶350mm,拱脚1645mm厚),完成第二层拱盖支护的施作。
待拱盖支护达到设计强度后,沿隧道纵向分5~8m一段拆除临时竖撑。
(5)重复步骤(1)~(4),直至完成车站内该段拱盖支护及在破碎围岩位置的拱脚加固。
第一层拱盖支护、拱脚注浆、锚杆和第二层拱盖支护施作完成后,在破碎围岩中车站拱盖和拱脚加固结构体系保护下,开挖车站下部,并浇筑二次衬砌。
上述应用例和应用对比例暗挖地铁车站均采用拱盖法施工,开挖跨度均为21.4m,开挖步序亦相同,区别仅为在破碎围岩处拱脚加固方式不同。对两者进行地表沉降和拱顶沉降监测,结果如图7和图8所示。从图中可以看出,采用拱脚桩和纵向梁的加固体系,其地表沉降和拱顶沉降均小于采用锚杆的加固体系,因此采用本发明提供的拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构及施工方法,对处于破碎围岩的拱脚具有更好的加固效果。
本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理,应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构,包括依次布设在地铁车站二次衬砌上方的第一层拱盖支护(3)和第二层拱盖支护(4),其特征在于还包括布设于第二层拱盖支护左右两侧拱脚处的拱脚桩(2)及与拱脚桩连为一体的拱脚纵向梁(1);所述拱脚桩桩身沿拱脚切线布置;所述拱脚桩由型钢骨架(8)及浇筑于型钢骨架钢壁内和桩孔内的细石混凝土构成;所述拱脚纵向梁沿地铁车站纵向布设于第二层拱盖支护左右两侧。
2.权利要求1所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)确定拱脚桩施工所需的导洞空间尺寸;
(2)开挖地铁车站上部,并施作第一层拱盖支护;
根据导洞空间尺寸,开挖车站上部断面;在导洞开挖的同时,完成第一层拱盖支护的施作;
(3)根据拱脚围岩破碎情况和范围,确定加固位置;
(4)根据拱盖受力确定拱脚桩参数、纵向梁尺寸及配筋;
(5)施作拱脚桩;
在确定加固位置,沿设计的桩身轴线倾斜钻孔,得到拱脚桩桩孔,然后将型钢骨架(8)吊放入拱脚桩桩孔中,并在型钢骨架钢壁内及拱脚桩桩孔内灌注细石混凝土(9),完成拱脚桩的施作;
(6)施作纵向梁;
(7)施作第二层拱盖支护;
(8)重复步骤(1)~(7),直至完成车站内所有拱盖支护及在破碎围岩位置的拱脚加固。
3.根据权利要求2所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,其特征在于所述导洞空间尺寸净宽不小于5m,净高不小于7m。
4.根据权利要求2所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,其特征在于所述拱脚桩直径、型钢骨架规格、纵向梁尺寸及配筋均根据拱盖内力确定。
5.根据权利要求4所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,其特征在于所述拱脚桩穿过拱脚破碎岩层;所述拱脚桩桩身长度不小于5m。
6.根据权利要求5所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,其特征在于当布设于同一加固位置的拱脚桩数量为两根以上时,相邻两根拱脚桩桩身轴线成10°~20°固定夹角。
7.根据权利要求2至6任一权利要求所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,其特征在于步骤(5)中,采用小型隧道钻机钻孔。
8.根据权利要求7所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,其特征在于步骤(6)中,纵向梁施作方式为:首先绑扎若干拱脚纵向梁钢筋,然后利用混凝土浇筑为一体;所述拱脚桩型钢骨架顶延伸入拱脚并浇筑于纵向梁中。
9.根据权利要求8所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,其特征在于所述纵向梁位于地铁车站第一层拱盖支护(3)拱脚内侧。
10.根据权利要求9所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工方法,其特征在于所述纵向梁内预留第二层拱盖格栅钢架接头(10)。
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