CN110486034A - 基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站及施工方法，涉及轨道交通技术领域，解决了现有的地铁车站在导洞开挖前采取注浆止水或降水措施，或结构受力体系转换复杂的技术问题。该地铁车站包括导洞、桩基础、边桩和地下空间；所述导洞共有四个并位于所述地铁车站的最上层，包括两个位于中间的中导洞和两个位于两侧的边导洞；所述桩基础位于所述中导洞的下方，所述桩基础通过灌有C50砼的钢管柱与所述中导洞连接；所述边导洞与所述边桩连接，并位于所述边桩的上方；所述地下空间为所述导洞、所述边桩及所述导洞下的地层所围成的空间。本发明既有利于地铁车站结构体系的受力转换，又可以应用于地下水位较高的地层。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其是涉及一种基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站及施工方法。
背景技术
PBA指P－桩(pile)、B－梁(beam)、A－拱(arc)，即由边桩、中桩(柱)、顶梁、底梁、顶拱共同构成初期受力体系，承受施工过程的荷载。其主要思想是将盖挖及分步暗挖法有机结合起来，发挥各自的优势，在顶盖的保护下可以逐层向下开挖土体，施作二次衬砌，可采用顺作和逆作两种方法施工，最终形成由初期支护、二次衬砌组合而成的永久承载体系。
PBA工法也是目前暗挖地铁车站一种主流的施工方法，主要有以下三种实施方案。(1)上层4导洞、下层4导洞方案，如图1所示，在上下各布置4个导洞，这种方案的主要问题是：开挖导洞数多、临时工程量大，如果地下水位比较高，下层导洞就会处于地下水位以下，需要在导洞开挖前采取注浆止水或降水措施。(2)上层3导洞方案，如图2所示，“上层3导洞方案”是在上层导洞内施作2排边桩和1排临时中桩取代“上下8导洞方案”下层导洞内底纵梁和条基，开挖导洞少，对控制地面变形有利、且有利于地下水资源的保护；但由于“上3导洞方案”采用1排临时中桩方案，中桩及边桩都较长，且结构转换次数增加，结构受力体系转换复杂，工程造价高。(3)上层4导洞，下层2个中导洞方案，如图3所示，在上层4导洞内施作边桩、中柱及顶纵梁与桩顶冠梁；下导洞施作底纵梁，用桩基取代下层两侧边导洞的条形基础。这种方案的主要问题也是：如果地下水位比较高，下层2个中导洞就会处于地下水位以下，需要在导洞开挖前采取注浆止水或降水措施。
本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：
地下水位较高时，现有的地铁车站结构及相应施工方法需要在导洞开挖前采取注浆止水或降水措施，或结构受力体系转换复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站及施工方法，以解决现有技术中存在的地下水位较高时，现有的地铁车站结构及相应施工方法需要在导洞开挖前采取注浆止水或降水措施，或结构受力体系转换复杂的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站，包括导洞、桩基础、边桩和地下空间；所述导洞共有四个并位于所述地铁车站的最上层，通过导洞初支进行支撑，包括两个位于中间的中导洞和两个位于两侧的边导洞；所述桩基础位于所述中导洞的下方，所述桩基础通过灌有C50砼的钢管柱与所述中导洞连接；所述边导洞与所述边桩连接，并位于所述边桩的上方；所述地下空间为所述导洞、所述边桩及所述导洞下的地层所围成的空间。
可选地，所述边导洞内设置有冠梁，所述冠梁与所述边桩的顶部施工连接；所述中导洞内设置有顶纵梁，所述顶纵梁与所述钢管柱的顶部施工连接。
可选地，所述边导洞内设置有拱部初支，所述拱部初支与所述冠梁施工连接；所述边导洞内的所述拱部初支背后为边导洞回填部，所述中导洞内的所述顶纵梁上部为中导洞回填部；所述边导洞回填部、中导洞回填部内均填充有混凝土。
可选地，所述拱部初支延伸到所述边导洞的外侧，将所述边导洞与所述中导洞、以及两个所述中导洞相连；所述拱部初支下方设置有拱部二衬，所述拱部二衬将所述冠梁与所述顶纵梁、以及两个所述顶纵梁相连。
可选地，所述导洞下方还设置有中板和底板，所述底板位于所述中板的下方；所述中板、底板分别将所述地铁车站分隔为负一层、负二层；所述负一层的侧部设置有负一层侧墙，所述负二层的侧部设置有负二层侧墙，所述负一层侧墙、负二层侧墙均与所述边桩连接；所述底板与所述桩基础的连接处设置有底纵梁。
一种基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站施工方法，所述施工方法用于对上述地铁车站进行施工，所述施工方法包括以下步骤：
S1：通过超前注浆加固底层，并施做四个所述导洞；
S2：在所述边导洞内施做所述边桩，在所述中导洞内施做所述桩基础及钢管柱；
S3：在所述边导洞内施做所述冠梁，在所述中导洞内施做所述顶纵梁，随后在所述边导洞内施做和所述冠梁相连的所述拱部初支并在其背后回填混凝土；
S4：在拱部超前注浆后开挖土体，施做所述边导洞外的所述拱部初支，拆除所述边导洞的导洞初支后施做拱部二衬；
S5：向下逐层开挖土方并施做所述负一层侧墙和所述中板；
S6：开挖至所述地铁车站底部并施做所述负二层侧墙、底纵梁和底板结构。
可选地，所述S1步骤中，所述超前注浆为超前小导管注浆并形成超前小导管注浆部。
可选地，其特征在于，所述S1步骤中，四个所述导洞中，所述边导洞先施工，所述中导洞后施工。
可选地，所述S2步骤中，所述钢管柱吊装到所述桩基础内部并通过混凝土进行加固。
可选地，吊装所述钢管柱后，在所述钢管柱内灌入C50砼。
上述任一技术方案至少可以产生如下技术效果：
本发明的四个导洞在同一层，深度仅为现有地铁车站施工技术中的上层导洞深度，地铁车站支撑结构等的大部分施作作业高度相当于现有技术中的上层导洞深度，不需要在导洞开挖前采取注浆止水或降水措施，改善了施工条件。在两个中导洞的下方设置桩基础和钢管柱，不需要进行“上层3导洞方案”后续受力结构转换过程。因此，本地铁车站结构及施工方法既有利于结构体系的受力转换，又可以应用于地下水位较高的地层。
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，下面描述中的附图仅仅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是上层4导洞下层4导洞方案的示意图；
图2是上层3导洞方案的示意图；
图3是上层4导洞下层2个中导洞方案的示意图；
图4是地铁车站的结构示意图；
图5是施工方法S1步骤后的示意图；
图6是施工方法S2步骤后的示意图；
图7是施工方法S3步骤后的示意图；
图8是施工方法S4步骤后的示意图；
图9是施工方法S5步骤后的示意图。
图中1、导洞；11、中导洞；111、顶纵梁；112、中导洞回填部；12、边导洞；121、冠梁；122、拱部初支；123、边导洞回填部；13、导洞初支；14、超前小导管注浆部；2、桩基础；3、钢管柱；4、边桩；5、拱部二衬；6、中板；7、底板；71、底纵梁；8、负一层；81、负一层侧墙；9、负二层；91、负二层侧墙。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明提供了一种基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站，如图4所示，包括导洞1、桩基础2、边桩4和地下空间。导洞1共有四个并位于地铁车站的最上层，导洞1的横截面积和高度相同，通过导洞初支13进行支撑，包括两个位于中间的中导洞11和两个位于两侧的边导洞12。桩基础2位于中导洞11的下方，桩基础2根据需要选择相应的直径，满足承受地铁车站的荷载的需要，桩基础2通过灌有C50砼的钢管柱3与中导洞11连接，桩基础2位于地下空间内，向桩基础2传递地铁车站的荷载。边导洞12与边桩4连接，并位于边桩4的上方，边桩5实现对周围建构筑物的保护、起到隔离作用。地下空间为导洞1、边桩4及导洞1下的地层所围成的空间。地铁车站的四个导洞1，减少了导洞1的开挖数量，从而降低了暗挖施工对地面沉降的影响。在两个中导洞11的下方设置桩基础2和钢管柱3，不需要进行“上层3导洞方案”后续受力结构转换过程。同时四个导洞1在同一层，深度仅为现有地铁车站技术中的上层导洞深度，地铁车站支撑结构等的大部分施作作业高度相当于现有技术中的上层导洞深度，不需要在导洞开挖前采取注浆止水或降水措施，改善了施工条件。因此，本地铁车站结构既有利于结构体系的受力转换，又可以应用于地下水位较高的地层。
作为可选地实施方式，边导洞12内设置有冠梁121，冠梁121与边桩4的顶部施工连接；中导洞11内设置有顶纵梁111，顶纵梁111与钢管柱3的顶部施工连接。冠梁121和顶纵梁111一起形成了地铁车站的部分支撑结构。
作为可选地实施方式，边导洞12内设置有拱部初支122，拱部初支122与冠梁121施工连接；边导洞12内的拱部初支122背后为边导洞回填部123，中导洞11内的顶纵梁111上部为中导洞回填部112；边导洞回填部123、中导洞回填部112内均填充有混凝土。
作为可选地实施方式，拱部初支122延伸到边导洞12的外侧，将边导洞12与中导洞11、以及两个中导洞11相连；拱部初支122下方设置有拱部二衬5，拱部二衬5将冠梁121与顶纵梁111、以及两个顶纵梁111相连。
作为可选地实施方式，导洞1下方还设置有中板6和底板7，底板7位于中板6的下方；中板6、底板7分别将地铁车站的地下空间分隔为负一层8、负二层9；负一层8的侧部设置有负一层8侧墙，负二层9的侧部设置有负二层9侧墙，负一层8侧墙、负二层9侧墙均与边桩4连接；底板7与桩基础2的连接处设置有底纵梁71。
一种基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站施工方法，施工方法用于对上述的地铁车站进行施工，施工方法包括以下步骤：
S1：如图5所示，通过超前注浆加固底层，并施做四个导洞1，导洞1选择现有的导洞1施工方法即可。
S2：如图6所示，在边导洞12内施做边桩4，边桩4起到对周围构筑物的保护和隔离作用；在中导洞11内施做桩基础2及钢管柱3，桩基础2是设置于土中的竖直或倾斜的基础构件，穿越软弱的高压缩性土层或水，将所承受的荷载传递到地基持力层上，钢管柱3用于传递地铁车站的其他荷载。
S3：如图7所示，在边导洞12内施做冠梁121，冠梁121在边桩4顶部，是地铁车站支撑结构的一部分；在中导洞11内施做顶纵梁111，顶纵梁111在钢管柱3顶部，也是地铁车站支撑结构的一部分；随后在边导洞12内施做和冠梁121相连的拱部初支122并在其背后回填混凝土，混凝土能够增强拱部初支122的支撑效果。
S4：如图8所示，在拱部超前注浆后开挖土体，施做边导洞12外的拱部初支122，拆除边导洞12的导洞初支13后施做拱部二衬5。拱部二衬5增强了拱部初支122的支撑效果。
S5：如图9所示，向下逐层开挖土方并施做负一层侧墙81和中板6，负一层侧墙81和中板6、拱部二衬5、顶纵梁111形成地铁车站负一层8的空间。
S6：开挖至地铁车站底部并施做负二层侧墙91、底纵梁71和底板7结构，底纵梁71增强了底板7与桩基础2的固定效果，负二层侧墙91、底板7和上方的中板6形成地铁车站负二层9的空间。
上述六个施工步骤完成后形成如图4所示的地铁车站结构。本施工方法仅有四个导洞，减少了导洞1的开挖数量，从而降低了暗挖施工对地面沉降的影响。边桩5实现对周围建构筑物的保护、起到隔离作用。同时四个导洞1在同一层，深度仅为现有地铁车站技术中的上层导洞深度，暗挖车站的导洞1、中导洞11的桩基础2、拱部初支122、拱部二衬5等大部分施作作业高度相当于现有技术中的上层导洞深度，显著缩短了降水周期。还可利用导洞1未进入地下水的有利条件，在向下开挖过程中，逐步实施地下水的处理措施，便于改善施工条件。因此，本地铁车站采用的PBA施工方法既有利于结构体系的受力转换，又可以应用于地下水位较高的地层。
作为可选地实施方式，S1步骤中，超前注浆为超前小导管注浆并形成超前小导管注浆部14，超前小导管注浆施工工艺简单，易于操作，施工安全，土层加固见效快，浆液损失少，成本低，是隧道施工中最常用的加固土层的方法。四个导洞1中，边导洞12先施工，中导洞11后施工，这种施工顺序操作更为方便。
作为可选地实施方式，S2步骤中，钢管柱3吊装到桩基础2内部并通过混凝土进行加固，吊装施工便于钢管柱3安装。吊装钢管柱3后，在钢管柱3内灌入C50砼，C50砼能够进一步增强钢管柱3的强度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站，其特征在于，包括导洞、桩基础、边桩和地下空间；所述导洞共有四个并位于所述地铁车站的最上层，通过导洞初支进行支撑，包括两个位于中间的中导洞和两个位于两侧的边导洞；所述桩基础位于所述中导洞的下方，所述桩基础通过灌有C50砼的钢管柱与所述中导洞连接；所述边导洞与所述边桩连接，并位于所述边桩的上方；所述地下空间为所述导洞、所述边桩及所述导洞下的地层所围成的空间。
2.根据权利要求1所述的基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站，其特征在于，所述边导洞内设置有冠梁，所述冠梁与所述边桩的顶部施工连接；所述中导洞内设置有顶纵梁，所述顶纵梁与所述钢管柱的顶部施工连接。
3.根据权利要求2所述的基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站，其特征在于，所述边导洞内设置有拱部初支，所述拱部初支与所述冠梁施工连接；所述边导洞内的所述拱部初支背后为边导洞回填部，所述中导洞内的所述顶纵梁上部为中导洞回填部；所述边导洞回填部、中导洞回填部内均填充有混凝土。
4.根据权利要求3所述的基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站，其特征在于，所述拱部初支延伸到所述边导洞的外侧，将所述边导洞与所述中导洞、以及两个所述中导洞相连；所述拱部初支下方设置有拱部二衬，所述拱部二衬将所述冠梁与所述顶纵梁、以及两个所述顶纵梁相连。
5.根据权利要求4所述的基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站，其特征在于，所述导洞下方还设置有中板和底板，所述底板位于所述中板的下方；所述中板、底板分别将所述地铁车站分隔为负一层、负二层；所述负一层的侧部设置有负一层侧墙，所述负二层的侧部设置有负二层侧墙，所述负一层侧墙、负二层侧墙均与所述边桩连接；所述底板与所述桩基础的连接处设置有底纵梁。
6.一种基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站施工方法，其特征在于，所述施工方法用于对权利要求5中的所述地铁车站进行施工，所述施工方法包括以下步骤：
S1：通过超前注浆加固底层，并施做四个所述导洞；
S2：在所述边导洞内施做所述边桩，在所述中导洞内施做所述桩基础及钢管柱；
S3：在所述边导洞内施做所述冠梁，在所述中导洞内施做所述顶纵梁，随后在所述边导洞内施做和所述冠梁相连的所述拱部初支并在其背后回填混凝土；
S4：在拱部超前注浆后开挖土体，施做所述边导洞外的所述拱部初支，拆除所述边导洞的导洞初支后施做拱部二衬；
S5：向下逐层开挖土方并施做所述负一层侧墙和所述中板；
S6：开挖至所述地铁车站底部并施做所述负二层侧墙、底纵梁和底板结构。
7.根据权利要求6所述的一种基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站施工方法，其特征在于，所述S1步骤中，所述超前注浆为超前小导管注浆并形成超前小导管注浆部。
8.根据权利要求6所述的一种基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站施工方法，其特征在于，所述S1步骤中，四个所述导洞中，所述边导洞先施工，所述中导洞后施工。
9.根据权利要求6所述的一种基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站施工方法，其特征在于，所述S2步骤中，所述钢管柱吊装到所述桩基础内部并通过混凝土进行加固。
10.根据权利要求9所述的一种基于单层四导洞和中导洞内桩基础的地铁车站施工方法，其特征在于，吊装所述钢管柱后，在所述钢管柱内灌入C50砼。
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