CN110566223B - 一种深埋pba地铁车站断面设计方法 - Google Patents

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Abstract

一种深埋PBA地铁车站断面设计方法，包括以下步骤：a.空洞进行检测；b.地面打设复合锚杆桩(14)；c.施作大管棚(4)；d.施工小导洞(2,3)；e.架设小导洞(2,3)的格栅拱架；f.对小导洞(2,3)内进行初支，然后在小导洞(2,3)中分别施作边桩(5,6)；g.开挖主体拱部(1)，初支，二衬结构(9)混凝土浇筑；h.开挖下部主体中心(10)土体；i.下部主体中心(10)的下部二衬结构的底板(11)、边墙(12)、中板(13)的施工；j.施作附属结构，形成完整的车站结构。该方法可保证施工安全、质量和工期，并可节省费用、提高工效；并且断面结构设计合理、整体结构稳固，且施工简便、使用效果好。

Description

一种深埋PBA地铁车站断面设计方法
技术领域
本发明属于轨道交通装备产业，涉及城市轨道交通车辆的地下结构工程施工技术领域，具体地，涉及一种深埋PBA地铁车站断面设计方法。
背景技术
目前国内大跨隧道的施工技术水平，适合选用的施工方法主要有明挖法和浅埋暗挖法。其中浅埋暗挖法又包括双侧壁导坑法和在大跨地铁车站采用过的“PBA”法。但是，这些方法对于周边环境复杂、地下管线密集、地质条件差、地下水丰富，并且断面跨度大的施工环境，均存在不同的缺陷和局限性。
1.明挖法对于地面交通繁多、地下管线繁多的工况，施工时必须进行管线改移和交通疏解，因此施工所受干扰大，工期长；另外，在进行管线临时改移及占地费用高，经济性差。
2.采用的浅埋暗挖双侧壁导坑法，对于隧道地质条件差、周边环境复杂、涉及影响地下管线繁多的施工环境，对结构上方管线及周边环境安全控制极为不利，施工风险大，从理论上分析难以保证安全。
“PBA”法是利用小导洞施作桩梁形成主要传力结构，在暗挖拱盖下进行内坑开挖，常规采用“PBA”法施工地铁车站时，一般均经过八个主要步骤。地铁车站采用PBA法施工相对于明挖法车站施工而言，其基本不受地面道路交通、地下管线及建构筑物的影响，征地拆迁、交通导改和管线改移等前期工作投入较小且容易开展。随着我国城市轨道交通建设的蓬勃发展，PBA法暗挖车站的应用也越来越广泛。随着大量工程实践及理论研究，PBA暗挖车站施工技术不断完善，应用范围进一步扩大，使城市繁华街道中地铁车站修建所面临的交通导改、管线改移和房屋拆迁等难题得到了很好的解决，现已较多地应用于地面交通繁华的城市地下工程建设中，创造了巨大的社会和经济效益。
而PBA法由于其适用范围较广，适用于地层、地质条件很差、跨度大、地面沉降要求严格的隧道开挖，并且可减小地面沉降、拆除临时支护工作量相对较小，简化了施工工艺、工效较高，从而应用在大跨地铁车站的施工中，但是还没有应用在深埋隧道的施工。而且增大了施工所需地面占地面积，加大了拆改工作量及前期投入，同时带来了很多工期上的不确定因素。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种深埋PBA地铁车站断面设计方法。本发明属于轨道交通装备产业，该方法可保证施工安全、质量和工期，并可节省费用、提高工效；并且断面结构设计合理、整体结构稳固，且施工简便、使用效果好。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种深埋PBA地铁车站断面设计方法，包括以下步骤：
a.对车站断面结构上方的地层空洞进行检测；
b.布置地面降水井和洞内水平井，并在地面打设复合锚杆桩；
c.在主体拱部以及小导洞之上的位置施作大管棚，并进行深孔注浆对土体加固；
d.施工小导洞并预埋连接钢筋；
e.架设小导洞的格栅拱架，并与预埋连接钢筋连接；
f.对小导洞内进行初支，然后在小导洞中分别施作边桩，边桩外侧与上边的小导洞间均采用混凝土回填，再分别模筑边桩的冠梁；
g.从两边的所述小导洞开始向中间对称开挖主体拱部，架设主拱格栅钢架，并与预埋连接钢筋连接，在主体拱部内进行初支，之后采用泵送的方式进行主体拱部的二衬结构混凝土浇筑；
h.开挖下部主体中心土体，进行断面上台阶土体开挖，同时对相邻边桩间的侧向土体进行初次衬砌，开挖至边桩冠梁的标高位置，在两侧边桩间横向设置第一道水平支撑；待第一道水平支撑完成，继续进行下台阶第二层土方开挖，依次完成第二道、第三道水平支撑；待第三道水平支撑完成后，继续分层开挖至基础，施作扩大基础并对基础进行加固；
i.施工基础的底部垫层、防水层；然后进行下部主体中心的下部二衬结构的底板施工；拆除第三道水平支撑，进行下部主体中心的下部二衬结构的边墙施工；进行第二道水平支撑的拆除和下部主体中心的下部二衬结构的边墙与中板的施工；拆除第一道水平支撑，进行主体拱部(1)的二衬结构与下部主体中心的下部二衬结构之间的后浇带和施工缝的施工；
j.施作附属结构，所述附属结构包括但不限于站台板，形成完整的车站结构。
优选的，施工前在地面打设3排φ150复合锚杆桩，排距0.8-1.5m，桩距0.5-1m；复合锚杆桩桩长为27-30m，打设角度为15-18°。
在上述任一方案中优选的是，在地面打设复合锚杆桩前，应详细调查地下管线情况，确保管线安全；打设复合锚杆桩的施工步骤依次为：测量定位，钻机就位，钻孔，安装钢筋笼及注浆管，注浆，二次注浆，三次注浆，结束注浆。
在上述任一方案中优选的是，所述车站断面的主体标准断面尺寸为16.53×13.6m，所述车站断面的拱顶距离地面为14.9m，属于深埋作业；小导洞初支结构厚0.2-0.5m，主体拱部的初支结构厚度0.3-0.5m；格栅钢架纵向间距0.5-1m。
在上述任一方案中优选的是，上述大管棚的施作采用超前小导管分段打设的方法，每段之间纵向搭接；所述超前小导管L＝2.5m，环向间距为0.3m，隔榀打设，并且在深孔注浆段取消打设；格栅钢架侧墙节点处各设一根锁脚锚管。
在上述任一方案中优选的是，在进行下部主体中心的下部二衬结构施工时要搭设满堂脚手架和支承钢模板，留二衬结构施工缝；并采用液压装置拆除三道水平支撑。
在上述任一方案中优选的是，在所述各施工缝处加入遇水膨胀材料；所述的第一道、第二道和第三道水平支撑均采用型钢桩或钢混组合材料；所述底板(11)采用仰拱形式，所述仰拱的两端分别与边墙固接。
在上述任一方案中优选的是，施作边桩时，在桩位线两侧铺设便于钻机在小导洞内移动施工的轨道钢轨，将安装轨轮的钻机通过明挖井口吊下，沿轨道钢轨移进小导洞内，然后将钻机定位，连接泥浆分离系统，施钻，钻孔清孔完毕，分节下放钢筋笼，最后泵送混凝土至桩位，导管法灌注。
在本发明的方法中，首先，应该对地铁车站所处的富水砂卵石地层取样，开展力学特性的室内试验研究，研究不同含水条件下的三轴剪切试验、不同孔隙比条件下的渗透试验，从而确定在高压富水条件下砂卵石地层的强度和渗流指标；赋予边界条件与岩体力学性质进行模拟，分析车站施工时的掌子面变形破坏特征，得到开挖后掌子面的最大/小主应力值、对比不同水压下破坏区的掌子面破坏区；选择在合适的位置和静水压力条件下进行车站开挖，保证洞壁变形最小。
其次，分析复合锚杆桩相关机械原理，设计相似模拟，现场具体试验实施，理论与实践结合分析可操作空间，优化机械及操作方案。结合分析结果和工程实际，选择合适的施工方案，合理的控制下降低机械操作空间，为现场提供最优方案。
最后，基于对勘察资料、结构以及现场场地条件等多因素的复合锚杆桩打设角度施工方案制定，确定施工范围内底层影响，要根据施工区域内土层的情况，包括土层厚度，颗粒成分等，在施工过程中，处理好施工与工期、交通占路以及环境的关系的难题，为后续开展科学研究充分的实施复合锚杆桩实施提供依据。
本发明是根据多年的实际应用实践和经验所得，采用最佳的技术手段和措施来进行组合优化，获得了最优的技术效果，并非是技术特征的简单叠加和拼凑，因此本发明具有显著的意义。
本发明的有益效果：
1.本发明突破了以往“PBA”法仅局限用于多跨多层地下车站及停车场浅埋暗挖工程项目中，解决了“PBA”法应用于深埋暗挖超大断面隧道中综合性技术难题。采用地面井点+洞内水平井降水的处理措施，有效地解决了“PBA”法在富水区域进行大跨隧道深埋暗挖施工时地下水处理的难题。同时解决了施工操作空间受限，上部管线密集，对管棚施工精度、沉降要求极高的情况下，进行长大管棚施作的技术性难题；确保了断面砼结构的施工质量。
2.本发明通过开展高压富水砂卵石地层工程特性研究，能够预判地层变化情况，为施工提出指导。通过建立理论分析及现场试验，对复合锚杆桩可能性实施进行进一步分析，细化复合锚杆桩对高压富水砂卵石地层的操作性及功能性分析，达到施工安全的目的。
3.本发明的施工方法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；本发明的施工方法基本在地下进行，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。本发明具有施工速度快，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.本发明解决了深埋暗挖断面洞室全断面开挖诸多技术难题，大大简化了施工工艺，提高了施工进度，施工中群洞效应得以有效控制，对围岩的扰动程度大大降低，结构与围岩的变形和沉降均得到了较好的控制，保证了施工安全和施工质量，较好地拓展了洞桩法施工技术的应用空间。
附图说明
图1是根据本发明的深埋PBA地铁车站断面设计方法所施工的地铁车站断面的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，但要求保护的范围并不局限于此。
实施例1
参见图1，北方某城市中心地区的地铁站施工。该地铁站施工贯穿既有城市中心桥梁，地铁站左右对称位于桥梁的两侧。该桥梁在道路高填土两侧设置装配式混凝土挡墙，填土高度在3m下者为悬臂式；3.5m以上者为扶壁式，部分地段宽度小于2m者采用现浇钢筋混凝土挡墙。每隔2-28m不等(在基础错台出及挡土墙与桥台相接处)设沉降缝(伸缩缝)一道，缝宽2cm，缝内填沥青麻筋，填土一侧可设油毡防水层，基础、地袱、防撞护栏伸缩缝、沉降缝均与板缝一致；泄水孔间距4m，设在板缝处，距地面线以上30cm泄水孔采用外径30mm镀锌钢管，孔眼进口处采用直径2.5～7cm砾石堆料，直径不小于50cm；挡土墙背后距扶臂根部1.0m范围内应回填砂性土；挡土墙下全部采用石灰、粉煤灰砂砾混合料处理地基。该地铁站下穿挡墙施工过程中可能造成桥梁挡墙竖向沉降和侧向倾斜，进而导致地面交通的安全隐患。
因此，采用深埋PBA地铁车站断面设计方法，包括以下步骤：
a.对车站断面结构上方的地层空洞进行检测；
b.布置地面降水井和洞内水平井，并在地面打设复合锚杆桩14；
c.在主体拱部1以及小导洞2,3之上的位置施作大管棚4，并进行深孔注浆对土体加固；
d.施工小导洞2,3并预埋连接钢筋；
e.架设小导洞2,3的格栅拱架，并与预埋连接钢筋连接；
f.对小导洞2,3内进行初支，然后在小导洞2,3中分别施作边桩5,6，边桩5,6外侧与上边的小导洞2,3间均采用混凝土回填，再分别模筑边桩5,6的冠梁7,8；
g.从两边的所述小导洞2,3开始向中间对称开挖主体拱部1，架设主拱格栅钢架，并与预埋连接钢筋连接，在主体拱部1内进行初支，之后采用泵送的方式进行主体拱部1的二衬结构9混凝土浇筑；
h.开挖下部主体中心10土体，进行断面上台阶土体开挖，同时对相邻边桩间的侧向土体进行初次衬砌，开挖至边桩冠梁7,8的标高位置，在两侧边桩5,6间横向设置第一道水平支撑；待第一道水平支撑完成，继续进行下台阶第二层土方开挖，依次完成第二道、第三道水平支撑；待第三道水平支撑完成后，继续分层开挖至基础，施作扩大基础并对基础进行加固；
i.施工基础的底部垫层、防水层；然后进行下部主体中心10的下部二衬结构的底板11施工；拆除第三道水平支撑，进行下部主体中心10的下部二衬结构的边墙12施工；进行第二道水平支撑的拆除和下部主体中心10的下部二衬结构的边墙12与中板13的施工；拆除第一道水平支撑，进行主体拱部1的二衬结构9与下部主体中心10的下部二衬结构之间的后浇带和施工缝的施工；
j.施作附属结构，所述附属结构包括但不限于站台板15，形成完整的车站结构。
施工前在地面打设3排φ150的复合锚杆桩14，排距0.8-1.5m，优选为1m；桩距0.5-1m，优选为0.8m；复合锚杆桩14的桩长为27-30m，优选为27.037m和29.415m；打设角度为15-18°，优选为17°。
在地面打设复合锚杆桩14前，应详细调查地下管线情况，确保管线安全；打设复合锚杆桩的施工步骤依次为：测量定位，钻机就位，钻孔，安装钢筋笼及注浆管，注浆，二次注浆，三次注浆，结束注浆。
所述车站断面的主体标准断面尺寸为16.53×13.6m，所述车站断面的拱顶距离地面为14.9m，属于深埋作业；小导洞2,3初支结构厚0.2-0.5m，优选为0.25m；主体拱部1的初支结构厚度0.3-0.5m，优选为0.35m；格栅钢架纵向间距0.5-1m，优选为0.5m。
上述大管棚4的施作采用超前小导管分段打设的方法，每段之间纵向搭接；所述超前小导管L＝2.5m，环向间距为0.3m，隔榀打设，并且在深孔注浆段取消打设；格栅钢架侧墙节点处各设一根锁脚锚管。
在进行下部主体中心10的下部二衬结构施工时要搭设满堂脚手架和支承钢模板，留二衬结构施工缝；并采用液压装置拆除三道水平支撑。
在所述各施工缝处加入遇水膨胀材料；所述的第一道、第二道和第三道水平支撑均采用型钢桩或钢混组合材料；所述底板11采用仰拱形式，所述仰拱的两端分别与边墙12固接。
施作边桩5,6时，在桩位线两侧铺设便于钻机在小导洞内移动施工的轨道钢轨，将安装轨轮的钻机通过明挖井口吊下，沿轨道钢轨移进小导洞内，然后将钻机定位，连接泥浆分离系统，施钻，钻孔清孔完毕，分节下放钢筋笼，最后泵送混凝土至桩位，导管法灌注。
实施例2
一种采用深埋PBA地铁车站断面设计方法，包括以下步骤：
a.对车站断面结构上方的地层空洞进行检测；
b.布置地面降水井和洞内水平井，并在地面打设复合锚杆桩14；
c.在主体拱部1以及小导洞2,3之上的位置施作大管棚4，并进行深孔注浆对土体加固；
d.施工小导洞2,3并预埋连接钢筋；
e.架设小导洞2,3的格栅拱架，并与预埋连接钢筋连接；
f.对小导洞2,3内进行初支，然后在小导洞2,3中分别施作边桩5,6，边桩5,6外侧与上边的小导洞2,3间均采用混凝土回填，再分别模筑边桩5,6的冠梁7,8；
g.从两边的所述小导洞2,3开始向中间对称开挖主体拱部1，架设主拱格栅钢架，并与预埋连接钢筋连接，在主体拱部1内进行初支，之后采用泵送的方式进行主体拱部1的二衬结构9混凝土浇筑；
h.开挖下部主体中心10土体，进行断面上台阶土体开挖，同时对相邻边桩间的侧向土体进行初次衬砌，开挖至边桩冠梁7,8的标高位置，在两侧边桩5,6间横向设置第一道水平支撑；待第一道水平支撑完成，继续进行下台阶第二层土方开挖，依次完成第二道、第三道水平支撑；待第三道水平支撑完成后，继续分层开挖至基础，施作扩大基础并对基础进行加固；
i.施工基础的底部垫层、防水层；然后进行下部主体中心10的下部二衬结构的底板11施工；拆除第三道水平支撑，进行下部主体中心10的下部二衬结构的边墙12施工；进行第二道水平支撑的拆除和下部主体中心10的下部二衬结构的边墙12与中板13的施工；拆除第一道水平支撑，进行主体拱部1的二衬结构9与下部主体中心10的下部二衬结构之间的后浇带和施工缝的施工；
j.施作附属结构，所述附属结构包括但不限于站台板15，形成完整的车站结构。
施工前在地面打设3排φ150的复合锚杆桩14，排距0.8-1.5m，桩距0.5-1m；复合锚杆桩14的桩长为27-30m，打设角度为15-18°。
在地面打设复合锚杆桩14前，应详细调查地下管线情况，确保管线安全；打设复合锚杆桩的施工步骤依次为：测量定位，钻机就位，钻孔，安装钢筋笼及注浆管，注浆，二次注浆，三次注浆，结束注浆。
所述车站断面的主体标准断面尺寸为16.53×13.6m，所述车站断面的拱顶距离地面为14.9m，属于深埋作业；小导洞2,3初支结构厚0.2-0.5m，主体拱部1的初支结构厚度0.3-0.5m；格栅钢架纵向间距0.5-1m。
上述大管棚4的施作采用超前小导管分段打设的方法，每段之间纵向搭接；所述超前小导管L＝2.5m，环向间距为0.3m，隔榀打设，并且在深孔注浆段取消打设；格栅钢架侧墙节点处各设一根锁脚锚管。
在进行下部主体中心10的下部二衬结构施工时要搭设满堂脚手架和支承钢模板，留二衬结构施工缝；并采用液压装置拆除三道水平支撑。
在所述各施工缝处加入遇水膨胀材料；所述的第一道、第二道和第三道水平支撑均采用型钢桩或钢混组合材料；所述底板11采用仰拱形式，所述仰拱的两端分别与边墙12固接。
施作边桩5,6时，在桩位线两侧铺设便于钻机在小导洞内移动施工的轨道钢轨，将安装轨轮的钻机通过明挖井口吊下，沿轨道钢轨移进小导洞内，然后将钻机定位，连接泥浆分离系统，施钻，钻孔清孔完毕，分节下放钢筋笼，最后泵送混凝土至桩位，导管法灌注。
此外，为进一步提高施工效果，打设复合锚杆桩时的钻孔操作为：钻机采用合金钻头进行钻孔以形成锚孔；采用混凝土三次注浆，每次注浆的深度为锚孔深度的1/3；每次注浆时将水泥、砂和碎石搅拌均匀后倒入锚孔中，然后往锚孔中加入水以使得水、水泥、砂和碎石混合形成混凝土浆料，接着采用振动棒将混凝土浆料振动均匀。注浆结束后，将复合锚杆的下端自上而下插入混凝土浆料中；待锚孔中的混凝土浆料固化以成型出桩体。
其中，浇注的混凝土强度至少达到C30。所述复合锚杆包括锚杆主体，锚杆主体外侧包覆有纤维强化塑料筒体，纤维强化塑料筒体与锚杆主体之间采用滑动连接，纤维强化塑料筒体与锚杆主体之间分别设有锚固锁定件、抗扭筒体及金属丝管，锚固锁定件顶部及底部均穿过纤维强化塑料筒体设置，且锚固锁定件通过锚固螺栓分别与纤维强化塑料筒体及锚杆主体连接，且抗扭筒体与纤维强化塑料筒体内侧面滑动连接，金属丝管内置金属丝，且金属丝管卡接在纤维强化塑料筒体上，锚杆主体靠近一端部处安装有支撑构件，锚杆主体一端部且位于支撑构件一侧面连接有连接件。锚杆主体采用整体成型而成。
所述的纤维强化塑料筒体的纤维强化塑料由以下步骤制备：
(1)将不饱和电木加入搅拌皿中，按照900-1000r/min的搅拌速率进行搅拌，搅拌时间为25-30min；
(2)在步骤(1)搅拌后的不饱和电木中加入浓度20-25％的稀盐酸，按照搅1300-13500r/min的搅拌速率进行搅拌，得到弱酸性混合物；
(3)将步骤(2)中得到弱酸性混合物和适量的丙三醇三缩水甘油醚、乙氧基月桂酷胺以及三氧化二钇加入反应釜中，并输入氮气将反应釜密封，反应釜加热至195-200℃进行反应，反应时间为4-4.5小时；
(4)待步骤(3)的反应物粘度达到28-30mPa·S，酸值达到35-40mg KOH/g后，抽真空冷却至78-80℃后加入1:1质量比的二氧化钛进行混合，再在常温下静置，得到改性纤维强化塑料。
所述改性纤维强化塑料制备工艺简单，制得的纤维强化塑料具有韧性佳、抗冲击性强、不易脆裂、收缩率小等优点。由此得到的该复合锚杆结构能够很好的控制和适应锚固对象，具有良好的支撑性，且抗剪能力非常强，同时耐腐蚀性能非常好。
同时，复合锚杆桩的施工提高了桩体的外壁与锚孔的内壁之间的粗糙程度，桩体成型时的收缩量小以保证桩体的外壁与锚孔的内壁结合紧密；这两方面提高了桩体外壁与锚孔的内壁之间摩擦力，从而使得抗拔能力更强，结构更加稳定。
实施例3
一种采用深埋PBA地铁车站断面设计方法，包括以下步骤：
a.对车站断面结构上方的地层空洞进行检测；
b.布置地面降水井和洞内水平井，并在地面打设复合锚杆桩14；
c.在主体拱部1以及小导洞2,3之上的位置施作大管棚4，并进行深孔注浆对土体加固；
d.施工小导洞2,3并预埋连接钢筋；
e.架设小导洞2,3的格栅拱架，并与预埋连接钢筋连接；
f.对小导洞2,3内进行初支，然后在小导洞2,3中分别施作边桩5,6，边桩5,6外侧与上边的小导洞2,3间均采用混凝土回填，再分别模筑边桩5,6的冠梁7,8；
g.从两边的所述小导洞2,3开始向中间对称开挖主体拱部1，架设主拱格栅钢架，并与预埋连接钢筋连接，在主体拱部1内进行初支，之后采用泵送的方式进行主体拱部1的二衬结构9混凝土浇筑；
h.开挖下部主体中心10土体，进行断面上台阶土体开挖，同时对相邻边桩间的侧向土体进行初次衬砌，开挖至边桩冠梁7,8的标高位置，在两侧边桩5,6间横向设置第一道水平支撑；待第一道水平支撑完成，继续进行下台阶第二层土方开挖，依次完成第二道、第三道水平支撑；待第三道水平支撑完成后，继续分层开挖至基础，施作扩大基础并对基础进行加固；
i.施工基础的底部垫层、防水层；然后进行下部主体中心10的下部二衬结构的底板11施工；拆除第三道水平支撑，进行下部主体中心10的下部二衬结构的边墙12施工；进行第二道水平支撑的拆除和下部主体中心10的下部二衬结构的边墙12与中板13的施工；拆除第一道水平支撑，进行主体拱部1的二衬结构9与下部主体中心10的下部二衬结构之间的后浇带和施工缝的施工；
j.施作附属结构，所述附属结构包括但不限于站台板15，形成完整的车站结构。
施工前在地面打设3排φ150的复合锚杆桩14，排距0.8-1.5m，桩距0.5-1m；复合锚杆桩14的桩长为27-30m，打设角度为15-18°。
在地面打设复合锚杆桩14前，应详细调查地下管线情况，确保管线安全；打设复合锚杆桩的施工步骤依次为：测量定位，钻机就位，钻孔，安装钢筋笼及注浆管，注浆，二次注浆，三次注浆，结束注浆。
所述车站断面的主体标准断面尺寸为16.53×13.6m，所述车站断面的拱顶距离地面为14.9m，属于深埋作业；小导洞2,3初支结构厚0.2-0.5m，主体拱部1的初支结构厚度0.3-0.5m；格栅钢架纵向间距0.5-1m。
上述大管棚4的施作采用超前小导管分段打设的方法，每段之间纵向搭接；所述超前小导管L＝2.5m，环向间距为0.3m，隔榀打设，并且在深孔注浆段取消打设；格栅钢架侧墙节点处各设一根锁脚锚管。
在进行下部主体中心10的下部二衬结构施工时要搭设满堂脚手架和支承钢模板，留二衬结构施工缝；并采用液压装置拆除三道水平支撑。
在所述各施工缝处加入遇水膨胀材料；所述的第一道、第二道和第三道水平支撑均采用型钢桩或钢混组合材料；所述底板11采用仰拱形式，所述仰拱的两端分别与边墙12固接。
施作边桩5,6时，在桩位线两侧铺设便于钻机在小导洞内移动施工的轨道钢轨，将安装轨轮的钻机通过明挖井口吊下，沿轨道钢轨移进小导洞内，然后将钻机定位，连接泥浆分离系统，施钻，钻孔清孔完毕，分节下放钢筋笼，最后泵送混凝土至桩位，导管法灌注。
此外，为进一步提高施工效果，所使用的超前小导管包括中空本体，所述中空本体上设置有外螺纹，并沿中空本体的轴向方向以及圆周上有多个注浆孔；在所述中空本体的一端设置有钻头。相邻注浆孔之间的距离为0.2-0.25m。所述钻头为无缝钢管，其外径为40-45mm，壁厚为8-10mm，所述钻头的外端面设置有硬质合金层。
所述超前小导管的施工工艺为：准备超前小导管所用原料，准备开孔设备，准备注浆材料；超前小导管打入土体中，沿拱部环向布置，每两排超前小导管搭接长度为1.5m，超前小导管尾端固定在钢拱架上；注浆采用不定量注浆，进浆速度控制在每根超前小导管总进量为20-25L/min；注浆结束后及时清洗泵、阀门和管路，保证机具完好，管路畅通。
超前小导管打入土体时用风枪开孔，开孔直径为55-58mm，并用吹管将砂石吹出，钻孔深度为4.5-5m。用风钻将超前小导管顶入孔中后检查管内有无充填物，如有充填物，用吹管吹出。用塑胶泥封堵导管周围及孔口，严格按设计要求打入超前小导管，超前小导管管端外露25-30cm，外露部分安装注浆管路。注浆前先喷射混凝土4cm厚的封闭掌子面，形成止浆盘；注浆压力为0.7-0.8Mpa。
所述的注浆材料至少包括以重量份的如下组份：50-60份的二氧化硅、20-25份的苛性钠、10-15份的二盐基性磷酸钠、1-2份的2-丙烯酸纳均聚物和1-2份的多聚磷酸钠。
所述注浆材料的制备方法，包括以下步骤：先将二氧化硅过水提纯；再将二氧化硅和苛性钠放入高压蒸锅内强力搅拌均匀，蒸汽加热；高压蒸锅内以3-5℃/min速率升温至190℃-200℃，压力控制在0.9-1.1MPa，恒温保存并不断搅拌得到乳化液。将二盐基性磷酸钠溶液、2-丙烯酸纳均聚物溶液、多聚磷酸钠溶液依次注入蒸锅中，不断搅拌，3.5-4小时后反应结束，降温至20-25℃；倒出，过滤得上层清液即可。
将以上制备的注浆材料，按照与天然富水砂卵石地层试样孔隙体积比1：1的量制备相应体积的扰动土体试样。试样烘干至15％～20％含水量后进行室内试验测试，测试结果见表1。
表1
Figure BDA0002203042360000141
从表1可以看出加固后试样的无侧限抗压强度明显提高、可压缩性显著降低、渗透系数得到改善，湿陷性系数变化不大。
所述的超前小导管结构简单、使用可靠、成本低廉，采用它不但能够进行注浆作业，而且还能够自进钻孔，简化了工序，提高了工作效率，使得土体的自稳能力得到了提升。施工过程简单，能够很好地应用于隧道施工的超前支护，极大地降低在松散的土体施工时安全事故发生的概率，具有广阔的应用前景。
本实施例的注浆材料渗入土体后，部分浆材填充于土颗粒间的缝隙中，还有部分附着在颗粒表面。随干燥过程的进行，材料中的水分不断蒸发，渗透到土层中发生缩聚反应，形成三维复合网络结构；增强土骨架结构性；改善土层的抗剪强度、压缩性及渗透性。
本发明的工艺流程简单易行，材料无毒、无味、无腐蚀、系非易燃易爆品、且不易变质。该注浆材料可以方便地进行灌注加固，可以大幅提高其工程地质特性，满足工程建设要求。
此外，为实现更优的技术效果，还可将上述实施例中的技术方案任意组合，以满足各种实际应用的需求。
由上述实施例可知，本发明突破了以往“PBA”法仅局限用于多跨多层地下车站及停车场浅埋暗挖工程项目中，解决了“PBA”法应用于深埋暗挖超大断面隧道中综合性技术难题。采用地面井点+洞内水平井降水的处理措施，有效地解决了“PBA”法在富水区域进行大跨隧道深埋暗挖施工时地下水处理的难题。同时解决了施工操作空间受限，上部管线密集，对管棚施工精度、沉降要求极高的情况下，进行长大管棚施作的技术性难题；确保了断面砼结构的施工质量。
本发明通过开展高压富水砂卵石地层工程特性研究，能够预判地层变化情况，为施工提出指导。通过建立理论分析及现场试验，对复合锚杆桩可能性实施进行进一步分析，细化复合锚杆桩对高压富水砂卵石地层的操作性及功能性分析，达到施工安全的目的。
本发明的施工方法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；本发明的施工方法基本在地下进行，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。本发明具有施工速度快，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。
本发明解决了深埋暗挖断面洞室全断面开挖诸多技术难题，大大简化了施工工艺，提高了施工进度，施工中群洞效应得以有效控制，对围岩的扰动程度大大降低，结构与围岩的变形和沉降均得到了较好的控制，保证了施工安全和施工质量，较好地拓展了洞桩法施工技术的应用空间。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员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例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种深埋PBA地铁车站断面设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.对车站断面结构上方的地层空洞进行检测；
b.布置地面降水井和洞内水平井，并在地面打设复合锚杆桩(14)；打设复合锚杆桩(14)时的钻孔操作为：钻机采用合金钻头进行钻孔以形成锚孔；采用混凝土三次注浆，每次注浆的深度为锚孔深度的1/3；每次注浆时将水泥、砂和碎石搅拌均匀后倒入锚孔中，然后往锚孔中加入水以使得水、水泥、砂和碎石混合形成混凝土浆料，接着采用振动棒将混凝土浆料振动均匀；注浆结束后，将复合锚杆的下端自上而下插入混凝土浆料中；待锚孔中的混凝土浆料固化以成型出桩体；
浇注的混凝土强度至少达到C30；所述复合锚杆包括锚杆主体，锚杆主体外侧包覆有纤维强化塑料筒体，纤维强化塑料筒体与锚杆主体之间采用滑动连接，纤维强化塑料筒体与锚杆主体之间分别设有锚固锁定件、抗扭筒体及金属丝管，锚固锁定件顶部及底部均穿过纤维强化塑料筒体设置，且锚固锁定件通过锚固螺栓分别与纤维强化塑料筒体及锚杆主体连接，且抗扭筒体与纤维强化塑料筒体内侧面滑动连接，金属丝管内置金属丝，且金属丝管卡接在纤维强化塑料筒体上，锚杆主体靠近一端部处安装有支撑构件，锚杆主体一端部且位于支撑构件一侧面连接有连接件；锚杆主体采用整体成型而成；
所述的纤维强化塑料筒体的纤维强化塑料由以下步骤制备：
(1)将不饱和电木加入搅拌皿中，按照900-1000r/min的搅拌速率进行搅拌，搅拌时间为25-30min；
(2)在步骤(1)搅拌后的不饱和电木中加入浓度20-25％的稀盐酸，按照1300-13500r/min的搅拌速率进行搅拌，得到弱酸性混合物；
(3)将步骤(2)中得到弱酸性混合物和适量的丙三醇三缩水甘油醚、乙氧基月桂酷胺以及三氧化二钇加入反应釜中，并输入氮气将反应釜密封，反应釜加热至195-200℃进行反应，反应时间为4-4.5小时；
(4)待步骤(3)的反应物粘度达到28-30mPa·S，酸值达到35-40mg KOH/g后，抽真空冷却至78-80℃后加入1:1质量比的二氧化钛进行混合，再在常温下静置，得到改性纤维强化塑料；
c.在主体拱部(1)以及小导洞(2,3)之上的位置施作大管棚(4)，并进行深孔注浆对土体加固；上述大管棚(4)的施作采用超前小导管分段打设的方法，每段之间纵向搭接；所述超前小导管L＝2.5m，环向间距为0.3m，隔榀打设，并且在深孔注浆段取消打设；格栅钢架侧墙节点处各设一根锁脚锚管；
所使用的超前小导管包括中空本体，所述中空本体上设置有外螺纹，并沿中空本体的轴向方向以及圆周上有多个注浆孔；在所述中空本体的一端设置有钻头；相邻注浆孔之间的距离为0.2-0.25m；所述钻头为无缝钢管，其外径为40-45mm，壁厚为8-10mm，所述钻头的外端面设置有硬质合金层；
所述超前小导管的施工工艺为：准备超前小导管所用原料，准备开孔设备，准备注浆材料；超前小导管打入土体中，沿拱部环向布置，每两排超前小导管搭接长度为1.5m，超前小导管尾端固定在钢拱架上；注浆采用不定量注浆，进浆速度控制在每根超前小导管总进量为20-25L/min；注浆结束后及时清洗泵、阀门和管路，保证机具完好，管路畅通；
超前小导管打入土体时用风枪开孔，开孔直径为55-58mm，并用吹管将砂石吹出，钻孔深度为4.5-5m；用风钻将超前小导管顶入孔中后检查管内有无充填物，如有充填物，用吹管吹出；用塑胶泥封堵导管周围及孔口，严格按设计要求打入超前小导管，超前小导管管端外露25-30cm，外露部分安装注浆管路；注浆前先喷射混凝土4cm厚的封闭掌子面，形成止浆盘；注浆压力为0.7-0.8Mpa；
所述的注浆材料至少包括以重量份的如下组份：50-60份的二氧化硅、20-25份的苛性钠、10-15份的二盐基性磷酸钠、1-2份的2-丙烯酸纳均聚物和1-2份的多聚磷酸钠；
所述注浆材料的制备方法，包括以下步骤：先将二氧化硅过水提纯；再将二氧化硅和苛性钠放入高压蒸锅内强力搅拌均匀，蒸汽加热；高压蒸锅内以3-5℃/min速率升温至190℃-200℃，压力控制在0.9-1.1MPa，恒温保存并不断搅拌得到乳化液；将二盐基性磷酸钠溶液、2-丙烯酸纳均聚物溶液、多聚磷酸钠溶液依次注入蒸锅中，不断搅拌，3.5-4小时后反应结束，降温至20-25℃；倒出，过滤得上层清液即可；
d.施工小导洞(2,3)并预埋连接钢筋；
e.架设小导洞(2,3)的格栅拱架，并与预埋连接钢筋连接；
f.对小导洞(2,3)内进行初支，然后在小导洞(2,3)中分别施作边桩(5,6)，边桩(5,6)外侧与上边的小导洞(2,3)间均采用混凝土回填，再分别模筑边桩(5,6)的冠梁(7,8)；
g.从两边的所述小导洞(2,3)开始向中间对称开挖主体拱部(1)，架设主拱格栅钢架，并与预埋连接钢筋连接，在主体拱部(1)内进行初支，之后采用泵送的方式进行主体拱部(1)的二衬结构(9)混凝土浇筑；
h.开挖下部主体中心(10)土体，进行断面上台阶土体开挖，同时对相邻边桩间的侧向土体进行初次衬砌，开挖至边桩冠梁(7,8)的标高位置，在两侧边桩(5,6)间横向设置第一道水平支撑；待第一道水平支撑完成，继续进行下台阶第二层土方开挖，依次完成第二道、第三道水平支撑；待第三道水平支撑完成后，继续分层开挖至基础，施作扩大基础并对基础进行加固；在进行下部主体中心(10)的下部二衬结构施工时要搭设满堂脚手架和支承钢模板，留二衬结构施工缝；并采用液压装置拆除三道水平支撑；
i.施工基础的底部垫层、防水层；然后进行下部主体中心(10)的下部二衬结构的底板(11)施工；拆除第三道水平支撑，进行下部主体中心(10)的下部二衬结构的边墙(12)施工；进行第二道水平支撑的拆除和下部主体中心(10)的下部二衬结构的边墙(12)与中板(13)的施工；拆除第一道水平支撑，进行主体拱部(1)的二衬结构(9)与下部主体中心(10)的二衬结构之间的后浇带和施工缝的施工；
j.施作附属结构，所述附属结构包括但不限于站台板(15)，形成完整的车站结构。
2.根据权利要求1所述的深埋PBA地铁车站断面设计方法，其特征在于，施工前在地面打设3排φ150复合锚杆桩(14)，排距0.8-1.5m，桩距0.5-1m；复合锚杆桩(14)桩长为27-30m，打设角度为15-18°。
3.根据权利要求2所述的深埋PBA地铁车站断面设计方法，其特征在于，在地面打设复合锚杆桩(14)前，应详细调查地下管线情况，确保管线安全；打设复合锚杆桩的施工步骤依次为：测量定位，钻机就位，钻孔，安装钢筋笼及注浆管，注浆，二次注浆，三次注浆，结束注浆。
4.根据权利要求3所述的深埋PBA地铁车站断面设计方法，其特征在于，所述车站断面的主体标准断面尺寸为16.53×13.6m，所述车站断面的拱顶距离地面为14.9m，属于深埋作业；小导洞(2,3)初支结构厚0.2-0.5m，主体拱部(1)初支结构厚度0.3-0.5m；格栅钢架纵向间距0.5-1m。
5.根据权利要求4所述的深埋PBA地铁车站断面设计方法，其特征在于，在所述各施工缝处加入遇水膨胀材料；所述的第一道、第二道和第三道水平支撑均采用型钢桩或钢混组合材料；所述底板(11)采用仰拱形式，所述仰拱的两端分别与边墙(12)固接。
6.根据权利要求5所述的深埋PBA地铁车站断面设计方法，其特征在于，施作边桩(5,6)时，在桩位线两侧铺设便于钻机在小导洞内移动施工的轨道钢轨，将安装轨轮的钻机通过明挖井口吊下，沿轨道钢轨移进小导洞内，然后将钻机定位，连接泥浆分离系统，施钻，钻孔清孔完毕，分节下放钢筋笼，最后泵送混凝土至桩位，导管法灌注。
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