CN114718610B - 大跨单拱地铁车站、大断面隧道、地下结构及其修建方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于大型地下结构暗挖建造技术领域，公开了大跨单拱地铁车站、大断面隧道、地下结构及其修建方法。所述修建方法包括：采用盾构沿车站拱脚处施工两条纵向隧道，隧道内通长浇筑钢筋混凝土条形基础，条形基础预留拱圈和仰拱的连接钢筋；沿车站拱圈外轮廓打设纵向管幕，管幕内浇筑混凝土；在盾构隧道内每隔一定距离破除部分管片垂直纵向管幕开挖环向导洞，在环向导洞内立模施工拱圈梁，拱圈梁背部与管幕密贴顶紧，拱脚与盾构隧道内的条形基础连接成整体；开挖车站上层土体，施工拱圈梁间内拱圈板；纵向逐段开挖车站下层土体和施工仰拱结构，直至车站贯通。本发明工艺简单、施工风险低、机械化作业程度高、工程造价低。

Description

大跨单拱地铁车站、大断面隧道、地下结构及其修建方法

技术领域

本发明属于大型地下结构暗挖建造技术领域，尤其涉及大跨单拱地铁车站、大断面隧道、地下结构及其修建方法。

背景技术

大型地下结构传统暗挖工法主要有中洞法、侧洞法、柱洞法、洞桩法。这类传统暗挖工法本质上均属于浅埋暗挖分部开挖法，即将大断面分解成小断面，分部开挖并支护小断面建成大断面地下结构。这类方法存在以下问题：（1）多次开挖对土层扰动大，不利于土层的稳定，下部开挖易对上部土层及支护、衬砌的扰动和破坏，导致该类工法不光地面沉降大，而且施工风险巨大；（2）因工作面较多，相互干扰大，组织协调难度大，工效低，施工周期长；（3）一般需要采用额外辅助措施，初期支护与主体结构间存在二次受力转换，初期支护废弃量大，工程造价高。这些传统暗挖工法一般需要设置1~2排中间立柱进行减跨，以降低施工难度和施工风险，暗挖地铁车站多采用双连拱或者三连拱的形式。单拱地铁车站可以获得宽敞的空间和宏伟的建筑效果，近年来在大连、青岛、重庆等岩层地区地铁车站均有采用，我国常用的岩层地区单拱车站暗挖工法有“三台阶七步开挖法”和“拱盖法”。由于大断面开挖对洞室稳定性、地面沉降和支护结构受力均有重大影响，在岩石地层中拱形结构可充分利用围岩的自承能力，而在第四纪地层尤其是松散土层中基本不能期望地层的自承能力，故第四纪地层中鲜有采用暗挖法修建的单拱车站。

1974年圣彼得堡地铁成功地建成采用侧部支座隧道的单拱大断面地铁车站，该地铁车站位于深埋于不透水的致密黏土层中。施工时，首先在拱圈的支座处用盾构法修建两个直径5.5m的盾构隧道，浇筑混凝土形成支座，然后开挖拱部，在拆除了两个盾构隧道的顶部管片之后快速装配厚度0.7m的拱圈，在拱圈的保护下开挖洞身和拼装仰拱砌块。该施工方法是专门为了在软岩或者坚硬黏土层中修建单拱车站而开发的，该工法地层需要一定自承能力，短期内可以保证土体的稳定性；拱圈及仰拱均采用装配式砌块以确保拱圈迅速承载，而且衬砌性拱圈的装配施工需要开发专门的机械，该工法很难适用于地层较差的单拱车站暗挖施工。

1990年意大利米兰地铁威尼斯车站采用“蜂窝状拱”施工技术在第四纪松散富水砂层中成功修建大跨度单拱车站。施工程序如下：车站范围施工1个纵向导洞，从导洞内对车站范围进行地层改良；然后开挖侧壁导坑，浇筑隧道边墙，同时在其拱轮廓线处沿隧道纵向顶进10个外径2.1m的钢筋混凝土管；破除混凝土管下半部分，并开挖横向隧道，在横向隧道内布设钢筋和浇筑横向拱；采用混凝土充填10个纵向混凝土管构成隧道拱，然后在起作用的“网格状”拱保护下进行隧道开挖；分部浇筑隧道仰拱。2009年韩国又采用该施工技术成功修建了韩国最大单拱暗挖地铁车站-首尔地铁9号线高速巴士客运站地铁站。这种方法需要修两条辅助施工的侧壁导坑，这两条侧壁导坑需要临时支护，地层条件较差的情况下还需辅以地层改良措施，随着施工的进行，最后又要拆除这两条侧壁导坑。这样，不但使工程成本大幅度增加而且要延长施工周期，造成人力和物力的浪费。同样，采用这种方法时，两个侧壁导坑的开挖同样会引起地表下沉。其次，该方法很难用于多层地下结构的修建。

国内沈阳地区在借鉴吸收“蜂窝状拱”施工技术的基础上，改进创造了我国的管幕预筑工法，该工法是在拟建地下工程设定的拱形轮廓位置顶进密排直径2m左右的钢管群，管间切口连通后在钢管和管间构筑车站永久结构，并在其保护下开挖土方、施工内部结构，最终形成地下空间的一种建造方法，该工法于2010年成功应用于沈阳地铁二号线新乐遗址站的修建。与“蜂窝状拱”技术不同的是，管幕预筑法用大直径钢管代替侧壁导坑，并在底部钢管内对拱脚土体进行注浆加固，该工法适用于地层条件较好、地下水难以处理的大跨单拱车站工程，不过该工法存在以下不足：（1）在有限空间的钢管内进行大面积的连通切割、焊接及切口支撑作业，以及立模、钢筋绑扎等作业，施工环境较差，人工作业强度较大。（2）钢管切口多，焊缝多，对防水质量有一定的影响。（3）钢管纵向抗弯刚度未得到充分的利用，钢管直径大，数量多，对地表沉降影响较大，土建费用高。

CN113847040A公开了一种大跨无柱地下车站暗挖修建方法，该方法沿地下车站拱形顶板外轮廓施工纵向围护，沿顶板拱脚位置纵向施工左、右两侧边导洞；在支护完成的边导洞内施工竖向围护，竖向围护顶部设置冠梁；在边导洞内施工顶板拱脚及部分侧墙结构，拱脚与冠梁锚固，侧墙与边导洞之间设置临时横撑；对纵向围护下方土体进行超前预注浆加固，纵向逐段开挖纵向围护下土方、逐段施工拱形顶板结构，拱形顶板与拱脚连接成整体，对顶板背后进行回填注浆；拱顶结构贯通并达到设计强度后开挖车站地下一层土体，并破除永久结构范围内的边导洞初支，施工地下一层中板及侧墙结构；逐层开挖余下土体并施工余下车站结构。该方法相较于传统暗挖工法，很大程度的拓宽了暗挖法的适用范围，但是作为该方法重要组成部分-纵向导洞，仍然采用传统的矿山法施工，导洞覆土较浅，导洞施工过程仍具有不小的风险，同时，纵向导洞开挖易会引起地表下沉，对水文地质条件要求也相对较高，地层条件较差时需辅以注浆加固措施。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

（1）现有技术采用“先隧后站”的先行过站施工方法，会造成大量盾构管片的废弃，且车站与区间的接口防水技术难度较大。暗挖车站施工周期较长，经常性的影响盾构区间洞通时间，往往成为整条线工期的制约因素，这也是暗挖车站应用比例较小的一个重要原因。

（2）现有技术工艺繁琐、施工风险高、机械化作业程度低、工程造价高，而且施工速度慢。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了大跨单拱地铁车站、大断面隧道、地下结构及其修建方法。具体提供一种在软弱土层或复杂环境条件下利用暗挖法修建大跨单拱地铁车站、大断面隧道及类似大跨地下结构的方法。

所述技术方案如下：一种大跨单拱地铁车站暗挖修建方法包括以下步骤：

步骤一，采用盾构沿车站拱脚处施工两条纵向盾构隧道，盾构隧道采用管片衬砌支护；沿车站的拱圈梁外轮廓施工纵向管幕，管幕内浇筑自密实混凝土；

步骤二，在盾构隧道内通长浇筑钢筋混凝土条形基础，条形基础上预留拱圈板、拱圈梁和仰拱的连接钢筋；

步骤三，在盾构隧道内每隔一段距离垂直并密贴纵向管幕开挖环向导洞，在环向导洞内施工拱圈梁，拱圈梁背部与管幕密贴，拱脚与盾构隧道内的条形基础连接成整体，拱圈梁预留拱圈板的纵向连接钢筋；

步骤四，整体开挖车站上层土体，施工拱圈板，与拱圈梁连接成整体；

步骤五，纵向逐段开挖车站下层土体和施工结构，直至车站贯通；

步骤六，进行仰拱隧底回填层回填，施工车站内部结构。

在一个实施例中，在步骤一中的车站两端头设置竖井或者横通道结构，施工阶段作为区间盾构的接收或始发井，并兼作纵向管幕的工作室；使用阶段集中布置站务、设备用房，并兼作乘客进出站的通道；

盾构施工完车站拱脚处的盾构隧道后，在端头井内横向平移一定距离后继续向前施工区间。

在一个实施例中，在步骤一中盾构隧道位于好地层且两端区间未采用盾构施工的情况下，该盾构隧道采用矿山法施工，开挖过程进行超前支护和临时支护，超前支护采用小导管或大管棚并辅以超前注浆加固，临时支护采用钢筋或型钢骨架然后喷射混凝土形成。

在一个实施例中，在步骤一中盾构隧道位于差地层时，施工过程对盾构隧道底部土体进行注浆加固。

在一个实施例中，在步骤二中的盾构隧道浇筑钢筋混凝土条形基础前进行凿毛处理，使条形基础与管片混凝土粘结。

在一个实施例中，在步骤三中环向导洞位于差地层时，施工过程对环向导洞两侧地层进行预注浆加固，或进行临时护壁；

在步骤三中环向导洞及拱圈梁的施工分批跳孔进行，环向导洞的尺寸满足拱圈梁的钢筋帮扎施工空间要求；

拱圈梁浇筑完成达到设计强度后，拱圈梁背后进行注浆回填，使拱圈梁背后与管幕顶紧。

在一个实施例中，在步骤一~步骤三中，对于饱和软土地层，在管幕间锁口空隙内注入止水填充剂，进行坑内降水；

所述管幕内插型钢或者钢筋笼。

在一个实施例中，在步骤一~步骤三中，根据拱圈曲率，车站做成单层或者双层，双层车站的站台板设单柱或者不设柱，不设柱时，中板底面进行起拱做成变截面形式。

本发明的另一目的在于提供一种根据所述大跨单拱地铁车站暗挖修建方法修建的大跨单拱地铁车站。

本发明的另一目的在于提供一种在软弱土层或复杂环境条件下利用所述大跨单拱地铁车站暗挖修建方法修建的大跨单拱地铁车站、大断面隧道及大跨地下结构。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

针对目前第四纪土层中一般无法修建大跨单拱地铁车站的问题，及暗挖车站制约区间洞通时间并影响全线工期的现状，本发明提出了一种与区间盾构相结合修建大跨单柱暗挖地铁车站的方法，该方法暗挖车站施工风险低、环境影响小、施工简便、工程投资低、不再制约全线工期。

本发明将区间盾构与暗挖车站建设结合起来，区间和车站统筹考虑，盾构区间无需等待车站主体结构施工完毕提供始发或接受条件后再掘进，车站和区间同期施工，车站的出土进料均可以通过盾构区间运输，加快全线施工进度；区间盾构可以沿线路连续推进，可充分发挥盾构作业效率，减少全线盾构转场次数和配置数量；盾构隧道适用于各种复杂软弱地层，机械化程度较高，施工进度快，施工风险低，可以有效控制地表沉降；盾构隧道作为车站主体的一部分，管片拆除和废弃量较少。

除了环向导洞需人工开挖，其余施工均可以进行机械化作业，本发明改变了传统暗挖需要大量人工作业、施工风险大、作业环境差的局面。

拱脚基础采用盾构法施工，管幕采用顶管法施工，拱圈梁在管幕保护下采用微型环向导洞施工实现，支护体系构筑过程最大限度地维持了地层初始平衡状态，本发明有效防止地层出现较大应力释放和地表沉降，构筑过程基本没有风险；拱脚基础、管幕和拱圈梁共同组成大刚度支护体系，拱圈结构形成后即可大面积作业，施工效率高，施工方便且工期大幅缩短。

盾构隧道、拱圈梁既是临时支护构件又是永久结构的一部分，本发明避免了传统暗挖工法的受力转换，同时工程废弃量进一步减少，工程投资进一步降低。

管幕间辅以止水措施、在盾构隧道对环向导洞周围土体进行地层改良，本发明可以实现在饱和软土地区暗挖修建大跨单拱地铁车站，在饱和软土地区暗挖修建大跨单拱隧道在以往基本是不可能的，通过本发明的方法可以比较容易实现，填补了这方面技术空白。

本发明通过简单的施工步序，采取微扰动技术构筑拱脚基础、管幕、拱圈梁组成的大刚度支护体系，解决了传统暗挖技术风险高、投资大、工期长等诸多问题；同时，暗挖车站与盾构区间可同期施工，暗挖车站不再是全线工期控制性因素；并实现了暗挖地铁车站的单拱无柱化，创造了地铁车站更宽敞的空间和宏伟的建筑效果；该发明工法兼具了安全、经济、快速及艺术效果。

第二，把技术方案看作一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

本发明地铁车站采用单拱结构；采用盾构沿车站拱脚处施工两条纵向隧道，隧道内通长浇筑钢筋混凝土条形基础，条形基础预留拱圈和仰拱的连接钢筋；沿车站拱圈外轮廓打设纵向管幕，管幕内浇筑混凝土；在盾构隧道内每隔一定距离破除部分管片垂直纵向管幕开挖环向导洞，在环向导洞内立模施工拱圈梁，拱圈梁背部与管幕密贴顶紧，拱脚与盾构隧道内的条形基础连接成整体；开挖车站上层土体，施工拱圈梁间内拱圈板；纵向逐段开挖车站下层土体和施工仰拱结构，直至车站贯通。本发明工艺简单、施工风险低、机械化作业程度高、工程造价低，区间盾构作为车站施工的有机组成部分，车站、区间同期施工，车站的出土、进料可以通过两端区间运输，施工速度快，可用于大跨单拱地铁车站及类似地下结构的暗挖施工。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是本发明实施例提供的实施例一横剖面示意图；

图2是本发明实施例提供的布置平面示意图；

图3是本发明实施例提供的拱圈梁、管幕布置平面示意图；

图4是本发明实施例提供的拱圈梁、管幕布置纵剖面示意图；

图5是本发明实施例提供的暗挖车站结构三维示意图；

图6是本发明实施例提供的实施例一施工步序（一）的横剖面示意图；

图7是本发明实施例提供的实施例一施工步序（二）的横剖面示意图；

图8是本发明实施例提供的实施例一施工步序（三）的横剖面示意图；

图9是本发明实施例提供的实施例一施工步序（四）的横剖面示意图；

图10是本发明实施例提供的实施例一施工步序（五）的横剖面示意图；

图11是本发明实施例提供的实施例一施工步序（六）的横剖面示意图；

图12是本发明实施例提供的实施例二横剖面示意图；

图13是本发明实施例提供的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法流程图；

图14是本发明实施例提供的主要工序地表沉降槽示意图；

图中：1、管幕；2、拱圈板；3、拱圈梁；4、条形基础；5、盾构隧道；6、站台板；7、回填层；8、仰拱；9、环向导洞；10、中板。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

实施例1

以一座标准跨度单拱单层地铁车站为例，参见图1~图5，车站采用单拱型式，所述大跨单拱地铁车站包括：管幕1、拱圈板2、拱圈梁3、条形基础4、盾构隧道5、站台板6、回填层7、仰拱8、环向导洞9及中板10。

具体实施方式如下：

如图3和图6所示，在车站端头设置竖井结构，区间盾构施工完毕在竖井接收后进行平移继续沿车站拱脚处施工两条纵向盾构隧道5，根据工筹，盾构也可以先施工两条纵向盾构隧道后再继续施工区间，隧道采用管片衬砌支护。沿车站拱圈外轮廓施工纵向管幕1，管幕1直径控制在0.8m之内为宜，必要时可以通过在管幕1内设置型钢或者钢筋笼来提高管幕刚度，管内浇筑自密实混凝土形成钢管混凝土。竖井结构施工阶段作为区间盾构的接收或始发井，并兼作纵向管幕的工作室；使用阶段集中布置站务、设备用房，并兼作乘客进出站的通道。

如图7所示，隧道管片衬砌进行凿毛处理后，在隧道内通长浇筑钢筋混凝土条形基础4，基础上预留拱圈板2、拱圈梁3和仰拱8连接钢筋。当盾构隧道5位于较差地层时，施工过程对隧道底部土体进行注浆加固，以提高拱脚基础的地基承载力和抗变形能力。

如图3~图5和图8所示，在盾构隧道5内每隔6~9m破除隧道管片结构，破除范围与环向导洞尺寸相同，垂直管幕1开挖环向导洞9，环向导洞9满足圈梁钢筋绑扎和混凝土浇筑空间要求即可，尺寸一般较小，在稳定土层中无需进行额外临时支护；并在拱圈梁3背部预埋注浆管，注浆管从拱圈梁3侧面引至两侧盾构隧道5，在环向导洞9内绑扎圈梁钢筋并浇筑混凝土，拱圈梁3拱脚与盾构隧道5内钢筋混凝土条形基础连接成整体，拱圈梁3预留拱圈板2连接钢筋，通过预埋注浆管及时对拱圈梁3背后进行回填注浆，使其与管幕1密贴顶紧；环向导洞9及拱圈梁施工分批跳孔进行，以减少地层扰动。当环向导洞9位于较差地层时，施工过程对导洞两侧地层进行预注浆加固，必要时进行临时护壁，以提高导洞开挖稳定性。

如图9所示，车站横断面分上下两层开挖，开挖车站上层土体，施工拱圈板2，与拱圈梁3连接成整体。

如图10所示，车站下层开挖及仰拱8浇筑。为保证拱脚的稳定性，车站下层土方的开挖、管片的拆除及仰拱浇筑逐段进行。

如图11所示，进行隧底回填层7回填，施工站台板6、轨顶风道等内部结构。

实施例2

如图12所示，根据需要调整拱圈曲率，车站可以做成双层，双层车站站台层可以设单柱或者不设柱，不设柱车站中板10底面进行起拱做成变截面形式，中板10厚度两侧最大，向中间减薄。

图1~图12是本发明修建方法的典型示例，这些实施例仅用于进一步说明本发明方法的细节及其效果，并不对本发明构成限制。本行业普通技术人员在工程实施中可根据工程外部环境条件，结合工程地质和水文地质条件，进行相应的衍化。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

实施例3

如图13所示，本发明实施例提供的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法包括：

S101，采用盾构沿车站拱脚处施工两条纵向盾构隧道5，盾构隧道5采用管片衬砌支护；沿车站的拱圈梁3外轮廓施工纵向管幕1，管幕1内浇筑自密实混凝土。

S102，在盾构隧道5内通长浇筑钢筋混凝土条形基础4，条形基础4上预留拱圈板2、拱圈梁3和仰拱8的连接钢筋。

S103，在盾构隧道5内每隔一段距离垂直并密贴纵向管幕1开挖环向导洞9，在环向导洞9内施工拱圈梁3，拱圈梁3背部与管幕1密贴，拱脚与盾构隧道5内的条形基础4连接成整体，拱圈梁3预留拱圈板2的纵向连接钢筋。

S104，整体开挖车站上层土体，施工拱圈板2，与拱圈梁3连接成整体。

S105，纵向逐段开挖车站下层土体和施工仰拱8结构，直至车站贯通。

S106，进行仰拱8隧底回填层7回填，施工车站内部结构。

实施例4

基于实施例3记载的本发明实施例提供的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，作为优选实施例，步骤S101中的车站两端头设置竖井或者横通道结构，施工阶段作为区间盾构的接收或始发井，并兼作纵向管幕1的工作室；使用阶段集中布置站务、设备用房，并兼作乘客进出站的通道。

实施例5

基于实施例3记载的本发明实施例提供的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，作为优选实施例，步骤S101中的盾构施工完车站拱脚处的盾构隧道5后，在端头井内横向平移一定距离后继续向前施工区间。

实施例6

基于实施例3记载的本发明实施例提供的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，作为优选实施例，步骤S101中的盾构隧道5位于较好地层且两端区间未采用盾构施工的情况下，该盾构隧道5采用矿山法施工，开挖过程进行超前支护和临时支护，超前支护采用小导管或大管棚并辅以超前注浆加固，临时支护采用钢筋或型钢骨架然后喷射混凝土形成。

实施例7

基于实施例3记载的本发明实施例提供的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，作为优选实施例，步骤S101中的盾构隧道5位于较差地层时，施工过程对盾构隧道5底部土体进行注浆加固，以提高拱脚基础的承载力和抗变形能力。

实施例8

基于实施例3记载的本发明实施例提供的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，作为优选实施例，步骤S102中的盾构隧道浇筑钢筋混凝土条形基础4前进行凿毛处理，使条形基础4与管片混凝土粘结牢固。

实施例9

基于实施例3记载的本发明实施例提供的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，作为优选实施例，步骤S103中的环向导洞9位于较差地层时，施工过程对环向导洞9两侧地层进行预注浆加固，必要时进行临时护壁，以提高导洞开挖稳定性。

实施例10

基于实施例3记载的本发明实施例提供的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，作为优选实施例，步骤S103中的环向导洞9及拱圈梁3的施工分批跳孔进行，环向导洞9的尺寸满足拱圈梁3的钢筋帮扎施工空间要求。

实施例11

基于实施例3记载的本发明实施例提供的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，作为优选实施例，步骤S103中的拱圈梁3浇筑完成达到设计强度后，拱圈梁3背后及时进行注浆回填，使拱圈梁3背后与管幕1顶紧。

实施例12

基于实施例3记载的本发明实施例提供的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，作为优选实施例，步骤S101~步骤S103中，对于饱和软土地层，在管幕1间锁口空隙内注入止水填充剂，进行坑内降水，达到无水施工要求。

实施例13

基于实施例3记载的本发明实施例提供的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，作为优选实施例，步骤S101~步骤S103中，所述管幕1内插型钢或者钢筋笼使管幕1能达到与车站结构同等的耐久性要求，管幕1可作为车站的永久顶板，施作内衬进行防水。

实施例14

基于实施例3记载的本发明实施例提供的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，作为优选实施例，当车站端头竖井或横通道施工条件、施工效率受限时，车站内的出土进料通过区间进行运输。

实施例15

基于实施例3记载的本发明实施例提供的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，作为优选实施例，根据需要调整拱圈曲率，车站可以做成单层或者双层，双层车站的站台板6可以设单柱或者不设柱，不设柱车站中板10底面进行起拱做成变截面形式。

实施例相关效果的证据：

采用本发明方法在土层中修建大跨单拱地铁车站暂无工程实例，地表沉降大小直接反映工法对周边环境的影响和安全性，故建立三维有限元模型模拟计算本方法施工对地表沉降的影响。以单层大跨单拱地铁车站为例，车站覆土4m，底板埋深18m，结构净跨20m；盾构隧道直径6m，衬砌管片厚0.3m，采用C50混凝土；管幕直径0.8m，管间距1m，灌注C30混凝土；环向导洞2m（宽）×2m（高），拱圈梁2m（宽）×2m（高），纵向间距8m一道，拱圈板厚0.8m、底板厚1.2m，均采用C40混凝土。

为保守分析本方法修建暗挖地铁车站引起地表沉降的大小，假设管幕以上范围地层为力学性能较差的杂填土，管幕1以下地层均为普通砂层，有限元模拟计算结果如图14所示。

根据有限元模拟计算结果，采用发明本方法在土层中修建大跨单拱地铁车站引起地表沉降累计仅20mm左右，而目前常用的土层地铁车站传统暗挖工法引起地面沉降动辄上百毫米，这主要是因为传统暗挖工法支护刚度小，工序多，受力转换频繁对地层扰动大，而本方法支护刚度大，通过采用各项非常成熟的简单工艺，充分利用了土层的时空效应，构筑过程对地层扰动很小。本发明方法在工序工艺简单程度、地表沉降控制和安全性方面具有传统暗挖工法无法比拟的优势。

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，其特征在于，所述大跨单拱地铁车站暗挖修建方法包括以下步骤：

步骤一，采用盾构沿车站拱脚处施工两条纵向盾构隧道（5），盾构隧道（5）采用管片衬砌支护；沿车站的拱圈梁（3）外轮廓施工纵向管幕（1），管幕（1）内浇筑自密实混凝土；

步骤二，在盾构隧道（5）内通长浇筑钢筋混凝土条形基础（4），条形基础（4）上预留拱圈板（2）、拱圈梁（3）和仰拱（8）的连接钢筋；

步骤三，在盾构隧道（5）内每隔一段距离垂直并密贴纵向管幕（1）开挖环向导洞（9），在环向导洞（9）内施工拱圈梁（3），拱圈梁（3）背部与管幕（1）密贴，拱脚与盾构隧道（5）内的条形基础（4）连接成整体，拱圈梁（3）预留拱圈板（2）的纵向连接钢筋；

步骤四，整体开挖车站上层土体，施工拱圈板（2），与拱圈梁（3）连接成整体；

步骤五，纵向逐段开挖车站下层土体和施工仰拱（8）结构，直至车站贯通；

步骤六，进行仰拱（8）隧底回填层（7）回填，施工车站内部结构。

2.根据权利要求1所述的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，其特征在于，在步骤一中的车站两端头设置竖井或者横通道结构，施工阶段作为区间盾构的接收或始发井，并兼作纵向管幕（1）的工作室；使用阶段集中布置站务、设备用房，并兼作乘客进出站的通道；

盾构施工完车站拱脚处的盾构隧道（5）后，在端头井内横向平移一定距离后继续向前施工区间。

3.根据权利要求1所述的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，其特征在于，在步骤一中盾构隧道（5）位于好地层且两端区间未采用盾构施工的情况下，该盾构隧道（5）采用矿山法施工，开挖过程进行超前支护和临时支护，超前支护采用小导管或大管棚并辅以超前注浆加固，临时支护采用钢筋或型钢骨架然后喷射混凝土形成。

4.根据权利要求1所述的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，其特征在于，在步骤一中盾构隧道（5）位于差地层时，施工过程对盾构隧道（5）底部土体进行注浆加固。

5.根据权利要求1所述的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，其特征在于，在步骤二中的盾构隧道（5）浇筑钢筋混凝土条形基础（4）前进行凿毛处理，使条形基础（4）与管片混凝土粘结。

6.根据权利要求1所述的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，其特征在于，在步骤三中环向导洞（9）位于差地层时，施工过程对环向导洞（9）两侧地层进行预注浆加固，或进行临时护壁；

在步骤三中环向导洞（9）及拱圈梁（3）的施工分批跳孔进行，环向导洞（9）的尺寸满足拱圈梁（3）的钢筋绑扎施工空间要求；

拱圈梁（3）浇筑完成达到设计强度后，拱圈梁（3）背后进行注浆回填，使拱圈梁（3）背后与管幕（1）顶紧。

7.根据权利要求1所述的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，其特征在于，

在步骤一~步骤三中，对于饱和软土地层，在管幕（1）间锁口空隙内注入止水填充剂，进行坑内降水；

所述管幕（1）内插型钢或者钢筋笼。

8.根据权利要求1所述的大跨单拱地铁车站暗挖修建方法，其特征在于，在步骤一~步骤三中，根据拱圈曲率，车站做成单层或者双层，双层车站的站台板（6）设单柱或者不设柱，不设柱时，双层车站采用中板（10）底面进行起拱做成变截面形式。

9.一种根据权利要求1~8任意一项所述大跨单拱地铁车站暗挖修建方法修建的大跨单拱地铁车站。

10.一种在软弱土层或复杂环境条件下利用权利要求1~8任意一项所述大跨单拱地铁车站暗挖修建方法修建的大断面隧道及大跨地下结构。

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