CN116025376A - 一种双洞组合顶管暗挖车站的结构体系及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种双洞组合顶管暗挖车站的结构体系及施工方法，包括：两条顶管，每条该顶管呈C形，该两条顶管水平紧邻排布、开口相对，每条顶管由若干顶管环纵向连接而成，每个顶管环由呈L形的预制管片顶板、呈L形的预制管片底板以及呈一字形的预制管片外侧墙构成；若干中柱，用于将该两条顶管的开口的顶底两端连接到一起；钢筋混凝土缺口顶梁，用于将该两条顶管的顶部接缝处连接到一起；以及钢筋混凝土缺口底梁，用于将该两条顶管的底部接缝处连接到一起；其中，该两条顶管之间的净距控制在100毫米以内。能够简化施工，降低风险。

Description

一种双洞组合顶管暗挖车站的结构体系及施工方法

技术领域

本发明涉及地下工程结构，尤其涉及采用顶管法建造的地铁车站结构。

背景技术

顶管施工是一种无须开挖地表面层的机械法暗挖施工技术。顶管法施工已经越来越多用于市政管线、地下管廊等地下空间建造领域。

中国专利CN108119151A公开了一种采用顶管法建造的地铁车站结构，主要包括采用顶管机施做的多个相互平行的顶管隧道，该顶管隧道连接后的截面宽度与截面高度与地铁车站的建筑宽度和建筑高度相匹配；在每一个顶管隧道内部均设置有地忒站厅层中板，在地铁站厅层中板的下部均设置有轨顶风道，在每一个顶管隧道的底部还分别设置有站台和行车轨道；在相邻的顶管隧道之间分别通过通道顶部结构和通道底部结构将其连通。

现有的这种采用多洞顶管建造车站结构，平行顶管结构之间需要预留较大距离，且需要在左右线均贯通后施作连接节点，施工复杂，风险较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种双洞组合顶管暗挖车站的结构体系及施工方法，能够简化施工，降低风险。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种双洞组合顶管暗挖车站的结构体系，包括：两条顶管，每条该顶管呈C形，该两条顶管水平紧邻排布、开口相对，每条顶管由若干顶管环纵向连接而成，每个顶管环由呈L 形的预制管片顶板、呈L形的预制管片底板以及呈一字形的预制管片外侧墙构成；若干中柱，用于将该两条顶管的开口的顶底两端连接到一起；钢筋混凝土缺口顶梁，用于将该两条顶管的顶部接缝处连接到一起；以及钢筋混凝土缺口底梁，用于将该两条顶管的底部接缝处连接到一起；其中，该两条顶管之间的净距控制在100毫米以内。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案还是：提供一种双洞组合顶管暗挖车站的结构体系的施工方法，包括以下步骤：构建第一条顶管；构建与该第一条顶管水平紧邻排布的第二条顶管；构建托梁和中柱；以及构建钢筋混凝土缺口底梁和钢筋混凝土缺口顶梁。

本发明的有益效果在于，通过两条顶管、若干中柱、钢筋混凝土缺口顶梁、以及钢筋混凝土缺口底梁的巧妙配合，构成一个横躺的日字形大跨地下空间结构，能够简化施工，降低风险。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1示意出结构体系的施工方法。

图2示意出结构体系的整体结构。

图3示意出第一条顶管的剖面结构。

图4示意出第一条顶管与第二条顶管配合的剖面结构。

图5示意出结构体系中设有中柱的顶管环的剖面结构。

图6示意出结构体系中不设有中柱的顶管环的剖面结构。

图7和图8示意出预制管片顶板的两个视角的立体结构。

图9和图10示意出预制管片底板的两个视角的立体结构。

图11和图12示意出预制管片外侧墙的两个视角的立体结构。

其中，附图标记说明如下：100结构体系200衙边涌箱涵10第一条顶管101顶管环(奇数)1011第一接缝1012第二接缝102顶管环(偶数) 1021第三接缝1022第四接缝1预制管片顶板11主体111凹槽112凸起12内墩13外墩131凹槽132凸起133凸榫18托梁孔19抗剪栓钉2预制管片底板21主体22内墩23外墩28托梁孔29抗剪栓钉3预制管片外侧墙31对接板32对接板33对接凹槽34对接凹槽35凹槽36 凸起4托梁41型钢5托梁6竖向支撑件7横向支撑件20第二条顶管 30中柱40钢筋混凝土缺口底梁401模板50钢筋混凝土缺口顶梁501模板60中板70水平旋转桩80接缝。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

参见图1和图2，图1示意出结构体系的施工方法。图2示意出结构体系的整体结构。本发明的施工方法包括：

步骤101、构建第一条顶管结构；第一条顶管10的每个顶管环包括：预制管片顶板1，预制管片顶板2和预制管片外侧墙3。

步骤103、构建第二条顶管结构；第二条顶管20与第一顶管10紧邻地平行排布。第二条顶管20与第一条顶管10尽可能密贴，净距控制在100毫米以内。

步骤105、构建托梁和中柱；托梁4、5和中柱30成型。托梁4、5成型在第一条顶管10(及第二条顶管20)的底部和顶部，纵向地将多个顶管环连接起来，起到支撑作用。中柱30位于每条顶管的C形结构的相对于预制管片外侧墙3的另一侧(也即C形结构的开口处)，起到支撑作用。

步骤107、构建钢筋混凝土缺口底梁40和钢筋混凝土缺口顶梁50；待纵向托梁4、5达到设计强度后，拆除临时中隔墙(设置在C形结构的开口处的支撑结构，采用矩形型钢砼组合管片和临时格栅钢板管片组成临时中隔墙)；然后，先现浇钢筋混凝土缺口底梁40，然后现浇中柱30外侧的混凝土保护层，最后现浇钢筋混凝土缺口顶梁50；然后，施工成型中板60等内部结构。另外，在第一条顶管10和第二条顶管20的接缝位置(包括顶部和底部，图2中仅示意出顶部)施工纵向的水平旋喷桩70，进行止水。

本发明的结构体系100(位于衙边涌箱涵200的下方)包括：紧邻排布的第一条顶管10和第二条顶管20，钢筋混凝土缺口顶梁30，钢筋混凝土缺口底梁40，中柱50以及中板60。每条顶管10、20呈C形，两条顶管10、20水平紧邻排布、开口相对，每条顶管10、20由若干顶管环101、102纵向连接而成。

在本实施例中，该若干顶管环101、102中的奇数环101结构是一致的、偶数环102结构是一致的，相邻的奇数环101与偶数环102相配合。每个顶管环101、102进一步包括：预制管片顶板1，预制管片底板2，预制管片外侧墙 3，以及托梁4、5。

该奇数环101的预制管片外侧墙3与预制管片底板2形成第一接缝1011、与预制管片顶板1形成第二接缝1012。该偶数环102的预制管片外侧墙3与预制管片底板2形成第三接缝1021、与预制管片顶板1形成第四接缝1022。

其中，该第一接缝1011与该第三接缝1021不在一条直线上，该第二接缝 1012与该第四接缝1022不在一条直线上。这种配合结构，能够达成错缝拼装，提高防水效果。

在本实施例中，水平旋喷桩70优选MJS工艺(Metro Jet System，全方位高压喷射注浆工法)，利用定向钻进行水平钻孔，PVC套管跟进，最后采取后退式注浆旋喷工艺，浆液固结范围保证大于1.5米直径，解决外部涌水涌土问题。

另外，当钢筋混凝土缺口底梁40、中柱30外侧混凝土以及钢筋混凝土缺口顶梁50达到设计强度后，对第一条顶管10和第二条顶管20的接缝进行一定的压力注浆。注浆材料凝固后，成型接缝处注浆，其刚度应略微弱于混凝土管片材料，优选环氧树脂、树脂砂浆等柔性材料，在保证防水的前提下，具有一定抗变形能力。

参见图3和图4，图3示意出第一条顶管的剖面结构。图4示意出第一条顶管与第二条顶管配合的剖面结构。第一条顶管10还包括竖向支撑件6和横向支撑件7。第二条顶管20的结构与第一条顶管10的结构类似，在此不再赘述。值得一提到的是，竖向支撑件6和横向支撑件7主要起到临时的支撑作用，取决于实际应用的需要，在后续可能保留，也可能去除。第一条顶管10和第二条顶管20的接缝80的宽度(也即两条顶管之间的净距)控制在100毫米以内。

在第一条顶管10和第二条顶管20的顶部靠近接缝处的地方分别设置了托梁孔18，托梁孔18内预留抗剪栓钉19和螺栓连接孔(图未示出)。类似地，在第一条顶管10和第二条顶管20的底部靠近接缝处的地方分别设置了托梁孔 28，托梁孔28内预留抗剪栓钉29和螺栓连接孔(图未示出)。

托梁孔18的尺寸根据结构梁受力确定，需满足抗弯、抗压及抗压承载力要求。一般地有：托梁孔宽度＝永久结构梁宽度-300毫米，孔边缘距离永久结构梁外边缘不小于150毫米；托梁孔高度＝永久结构梁高度-300毫米，孔边距离永久结构梁的梁顶和梁底外边缘均不小于150毫米。托梁孔28与托梁孔18 类似，在此不再赘述。

参见图5和图6，图5示意出结构体系中设有中柱的顶管环的剖面结构。图6示意出结构体系中不设有中柱的顶管环的剖面结构。在托梁孔18内安装后插型钢41，并向托梁孔18内灌注混凝土，形成第一条托梁4。类似地，在托梁孔28中形成第二托梁5。

具体地，在顶管始发井内搭设操作架，用于焊接后插型钢和孔内混凝土灌注。在底部后插型钢底部安装导向轮，前拉后顶。后插型钢可选工字钢、H型钢等。

孔内混凝土灌注优选连续压注式施工工艺，从顶管两端工作井对称地向孔内压注泵送混凝土，单孔一次压注完成。混凝土采用自密实混凝土或微膨胀混凝土。特别地，在托梁孔18、28的两端设置了钢板封堵，预留高压泵管接入口，封口顶部设置排气孔。

钢筋混凝土缺口顶梁50和钢筋混凝土缺口底梁40均为U型缺口梁。U型缺口梁包括设置在两个托梁4、5里侧的模板401、501和填充于模板401、501 的灌注空间中的混泥土。模板401、501包括U形的主体和由该主体的两端向外水平弯折延伸出的翼板，该主体的内侧向内突伸地延伸出若干抗剪栓钉。

在施作U型缺口梁(以钢筋混凝土缺口顶梁50为例)时，先采用螺栓将模板501与第一条顶管10及第二条顶管20连接安装，再通过压注工艺，灌注自密实混凝土或微膨胀混凝土到灌注空间。其中，第一条顶管10及第二条顶管20向灌注空间突伸地设置有抗剪栓钉。优选地，螺栓为高强螺栓；缺口梁厚度≥200毫米。

在中柱30位置无需施作竖向支撑件6，直接做中柱。特别地，中柱30采用型钢混凝土柱，外面采用一定壁厚的型钢，型钢侧壁向内突伸地设置有抗剪栓钉，型钢侧壁预留混凝土浇筑孔，待型钢完成后浇筑内部混凝土。中柱30 的纵向间距根据跨度确定，在本实施例中，一个顶管环101、102为两米，每八米间隔(也就是四个顶管环101、102)设置一个中柱30。优选地，每隔6 米～12米预留临时管片(也即竖向支撑件6)兼做永久结构立柱。优选地，在型钢混凝土柱长边方向加肋，减少长边方向的有效宽度，进而减小型钢的壁厚。

竖向支撑件6、横向支撑件7以及斜向支撑件(图未示出)构成临时支撑体系。具体地，竖向支撑件6采用格栅式钢结构。竖向支撑件6竖向分为上中下三个管节，管节与管节之间采用螺栓连接。其中，竖向支撑件6的上管节的顶板和下管节的底板预留螺栓孔，待预拼装完成后用高强螺栓与预制管片顶板 1和预制管片底板2结构连接。

在上管节的顶面和下管管节的底面设置了一道不连续的单榫槽接头和两道防水密封垫进行防水。在下管节的底部内侧面设置抗剪牛腿。在上管节的顶面和下管节的底面设置了两道密封条进行防水。

中管节内置有千斤顶，中管节位于千斤顶顶部和底部的支撑点位置预留孔洞，直接将千斤顶作用于上管节底部。千斤顶主要用于竖向支撑件6的拆除。首先，通过对千斤顶进行顶升一定压力，使千斤顶承担上管节与下管节的压力，上管节与下管节接缝处压力逐渐消减，然后拆除中管节的其他结构(保留千斤顶)。待中管节的其他结构(保留千斤顶)拆除后，使千斤顶逐渐泄压松弛，拆除上管节、下管节与预制管片顶板1和预制管片底板2的连接螺栓，拆除上管节和下管节。

斜向支撑件采用自动补偿式钢支撑。在预制管片顶板1、预制管片底板2 和预制管片外侧墙3上预留连接钢板。待管片在始发井内拼装完成后，架设斜向支撑件。

参见图7和图8，图7和图8示意出预制管片顶板的两个视角的立体结构。预制管片顶板1包括一字形的主体11和由该主体11的两端朝同一方向竖直弯折延伸出的内墩12和外墩13。主体11的纵向相对两侧分别设有不连续的若干凹槽111和若干凸起112。内墩12上设有贯通纵向相对两侧的托梁孔18。内墩12上设置有向内突伸入托梁孔18的若干抗剪栓钉19。外墩13的纵向相对两侧分别设有凹槽131和凸起132。外墩13上设有与预制管片外侧墙3配接的凸榫133。

参见图9和图10，图9和图10示意出预制管片底板的两个视角的立体结构。预制管片底板2包括一字形的主体21和由该主体21的两端朝同一方向竖直弯折延伸出的内墩22和外墩23。预制管片底板2与前述的预制管片顶板1 类似，除了外墩23与外墩13的高度尺寸有所不同，在此不再赘述。

参见图11和图12，图11和图12示意出预制管片外侧墙的两个视角的立体结构。预制管片外侧墙3在一端设有对接板31、对接凹槽33，在纵向一侧面设有凹槽35。预制管片外侧墙3在另一端设有对接板32、对接凹槽34，在纵向另一侧面设有凸起36。其中，对接凹槽33与预制管片顶板1上的凸榫133 对应配合；对接凹槽34与预制管片底板2上的凸榫对应配合。

可以理解的是，偶数环102的预制管片顶板1的结构与奇数环101的预制管片顶板1的结构类似，除了二者的外墩13的高度尺寸有所不同。偶数环102 的预制管片底板2的结构与奇数环101的预制管片底板2的结构类似，除了二者的外墩23的高度尺寸有所不同。偶数环102的预制管片外侧墙3的结构与奇数环101的预制管片外侧墙3的结构类似，除了二者的高度尺寸有所不同。

可以理解的是，由于采用模块化结构，第一条顶管10的顶部采用预制管片顶板1，底部采用预制管片顶板2。第二顶管20的顶部采用预制管片底板2，底部采用预制管片顶板1。

参见图1和图2，中柱30由位于中间的竖向支撑件6(兼做永久立柱)以及位于该竖向支撑件6两侧的临时混泥土管片构成。举例而言，竖向支撑件6 的宽度尺寸为900毫米，厚度尺寸为450毫米；临时混泥土管片的宽度尺寸 550毫米，厚度尺寸为450毫米。

中柱30的纵向间距根据跨度确定，优选每隔6米～12米预留竖向支撑件6 兼做永久结构立柱。

本发明采用两台顶管机上下叠合，拼装组合为一个顶管机。在组合顶管机掘进过程中，可采用分台阶开挖和同平面开挖(不分台阶)方案。分台阶施工方案是：台阶长度控制在1～2米；优选上部超前下部开挖1.5米。也可根据具体工程所处地层和实际结构高度，采用下部超前上部开挖方案或者部分台阶方案。

采用上下顶管机叠合和上下台阶开挖，能有效分仓应控制掘进压力，降低掘进过程对地层的扰动。

待托梁4、5施工后，拆除0.55米宽临时混凝土管节，施工横向型钢组合结构板撑。特别地，拆除临时中隔墙管片时，先拆除两侧的0.55米宽钢筋混凝土管节，然后每隔三环竖向支撑件6安装一环钢砼组合管片。具体地：(1) 采用绳埋钢板，后期焊接吊环，安装倒链拆除砼管片；(2)利用出渣车据分层 (2米一层，单块重1.2吨)切割，分5层拆除；(3)顶板管片左右线预运输到工作井。

利用下部横撑(即横向支撑件7)兼做支架，铺设模板施工中板横梁、中板环梁及外侧中板。具体地：(1)在横向支撑上纵向铺设三道工字钢，横向铺设方木、底模板；(2)绑扎板筋及环梁钢筋(钢筋与永久管片焊接、上下层钢筋包裹横向板撑)；(3)混凝土浇筑、等强，解决顶管管片横向受力问题。

待托梁与横撑达到设计强度后，拆除临时管片，施工车站内部结构与纵梁结构并进行结构注浆。拆除临时横撑及临时竖向管片。具体地：(1)拆除临时水平横撑；(2)搭设临时管片拆除操作平台；(3)拆除竖向临时管片；(中间向两侧方向拆除)。

施作底板纵梁结构，具体地：(1)底部管节左右线之间接缝采取措施进行防水处理；(2)底纵梁与管节、立柱等结构施工缝面处理；(3)底纵梁钢筋与管节、永久钢砼组合立柱等部位钢筋安装连接措施处理，安装纵横向钢筋；(4) 底纵梁侧模安装、浇筑砼；安装永久立柱部位预埋插筋。

搭设满堂支架施工电扶梯圈梁、中板及中纵梁、外包负二层立柱砼、轨顶风道施工。

预制管片顶板1和预制管片底板2与预制管片外侧墙3的接缝1011、1012、 1021、1022设置在预制管片外侧墙3弯矩最小处，一般接缝1011、1012、1021、 1022距离预制管片顶板1或预制管片底板2大致2～3米。顶管环101、102纵向宽度根据吊装和运输能力划分，一般为1～3米。优先选用顶管环101、102 的宽度为2米。顶管管片中连接接头需满足防水、受力、抗震要求。

预制管片外侧墙3与预制管片顶板1、预制管片底板2的环向接头可采用榫槽+3C螺栓接头形式，也即在预制管片顶板1与预制管片外侧墙3的连接处设有3C螺栓接头以及密封件。备选地，采用榫槽+拼接板螺栓接头，也即在预制管片顶板1与预制管片外侧墙3的连接处设有螺栓接头以及密封件。

顶管环101与顶管环102之间的纵向接头采用预应力钢索+凹凸榫接头的结构形式。在顶管环101、102之间的端面设置防水密封垫。通过组合顶管机的顶推力使顶管环101、102凹凸榫接头连接并对防水密封垫进行压紧。

待到组合顶管机洞通后，采用预应力钢索进行分段张拉(施工阶段张拉一部分、使用阶段张拉完成)。优选地，每两顶管环101、102进行分段张拉(施工阶段张拉30％、使用阶段张拉100％)。预应力钢索和分次张拉的作用是可以有效对付防水密封垫的回弹效应。

本发明的有益效果包括：

1、采用现浇钢筋混凝土型钢缺口梁40、50+接缝处注浆等措施能解决接缝处防水问题。

2、通过在接缝处设置型钢管梁柱体系(中柱30，竖向支撑件6)能减小结构跨度，完成临时结构和永久结构受力体系转换，保证结构安全。

3、在缺口梁40、50与中柱30的连接处设置高强螺栓连接孔，保证缺口梁40、50与中柱30可靠连接。

4、通过预留型钢托梁孔18、28+型钢41后插入，再灌注混凝土施工工艺，能在施工阶段减小预制管片顶板1和预制管片底板2的自重，便于预制管片顶板1和预制管片底板2的吊运安装。通过预制管片顶板1、预制管片底板2和预制管片外侧墙3安装后，在托梁孔18、28插入纵梁型并浇筑混凝土成型托梁4、5，保证永久阶段安全，施工便捷。

5、采用U型钢作为缺口梁40、50的模板401、501，解决了洞内结构梁施工时模板的安装拆卸、钢筋绑扎等施工复杂等问题，提高了施工效率。

6、设置U型缺口梁40、50可以大幅度降低预制管片顶板1、预制管片底板2和预制管片外侧墙3的应力和变形，保证结构安全。

7、在型钢托梁孔18、28内预埋抗剪栓钉19、29，能增强后浇柱混凝土与预制管片结构连接强度。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种双洞组合顶管暗挖车站的结构体系，其特征在于，包括：两条顶管，每条该顶管呈C形，该两条顶管水平紧邻排布、开口相对，每条顶管由若干顶管环纵向连接而成，每个顶管环由呈L形的预制管片顶板、呈L形的预制管片底板以及呈一字形的预制管片外侧墙构成；若干中柱，用于将该两条顶管的开口的顶底两端连接到一起；钢筋混凝土缺口顶梁，用于将该两条顶管的顶部接缝处连接到一起；以及钢筋混凝土缺口底梁，用于将该两条顶管的底部接缝处连接到一起；其中，该两条顶管之间的净距控制在100毫米以内。

2.根据权利要求1所述的双洞组合顶管暗挖车站的结构体系，其特征在于：该若干顶管环中的奇数环结构是一致的、偶数环结构是一致的，相邻的奇数环与偶数环相配合。

3.根据权利要求2所述的双洞组合顶管暗挖车站的结构体系，其特征在于：该奇数环的预制管片外侧墙与预制管片底板形成第一接缝、与预制管片顶板形成第二接缝；该偶数环的预制管片外侧墙与预制管片底板形成第三接缝、与预制管片顶板形成第四接缝；其中，该第一接缝与该第三接缝不在一条直线上，该第二接缝与该第四接缝不在一条直线上。

4.根据权利要求1所述的双洞组合顶管暗挖车站的结构体系，其特征在于：还包括：设置在该两条顶管的接缝位置的水平旋喷桩。

5.根据权利要求1所述的双洞组合顶管暗挖车站的结构体系，其特征在于：该钢筋混凝土缺口顶梁和该钢筋混凝土缺口底梁均为U型缺口梁。

6.一种如权利要求1至5任一项所述的双洞组合顶管暗挖车站的结构体系的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：构建第一条顶管；构建与该第一条顶管水平紧邻排布的第二条顶管；构建托梁和中柱；以及构建钢筋混凝土缺口底梁和钢筋混凝土缺口顶梁。

7.依据权利要求6所述的双洞组合顶管暗挖车站的结构体系的施工方法，其特征在于，采用上下顶管机叠合开挖。

8.依据权利要求7所述的双洞组合顶管暗挖车站的结构体系的施工方法，其特征在于，采用上下台阶开挖。

9.依据权利要求8所述的双洞组合顶管暗挖车站的结构体系的施工方法，其特征在于，台阶长度控制在1～2米；上部超前下部开挖。

10.依据权利要求6所述的双洞组合顶管暗挖车站的结构体系的施工方法，其特征在于，采用矩形型钢砼组合管片和临时格栅钢板管片组成临时中隔墙。

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