CN116770887A - 一种新旧地铁车站结构连接节点及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新旧地铁车站结构连接节点及其施工方法，其连接节点包括既有车站，既有车站一侧设置有新建车站，新建车站的连接处设置有承托结构，承托结构对既有车站的破除位置进行竖向上的承托，承托结构、既有车站之间设置有多级的横向连接结构；其施工方法，包括以下步骤：对既有车站的外侧壁进行表面处理，在该外侧壁布设植入钢筋；施作新建车站及承托结构竖向梁；破除既有车站、新建车站顶部连接位置的混凝土；将板式连接件安装在既有钢筋网、新建钢筋网中；浇筑超高性能混凝土；破除既有车站侧墙，施作承托结构横向梁。本发明改善了现有技术对既有车站结构影响大、承载能力不足、抗扭刚度过低、腐蚀风险大、施工工序繁琐等问题。

Description

一种新旧地铁车站结构连接节点及其施工方法

技术领域

本发明属于地下车站工程技术领域，具体涉及一种新旧地铁车站结构连接节点及其施工方法。

背景技术

城镇化的快速推进和城市人口的迅速增加，在激发经济活力的同时也给城市带来了巨大交通压力。随着地面交通能力趋于饱和，大力发展地下轨道交通已成为缓解城市交通拥挤、提升城市运行效率的有力手段。为进一步提升城市品质、满足人民日益增长的美好生活需要，要继续推进城市轨道交通建设，加快构建一体化城市交通网络。

早期地铁车站受项目成本和发展思路限制多建设为单线站点，且基本未预留与新建地铁线网接驳的条件，这给推进地铁线网的互联互通带来了诸多工程难题。其中，如何满足新建地铁车站和既有地铁车站间的换乘需求，实现新旧地铁车站结构的可靠接驳贯通，更是亟待解决的关键技术难题。

既有地铁车站结构多为单柱双跨或双柱三跨箱型钢筋混凝土框架结构，要实现与新建车站结构接驳需破除既有车站结构侧墙，并将既有车站和新建车站结构的顶板和楼层板对应连接，过程中涉及既有车站结构复杂的荷载托承转换、边界条件变化和内力二次分布。因此，在新旧地铁车站贯通改造过程中选择设计合理、安全可靠和抗渗耐久的新旧车站结构连接节点尤为重要。

然而，由于既有新旧地铁车站结构的贯通改造是地下工程技术领域近年来涌现的新兴建设需求，多项关键技术方案仍处于探索阶段。现阶段，贯通改造工程中的新旧地铁车站结构连接多直接借鉴了地上新旧结构连接所采用的植筋方案，但地上建筑与地铁车站在结构形式、受载工况和服役环境等方面差异显著，实际应用过程中面临诸如对既有车站结构影响大、承载能力不足、抗扭刚度过低、腐蚀风险大和施工工序繁琐等问题，适用场景有限。

中国专利CN113653359A公开了一种新增梁与既有柱节点环状钢板箍转换连接结构，包括既有柱，既有柱四周均设置有竖向钢板，竖向钢板通过机械锚栓与既有柱之间固定连接，相邻竖向钢板之间采用单边坡口部分熔透对接焊缝连接；竖向钢板外侧设置有与其垂直的两道环状钢板箍，两道环状钢板箍分别对应新增梁上下纵向钢筋的位置，环状钢板箍与竖向钢板采用角焊缝焊接，新增梁上下纵向钢筋分别与上下环形钢板箍焊接，新增梁截面范围内的竖向钢板上焊接有若干栓钉。

该发明适用于建筑改造加固技术领域，合理的节点连接方式，有效改善梁柱节点处的传力和受力性能，明显增大节点的安全性能和抗震性能，同时做到施工简便，节约成本，解决以往常规连接做法存在的各类弊端和风险。

但是，该技术方案中用于连接新建梁受力钢筋和既有柱的环状钢板箍仅适用于截面较小的独立构件，在连续且长度极长的箱型地铁车站结构中因很难施作闭合环状钢板箍而无法适用；同时，该技术方案没有进行专门的防腐设计，在具有较高腐蚀风险的地下环境中难以满足耐久性要求。

中国专利CN216690476 U公开了一种新旧混凝土连接结构，包括原有混凝土结构、新混凝土结构、密封层、混凝土结构面层以及连接钢丝网，原有混凝土结构与新混凝土结构相接触的界面从上至下间隔设置多个楔形槽，楔形槽平行于原有混凝土结构顶表面设置，楔形槽内开设有放置连接钢丝网的连接缝，连接钢丝网一端插入连接缝，另一端被浇筑固在新混凝土结构中，密封层覆盖在原有混凝土结构和新混凝土结构交界处的混凝土结构表面，混凝土结构面层覆盖在原有混凝土结构和新混凝土结构上并包裹密封层。

该发明通过设置钢丝网和楔形槽增强新旧混凝土粘结界面的接触面积及连接强度，并通过设置密封层避免水分通过裂缝渗入导致钢筋锈蚀，延长了新旧混凝土连接结构的寿命。但是，该技术方案中新旧混凝土结构仅通过植入的钢筋传递荷载，且为满足规范要求，植筋位置往往偏离结构顶面的受力钢筋，这降低了植筋方案的承载效率；此外，由于地铁车站结构侧墙承担的荷载巨大且复杂，要实现植筋与既有结构配筋的等代，植入的钢筋数量往往远多于既有结构钢筋，这大幅增加了工程建设周期和成本；更为重要的是，该技术方案无法为侧墙破除后的既有结构顶板或楼承板边界提供足够的竖向刚度和抗扭刚度，这会进一步加剧因改造使用导致的既有车站结构内力二次分布，不利于既有车站结构的安全运营。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种新旧地铁车站结构连接节点及其施工方法。

本发明的技术方案是：一种新旧地铁车站结构连接节点，包括既有车站，所述既有车站一侧设置有新建车站，所述新建车站的连接处设置有承托结构，所述承托结构对既有车站的破除位置进行竖向上的承托，所述承托结构、既有车站之间设置有多级的横向连接结构。

更进一步的，所述承托结构为竖向的L型结构，所述承托结构包括竖向的承托结构竖向梁和横向的承托结构横向梁，所述承托结构横向梁插入到既有车站中进行承托。

更进一步的，所述横向连接结构包括端部横向连接结构和中部横向连接结构，所述端部横向连接结构连接既有车站、新建车站的端部，所述中部横向连接结构连接既有车站、新建车站的侧壁。

更进一步的，所述端部横向连接结构包括板式连接件，所述板式连接件与既有车站中的既有钢筋网、新建车站中的新建钢筋网相连。

更进一步的，所述板式连接件处浇筑有超高性能混凝土形成混凝土保护层。

更进一步的，所述中部横向连接结构包括设置在既有车站侧壁处的植入钢筋，所述植入钢筋的探出段锚入承托结构竖向梁中，实现既有车站、新建车站的中部相连。

更进一步的，所述承托结构横向梁与承托结构竖向梁之间设置有连接钢筋。

一种新旧地铁车站结构连接节点及其施工方法，包括以下步骤：

A.对既有车站的外侧壁进行表面处理，在该外壁布设植入钢筋；

B.破除既有车站、新建车站顶部连接位置的混凝土；

C.将板式连接件安装在既有钢筋网、新建钢筋网中；

D.施作新建车站及承托结构竖向梁；

E.在板式连接件处浇筑超高性能混凝土，形成混凝土保护层；

F.破除既有车站的结构侧墙，施作承托结构横向梁。

更进一步的，步骤B破除既有车站、新建车站顶部连接位置的混凝土中，在破除混凝土的过程中要将既有车站中的既有钢筋网、新建车站中的新建钢筋网部分外露。

更进一步的，步骤F破除既有车站的结构侧墙，施作承托结构横向梁中，承托结构横向梁预留承托结构竖向梁箍筋接驳条件，形成水平向封闭箍。

本发明的有益效果如下：

本发明采用在既有车站和新建车站顶部设置与二者钢筋网片相连的板式连接件的方案，实现了新旧混凝土结构间拉力/弯矩的可靠传递。相较于传统植筋方案，本发明提出的板式连接件的设置位置更接近原有结构钢筋，传力效果更为高效；传统植筋方案中通过有机植筋胶传递轴向拉力，具有一定的长期性能劣化风险。本发明提出的技术方案通过板式连接件中的抗剪连接件与混凝土和钢筋网间的剪切相互作用传递新旧混凝土结构间的轴向拉力/负弯矩，可部分或完全替代植入钢筋所提供的抗拉功能，避免了因有机材料的使用和可能由此导致的长期性能劣化问题。

本发明充分利用超高性能混凝土材料优异的力学和耐久性能，耦合考虑其与既有混凝土连接界面间的强粘接效果，将其作为既有车站和新建车站连接节点的保护层和加强层。超高性能混凝土保护层既保证了板式连接件的可靠传力，也避免了地下环境中的高水压、强渗流和腐蚀环境对连接节点长期服役性能的不利影响。

本发明中承托结构增大了既有车站与新建车站连接的接触面；承托结构的横向梁提供了额外的剪力传递路径，大幅提高了节点的抗剪承载力；承托结构和与剩余的既有车站侧墙形成整体，对破除原有侧墙后的既有地铁车站结构边界提供了更强的抗弯和抗扭约束边界，可有效减小既有车站因侧墙破除而发生的内力二次分布，从而弱化新旧地铁车站贯通改造对既有地铁车站结构安全的影响。

附图说明

图1 是本发明的整体结构示意图；

图2 是本发明的局部立体图；

图3 是本发明的局部装配示意图；

图4 是本发明中既有车站的局部示意图；

图5 是本发明中新建车站的局部示意图；

图6 是本发明中混凝土保护层的结构示意图；

图7 是本发明中混凝土保护层与既有车站的连接示意图；

图8 是本发明中板式连接件的一种结构示意图；

图9 是本发明中板式连接件的另一种结构示意图；

图10是本发明中施工步骤A的施工示意图；

图11是本发明中施工步骤B的施工示意图；

图12是本发明中施工步骤C、步骤D的施工示意图；

图13是本发明中施工步骤E的施工示意图；

图14是本发明中施工步骤F的施工示意图；

其中：

1 既有车站 2 新建车站

3 既有车站结构柱 4 新建车站结构柱

5 承托结构 6 承托结构柱

7 混凝土保护层 8 新建钢筋网

9 既有钢筋网 10 板式连接件

11 植入钢筋 12 贯通钢筋

13 钢筋连接预埋件 14 抗剪连接件

15 出气孔 16 既有车站侧墙

17 凿毛端

51 承托结构竖向梁 52 承托结构横向梁。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1至图14所示，一种新旧地铁车站结构连接节点，包括既有车站1，所述既有车站1一侧设置有新建车站2，所述新建车站2的连接处设置有承托结构5，所述承托结构5对既有车站1的破除位置进行竖向上的承托，所述承托结构5、既有车站1之间设置有多级的横向连接结构。

所述承托结构5为竖向的L型结构，所述承托结构5包括竖向的承托结构竖向梁51和横向的承托结构横向梁52，所述承托结构横向梁52插入到既有车站1中进行承托。

所述横向连接结构包括端部横向连接结构和中部横向连接结构，所述端部横向连接结构连接既有车站1、新建车站2的端部，所述中部横向连接结构连接既有车站1、新建车站2的侧壁。

所述端部横向连接结构包括板式连接件10，所述板式连接件10与既有车站1中的既有钢筋网9、新建车站2中的新建钢筋网8相连。

所述板式连接件10处浇筑有超高性能混凝土形成混凝土保护层7。

所述中部横向连接结构包括设置在既有车站1侧壁处的植入钢筋11，所述植入钢筋11的探出段锚入承托结构竖向梁51中，实现既有车站1、新建车站2的中部相连。

所述承托结构横向梁52与承托结构竖向梁51之间设置有连接钢筋。

具体的，所述既有车站1包括顶板、底板和中板，所述顶板、中板之间以及底板、中板之间设置有既有车站结构柱3，所述顶板、底板和中板均为连接处。

相对应的，所述新建车站2中同样设置有竖向支撑用的新建车站结构柱4。

具体的，所述承托结构5处设置有支撑用的承托结构柱6。

具体的，所述既有车站1顶部形成顶部豁口槽，既有车站1中的既有钢筋网9在顶部豁口槽的位置处外露，相对应的，所述新建车站2的顶部同样形成新建豁口槽，新建钢筋网8在新建豁口槽的位置处外露，所述顶部豁口槽、新建豁口槽对拼形成凹槽。

具体的，所述凹槽能够对板式连接件10进行容纳，所述板式连接件10连接外露的既有钢筋网9和外露的新建钢筋网8，将二者连接为一体。

具体的，板式连接件10连接完成后向凹槽中浇筑超高性能混凝土，从而形成混凝土保护层7。

具体的，所述承托结构竖向梁51与既有车站1的既有车站侧墙16相贴合，承托结构竖向梁51中设置有钢筋连接预埋件13，所述承托结构竖向梁51、承托结构横向梁52先后进行浇筑施工。

具体的，步骤F破除既有车站的结构侧墙，施作承托结构横向梁中，承托结构横向梁52预留承托结构竖向梁51箍筋接驳条件，形成水平向封闭箍。

具体的，所述既有车站1的破除位置处设置有贯通钢筋12，所述贯通钢筋12为竖向的，所述贯通钢筋12下端探出既有车站1并进入到承托结构横向梁52中，在施工承托结构横向梁52时进行一体浇筑。

具体的，所述板式连接件10包括金属板，所述金属板的一侧设置有抗剪连接件14，所述抗剪连接件14在金属板上按需布设，部分抗剪连接件14插入到新建钢筋网8中，部分抗剪连接件14插入到既有钢筋网9中，从而形成固定。

作为一种结构形式，所述金属板为条状，金属板一侧设置有单排的抗剪连接件14，新建钢筋网8、既有钢筋网9之间设置有多个板式连接件10。

作为另一种结构形式，所述金属板为矩形状，金属板一侧设置有多排的抗剪连接件14，所述金属板中还设置有出气孔15。

具体的，混凝土保护层7中的超高性能混凝土完全裹覆新建车站2与既有车站1的连接区域。

具体的，所述承托结构横向梁52与既有车站1的底贴合面设有贯通钢筋12。

具体的，所述承托结构5与既有车站1的既有车站侧墙16贴合面为经凿毛的凿毛端17。

具体的，所述板式连接件10中采用的抗剪连接件14为栓钉，也可以为槽钢、钢块等能够发挥抗剪作用的金属件。

具体的，所述板式连接件10中与抗剪连接件14固接的金属板为钢板。所述板式连接件10中的抗剪连接件与金属板的固接方式为焊接。

具体的，所述板式连接件10的抗剪连接件14插入新建钢筋网8、既有钢筋网9的深度应大于钢筋网埋深，以保证钢筋网和抗剪连接件14之间的可靠传力。

具体的，所述超高性能混凝土为钢纤维增强的超高性能混凝土，钢纤维也可以用聚乙烯等有机纤维和玄武岩纤维等无机纤维代替。纤维增强的超高性能混凝土有优异的抗拉、抗裂、抗渗和耐久性能，且其与既有混凝土间的界面连接致密，可长期安全可靠的在地下环境中服役。

具体的，所述植入钢筋11选用的钢筋为带肋钢筋。

一种新旧地铁车站结构连接节点及其施工方法，包括以下步骤：

A.对既有车站的外侧壁进行表面处理，在该外壁布设植入钢筋；

B.破除既有车站、新建车站顶部连接位置的混凝土；

C.将板式连接件安装在既有钢筋网、新建钢筋网中；

D.施作新建车站及承托结构竖向梁；

E.在板式连接件处浇筑超高性能混凝土，形成混凝土保护层；

F.破除既有车站的结构侧墙，施作承托结构横向梁。

步骤B破除既有车站、新建车站顶部连接位置的混凝土中，在破除混凝土的过程中要将既有车站1中的既有钢筋网9、新建车站2中的新建钢筋网8部分外露。

步骤F破除既有车站的结构侧墙，施作承托结构横向梁中，承托结构横向梁52中的钢筋网片与承托结构竖向梁51中的钢筋网片相连。

具体的，步骤A对既有车站的外侧壁进行表面处理，在该外壁布设植入钢筋，具体过程如下：

首先，对既有车站1与新建车站2的连接界面进行凿毛，形成凿毛端17。

然后，在凿毛后的既有车站1与新建车站2连接面植入设计所需的植入钢筋11。

具体的，步骤D施作新建车站及承托结构竖向梁，具体过程如下：

首先，制作并安装新建车站2的钢筋笼和承托结构5中承托结构竖向梁51的竖向梁钢筋笼。

然后，在竖向梁钢筋笼上安装用于和承托结构横向梁52中水平向钢筋笼连接的钢筋连接预埋件13。

最后，浇筑新建车站2和承托结构竖向梁51。

具体的，步骤B破除既有车站、新建车站顶部连接位置的混凝土，具体过程如下：

破除新建车站2和既有车站1顶部需要安装板式连接件10位置处的混凝土，破除深度应大于新建钢筋网8、既有钢筋网9的埋置深度。

作为一种变形，对于新建车站2，浇筑时也可采取措施直接预留安装板式连接件10的位置，避免额外的破除作业，预留深度也应大于结构钢筋网埋置深度。

在破除过程中，若既有车站1的顶部未配置沿新建车站2和既有车站1连接界面方向布置的钢筋，则在相应位置补充布置该方向钢筋以形成钢筋网，补充布置的钢筋应与既有车站1顶部破除混凝土后露出的钢筋紧密连接，以保证二者可靠传力。

具体的，步骤C将板式连接件安装在既有钢筋网、新建钢筋网中，具体过程如下：

将板式连接件10安装于裸露的新建钢筋网8、既有钢筋网9的网格内，板式连接件10轴线应垂直于新建车站2和既有车站1的连接界面，板式连接件10上抗剪连接件14的插入深度应超出钢筋网的埋置深度。

具体的，步骤E在板式连接件处浇筑超高性能混凝土，形成混凝土保护层，具体过程如下：

首先，在需要浇筑超高性能混凝土保护层的区域按需支模。

然后，浇筑超高性能混凝土保护层时，在超高性能混凝土没过板式连接件10前应缓慢浇筑，确保板式连接件下部空气被全部排出，对于开有出气孔的板式连接件，应确保出气孔内有超高性能混凝土浆体溢出。

最后，完成剩余部分的超高性能混凝土保护层浇筑。

具体的，步骤F破除既有车站的结构侧墙，施作承托结构横向梁，具体过程如下：

首先，破除既有车站1的既有车站侧墙16，破除过程中应注意保护需要插入承托结构横向梁52中的贯通钢筋12。

相对应的，既有车站侧墙16破除作业宜分段进行，并进行相关验算。

然后，制作并安装承托结构横向梁52的钢筋笼，该新作钢筋笼应通过步骤D中设置的钢筋连接预埋件13与步骤D中施作完成的承托结构竖向梁51的钢筋连接。

最后，完成承托结构横向梁52的浇筑。

本发明采用在既有车站和新建车站顶部设置与二者钢筋网片相连的板式连接件的方案，实现了新旧混凝土结构间拉力/弯矩的可靠传递。相较于传统植筋方案，本发明提出的板式连接件的设置位置更接近原有结构钢筋，传力效果更为高效；传统植筋方案中通过有机植筋胶传递轴向拉力，具有一定的长期性能劣化风险。本发明提出的技术方案通过板式连接件中的抗剪连接件与混凝土和钢筋网间的剪切相互作用传递新旧混凝土结构间的轴向拉力/负弯矩，可部分或完全替代植入钢筋所提供的抗拉功能，避免了因有机材料的使用和可能由此导致的长期性能劣化问题。

本发明充分利用超高性能混凝土材料优异的力学和耐久性能，耦合考虑其与既有混凝土连接界面间的强粘接效果，将其作为既有车站和新建车站连接节点的保护层和加强层。超高性能混凝土保护层既保证了板式连接件的可靠传力，也避免了地下环境中的高水压、强渗流和腐蚀环境对连接节点长期服役性能的不利影响。

本发明中承托结构增大了既有车站与新建车站连接的接触面；承托结构的横向梁提供了额外的剪力传递路径，大幅提高了节点的抗剪承载力；承托结构和与剩余的既有车站侧墙形成整体，对破除原有侧墙后的既有地铁车站结构边界提供了更强的抗弯和抗扭约束边界，可有效减小既有车站因侧墙破除而发生的内力二次分布，从而弱化新旧地铁车站贯通改造对既有地铁车站结构安全的影响。

Claims (7)

1.一种新旧地铁车站结构连接节点，包括既有车站（1），其特征在于：所述既有车站（1）一侧设置有新建车站（2），所述新建车站（2）的连接处设置有承托结构（5），所述承托结构（5）对既有车站（1）的破除位置进行竖向上的承托，所述承托结构（5）、既有车站（1）之间设置有多级的横向连接结构；

所述承托结构（5）为竖向的L型结构，所述承托结构（5）包括竖向的承托结构竖向梁（51）和横向的承托结构横向梁（52），所述承托结构横向梁（52）插入到既有车站（1）中进行承托；

所述横向连接结构包括端部横向连接结构和中部横向连接结构，所述端部横向连接结构连接既有车站（1）、新建车站（2）的端部，所述中部横向连接结构连接既有车站（1）、新建车站（2）的侧壁；

所述端部横向连接结构包括板式连接件（10），所述板式连接件（10）与既有车站（1）中的既有钢筋网（9）、新建车站（2）中的新建钢筋网（8）相连。

2.根据权利要求1所述的一种新旧地铁车站结构连接节点，其特征在于：所述板式连接件（10）处浇筑有超高性能混凝土形成混凝土保护层（7）。

3.根据权利要求1所述的一种新旧地铁车站结构连接节点，其特征在于：所述中部横向连接结构包括设置在既有车站（1）侧壁处的植入钢筋（11），所述植入钢筋（11）的探出段锚入承托结构竖向梁（51）中，实现既有车站（1）、新建车站（2）的中部相连。

4.根据权利要求1所述的一种新旧地铁车站结构连接节点，其特征在于：所述承托结构横向梁（52）与承托结构竖向梁（51）之间设置有连接钢筋。

5.一种新旧地铁车站结构连接节点的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

A.对既有车站的外侧壁进行表面处理，在该外侧壁布设植入钢筋；

B.破除既有车站、新建车站顶部连接位置的混凝土；

C.将板式连接件安装在既有钢筋网、新建钢筋网中；

D.施作新建车站及承托结构竖向梁；

E.在板式连接件处浇筑超高性能混凝土，形成混凝土保护层；

F.破除既有车站的结构侧墙，施作承托结构横向梁。

6.根据权利要求5所述的一种新旧地铁车站结构连接节点的施工方法，其特征在于：步骤B破除既有车站、新建车站顶部连接位置的混凝土中，在破除混凝土的过程中要将既有车站（1）中的既有钢筋网（9）、新建车站（2）中的新建钢筋网（8）部分外露。

7.根据权利要求5所述的一种新旧地铁车站结构连接节点的施工方法，其特征在于：步骤F破除既有车站的结构侧墙，施作承托结构横向梁中，承托结构横向梁（52）预留承托结构竖向梁（51）箍筋接驳条件，形成水平向封闭箍。