CN209324377U - 拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，包括布设于地铁车站拱盖主体左右两侧拱脚处的拱脚桩及与拱脚桩连为一体的拱脚纵向梁。拱脚桩桩身沿拱脚切线布置；拱脚桩由型钢骨架及浇筑于型钢骨架和桩孔内的细石混凝土构成；拱脚纵向梁沿地铁车站纵向布，并通过纵向梁在加固范围内将各拱脚桩连成整体。本实用新型为拱脚桩与纵向梁相结合的加固体系，通过纵向梁连接拱脚桩和第一、二层拱盖支护，结构整体性好，抵抗局部受力及变形能力强，能够对拱脚处深厚破碎围岩进行有效加固防护，增强了对拱脚变形能力的控制，从而使整个拱盖主体结构能充分发挥其承载能力。

Description

拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构

技术领域

本实用新型属于轨道交通施工技术领域，涉及地铁车站拱脚加固结构，尤其涉及一种拱盖法暗挖地铁车站施工中位于破碎围岩位置附近的拱脚加固结构。

背景技术

鉴于我国幅员辽阔，不同地区土层岩层差别明显，因此随着我国地铁工程的广泛发展，暗挖法在不同地层状况有不同的实现方式，包括“中洞法”、“侧洞法”、“PBA洞桩法”和“拱盖法”等。

拱盖法是适用于围岩“上软下硬”条件的一种暗挖施工方法，具有工序少、支护结构简单，拱盖成型后作业面积大、功效高、工期短等优点，目前拱盖法的应用范围主要为围岩等级在I～IV级、地质条件理想、特别是拱脚基岩稳定的地层。青岛、重庆、大连等地区的地层上部被第四系覆盖，下伏中生代基岩，具有典型的二元地层结构特点，故拱盖法的应用相当广泛。

然而地铁车站一般长200m以上，受局部断裂和次生地质构造的影响，不可避免的将面对局部软弱围岩和拱脚岩体破碎等不利情况。如若在总体围岩情况较好、局部拱脚破碎的地层放弃拱盖法施工，则在工期、造价等方面均不适宜。目前针对拱盖法暗挖地铁车站拱脚位于破碎围岩位置的情况，处理方式主要以拱脚处设置锚杆和局部注浆为主。但这种方式不可避免存在结构刚度小、效果不可控及加固范围难以有效覆盖深厚破碎层等缺点。

因此，设计一种更合理的拱脚加固结构，对拱盖法拱脚破碎围岩进行有效的加固，将对控制拱盖支护体系变形、使整个结构体系充分发挥承载能力起到极为重要的作用，同时对于拱盖法技术优势的充分发挥及推广应用，也都具有重大的现实意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，是一种适用于拱盖法暗挖地铁车站拱脚处破碎围岩的有效加固结构。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，包括依次布设在地铁车站二次衬砌上方的第一层拱盖支护和第二层拱盖支护，该拱脚加固结构还包括布设于第二层拱盖支护左右两侧拱脚处的拱脚桩及与拱脚桩连为一体的拱脚纵向梁；所述拱脚桩桩身沿拱脚切线布置；所述拱脚桩由型钢骨架及浇筑于型钢骨架钢壁内和桩孔内的细石混凝土构成；所述拱脚纵向梁沿地铁车站纵向布设于第二层拱盖支护左右两侧。

上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，为了提高对拱脚深厚破碎岩层的加固效果，所述拱脚桩穿过拱脚破碎岩层，改善了加固效果可靠性，增强了控制拱脚变形能力。在优选的实施方式中，所述拱脚桩桩身长度不小于5m，所述拱脚桩桩成孔直径一般为180～250mm。

上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，当布设于同一位置的拱脚桩数量为两根以上时，相邻两根拱脚桩桩身轴线成10°～20°固定夹角，可更好地抵抗拱脚破碎岩层处的局部受力。

上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，所述拱脚桩型钢骨架顶延伸入拱脚并浇筑于纵向梁中，通过纵向梁在地铁车站加固范围内将各拱脚桩连成整体，提高了加固体系自身的刚度。

上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，为了提供纵向梁自身刚度，所述纵向梁主要由沿地铁车站纵向布设的若干纵向梁钢筋以及将纵向梁钢筋浇筑于一体的混凝土构成。

上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，所述纵向梁位于地铁车站第一层拱盖支护拱脚内侧，且所述纵向梁内预留第二层拱盖格栅钢架接头，以用于连接纵向梁和第二层拱盖支护。

本实用新型提供的拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，采用布设在地铁车站第二层拱盖支护的拱脚桩对拱脚处破碎岩层进行支撑和加固，布设的若干拱脚桩通过纵向梁连接为一整体，形成一个桩梁结合的加固体系。与现有技术相比，本实用新型提供的拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构具有以下有益效果：

1、本实用新型通过拱脚桩与纵向梁相结合的加固体系，能够改善加固体系自身的刚度，提高对拱脚处破碎围岩的加固能力，并增强对拱脚变形能力的控制。

2、本实用新型拱脚桩由型钢骨架和混凝土构成，能有效穿透深厚破碎围岩，进一步提高了对拱脚处破碎围岩的加固效果及可靠性。

3、本实用新型构成拱脚桩的型钢骨架插入纵向梁混凝土中，增强拱脚桩和纵向梁的结合能力，确保两者构成的加固体系自身具有较大的刚度。

4、本实用新型纵向梁连接拱脚桩和第一层拱盖支护及第二层拱盖支护，整体性好，抵抗局部受力及变形能力强，覆盖范围广，能够对拱脚破碎围岩进行有效防护，且可控制拱盖支护体系整体变形，从而使整个拱盖主体结构充分发挥承载能力，将更有助于拱盖法技术在地铁工程中的优势发挥及推广应用。

附图说明

图1为本实用新型拱盖法暗挖地铁车站主体结构示意图。

图2为本实用新型拱盖法暗挖地铁车站主体结构的施工步序图；其中，a为开挖左侧导洞上台阶，施作左侧第一层拱盖支护及临时竖撑；b为开挖左侧导洞下台阶，接长左侧第一层拱盖支护及临时竖撑；c为依次开挖右侧上、下台阶导洞，施作右侧第一层拱盖支护及临时竖撑；d为依次开挖中间导洞上下台阶，顺接左侧第一层拱盖支护和右侧第一层拱盖支护；e为施作拱脚桩、纵向梁和第二层拱盖支护；f为在拱盖和拱脚加固结构保护下，开挖车站下部。

图3为本实用新型拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构中拱脚桩和纵向梁施工现场示意图。

图4为本实用新型拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构中拱脚桩结构示意图。

图5为本实用新型拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构中拱脚桩、纵向梁和第二层拱盖格栅接头的连接图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-纵向梁，2-拱脚桩，3-第一层拱盖支护，4-第二层拱盖支护，5-车站二次衬砌，6-小型隧道钻机，7-临时竖撑，8-型钢骨架，9-细石混凝土，10-第二层拱盖格栅钢架接头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明：

实施例

本实施例提供的拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，结构如图1所示，其包括依次布设在地铁车站二次衬砌正上方的第一层拱盖支护3、第二层拱盖支护4，及布设于第二层拱盖支护左右两侧拱脚处的拱脚桩2及与拱脚桩连为一体的拱脚纵向梁1。

如图1至图5所示，拱脚桩穿过拱脚破碎岩层，拱脚桩桩身长度不小于5m，拱脚桩桩成孔(简称桩孔)直径一般为180～250mm。由于布设于同一位置的拱脚桩数量为两根，因此本实施例在设计时相邻两根拱脚桩桩身轴线大致都沿脚切线布置，且两根拱脚桩桩身轴线之间成15°夹角。如图4所示，拱脚桩由型钢骨架8及浇筑于型钢骨架钢壁内和桩孔内的细石混凝土9构成的桩孔直径在180～250mm的小直径型钢混凝土桩。

如图1所示，拱脚纵向梁沿地铁车站纵向布设于地铁车站拱盖支护左右两侧。纵向梁1位于地铁车站第一层拱盖支护3拱脚内侧。纵向梁1主要由沿地铁车站纵向布设的若干纵向梁钢筋以及将纵向梁钢筋浇筑于一体的混凝土构成。

如图3及图5所示，拱脚桩型钢骨架8顶延伸入拱脚并浇筑于纵向梁1混凝土中。纵向梁内预留第二层拱盖格栅钢架接头10。

本实施例提供的拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的现场施工方法，如图2至图5所示，包括以下步骤：

(1)确定拱脚桩施工所需的导洞空间尺寸。

根据工程地质水文情况、拱盖支护结构受力和施工机具的空间要求，确定地铁车站上断面开挖导洞的空间尺寸及临时竖撑7的位置。导洞的空间尺寸一般净宽不小于5m，净高不小于7m，均可满足机械施工展开。临时竖撑7的位置应满足第二层拱盖支护施作前的结构受力，并注意防止临时竖撑下方核心土对机械施工空间的侵占。

(2)开挖地铁车站上部，并施作第一层拱盖支护。

根据导洞空间尺寸，开挖车站上部断面。如图2(a)-(d)所示，首先开挖左侧导洞上台阶，同时架设左侧第一层拱盖支护的格栅钢架以及作为临时竖撑的型钢，然后在第一层拱盖支护格栅钢架上绑扎钢筋网、喷射混凝土，完成左侧第一层拱盖支护和临时竖撑的施作；然后开挖左侧导洞下台阶，采用同样的方式接长左侧第一层拱盖支护及临时竖撑；再依次开挖右侧导洞上、下台阶，采用同样的方式施作右侧第一层拱盖支护及临时竖撑；最后依次开挖中间导洞上下台阶，顺接左侧第一层拱盖支护和右侧第一层拱盖支护，完成第一层拱盖支护和临时竖撑的施作。

(3)根据拱脚围岩破碎情况和范围，确定加固位置。

根据导洞开挖后揭示的拱脚位置围岩破碎情况和范围，能够精确确定拱脚桩加固位置。一般拱脚下岩体完整性系数小于0.45、破碎岩层厚度大于1m时，需要采用拱脚桩和纵向梁等加固措施。

(4)根据拱盖受力确定拱脚桩参数、纵向梁尺寸及配筋。

拱脚桩参数(包括拱脚桩桩身长度、型钢骨架规格、桩成孔直径等)和纵向梁尺寸及配筋可根据拱盖内力计算确定，其中拱脚桩长度应穿过揭示的破碎岩层且一般不小于5m，拱脚桩桩成孔直径一般为180～250mm，以便能采用小型钻孔机机械施工。

本实施例中可以通过围岩-支护的有限元地层-结构模型计算得到拱脚桩和纵向梁内力(包括轴力、剪切力及弯矩)；再通过拱脚轴力及破碎岩层的基础承载力计算得到所需的单桩承载力，并进而计算拱脚桩桩长及桩直径；按照型钢筋混凝土结构计算方法，通过拱脚桩轴力、剪力和弯矩，得到型钢骨架尺寸和型钢骨架壁厚，并通过纵向梁轴力、剪力和弯矩，得到纵向梁尺寸和配筋(主筋及箍筋)。

为了更好地抵抗拱脚破碎岩层的局部受力，在拱脚桩桩身轴线大体沿拱盖拱脚切线布设的基础上，在每个加固位置设置两根拱脚桩，两根拱脚桩桩身轴线成10～20°夹角。

(5)施作拱脚桩。

拱脚桩施工时先成孔、清孔，再吊放型钢骨架8，最后在拱脚桩桩孔内及型钢骨架钢壁内灌注C30及以上细石混凝土。型钢骨架8及浇筑于型钢骨架钢壁内和桩孔内的细石混凝土9构成的桩孔直径在180～250mm的小直径型钢混凝土桩，即拱脚桩。

具体为，如图3所示，将小型隧道钻机6调整至步骤(3)确定的加固位置，沿设计的桩身轴线倾斜钻孔，得到拱脚桩桩孔。选用的钻机应适合钻孔深度及孔径要求，成孔过程平稳灵活，能在净宽5m、净高7m的空间内展开作业，其钻杆可以在360°范围内倾斜钻孔，充分利用桩身倾斜布置后的导洞空间。钻孔过程中应注意运用倾斜仪进行钻孔倾斜度测量，严格控制打设方向。

小型隧道钻机6钻进至终孔位置后，清除孔内残渣，然后将型钢骨架8吊放入拱脚桩桩孔中，在拱脚桩桩孔内及型钢骨架钢壁内灌注C30及以上的细石混凝土9，完成拱脚桩的施作。混凝土的粗骨料级配和塌落度应保证拱脚桩桩体浇筑密实连续。

(6)施作纵向梁。

绑扎拱脚纵向梁钢筋，并浇筑C30及以上混凝土，沿地铁车站纵向布设的若干纵向梁钢筋以及将纵向梁钢筋浇筑于一体的混凝土构成纵向梁。纵向梁内预留第二层拱盖格栅钢架接头10，以用于连接纵向梁和第二层拱盖支护4(如图5所示)。梁钢筋和拱脚桩桩头冲突处应适当调整钢筋位置。

拱脚桩的型钢骨架8顶伸出拱脚桩延伸至拱脚0.5m(即深入纵向梁内0.5m)，并浇筑于拱脚纵向梁中(如图4所示)，通过纵向梁在加固范围内将桩连成整体。纵向梁1位于地铁车站第一层拱盖支护3拱脚内侧。

(7)施作第二层拱盖支护。

架立第二层拱盖支护格栅、绑扎钢筋网、喷射混凝土，完成第二层拱盖支护4的施作。

待拱盖支护达到设计强度后，沿隧道纵向分5～8m一段拆除临时竖撑7。

拱脚桩、纵向梁和第二层拱盖支护施作完成后，如图2(e)所示。

(8)重复步骤(1)～(7)，直至完成车站内所有拱盖支护及在破碎围岩位置的拱脚加固。

第一层拱盖支护、拱脚桩、纵向梁和第二层拱盖支护施作完成后，如图2(f)所示，在破碎围岩中车站拱盖和拱脚加固结构体系保护下，开挖车站下部，并浇筑二次衬砌。

上述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构的施工优势在于采用小直径型钢混凝土桩与纵向梁结合的加固体系，采用小型隧道钻机施工，避免隧道内大型桩基的尺寸限制和人工成孔的工程风险，并能有效穿透深厚破碎围岩，结构体系施工便捷、加固位置灵活、实施效率高，具体如下：

(1)在上断面导洞开挖以后再精确确定加固范围、拱脚桩长度、纵向梁尺寸及配筋等结构参数，在此基础上，拱脚围岩的破碎程度和范围均能精确确定。

(2)加固范围和实施对象选取灵活，均是针对支护拱盖的拱脚岩层破碎，其施作对整个车站的施工不会产生整体性的影响，不影响拱盖法在工程造价、施工工期、实施效率、机械化作业等方面的优点。

(3)拱脚桩均采用小型隧道钻机成孔，并且钻杆可以按任意角度倾斜，能充分利用桩身倾斜布置后的导洞空间，避免隧道内大型桩基的尺寸限制和人工成孔的工程风险。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，包括依次布设在地铁车站二次衬砌上方的第一层拱盖支护(3)和第二层拱盖支护(4)，其特征在于还包括布设于第二层拱盖支护左右两侧拱脚处的拱脚桩(2)及与拱脚桩连为一体的拱脚纵向梁(1)；所述拱脚桩桩身沿拱脚切线布置；所述拱脚桩由型钢骨架及浇筑于型钢骨架钢壁内和桩孔内的细石混凝土构成；所述拱脚纵向梁沿地铁车站纵向布设于第二层拱盖支护左右两侧。

2.根据权利要求1所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，其特征在于所述拱脚桩穿过拱脚破碎岩层。

3.根据权利要求1所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，其特征在于所述拱脚桩桩身长度不小于5m。

4.根据权利要求1所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，其特征在于所述拱脚桩桩成孔直径一般为180～250mm。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，其特征在于当布设于同一位置的拱脚桩数量为两根以上时，相邻两根拱脚桩桩身轴线成10°～20°固定夹角。

6.根据权利要求5所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，其特征在于所述拱脚桩型钢骨架顶延伸入拱脚并浇筑于纵向梁中。

7.根据权利要求5所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，其特征在于所述纵向梁主要由沿地铁车站纵向布设的若干纵向梁钢筋以及将纵向梁钢筋浇筑于一体的混凝土构成。

8.根据权利要求7所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，其特征在于所述纵向梁位于地铁车站第一层拱盖支护(3)拱脚内侧。

9.根据权利要求7所述拱盖法暗挖地铁车站拱脚加固结构，其特征在于所述纵向梁内预留第二层拱盖格栅钢架接头(10)。