CN214697845U - 一种基于钢管混凝土插梁法的地铁车站扩建结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于钢管混凝土插梁法的地铁车站扩建结构，包括两个并行的盾构隧道，以及连接在两个盾构隧道之间并与盾构隧道连通的中间站台；中间站台的顶部和底部横向设置有上下对称的拱形的弯曲钢管；弯曲钢管内侧为车站衬砌；弯曲钢管和车站衬砌的横向两端连接到盾构隧道接口上下两端设置的纵梁上，上下纵梁之间设置立柱作为竖向支撑。本实用新型可实现以小扩大、向下增层、逐级拓建，适用于对地面位移和地表沉降控制严格的地铁车站的扩建以及浅土、软弱地层、大跨度的地下空间施工。

Description

一种基于钢管混凝土插梁法的地铁车站扩建结构

技术领域

本实用新型涉及地铁车站工程施工技术领域，具体涉及一种基于钢管混凝土插梁法的地铁车站扩建结构。

背景技术

盾构法以其良好的防渗漏水性、施工安全快速、造价与埋深条件无关、对周围环境的影响小等优点，在我国地铁的建设中已成为重要的施工方法，在许多场合已成为首选方法。然而，盾构施工区段划分过短、设备利用率低，盾构机区间等待时间过长等问题一直限制着盾构技术在我国的发展应用，造成这些问题的一个最主要原因就是没有很好地解决盾构区间施工与车站施工在施工速度和组织上的矛盾。

中国专利ZL201310468894.2公开了一种既有地铁车站主体结构 扩建施工方法，其主要是通过多个降水井管进行降水施工，直至将底板下方的地下水降至设计深度对所扩建地铁车站主体结构进行扩宽施工，以板代撑的受力转换方式对地下围护结构进行支撑，但是，该扩建方式动土严重，将造成地铁及周边土体发生较大变形，甚至可能出现地层的塌陷以及既有运营地铁的破坏，从而导致发生重大安全事故。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于钢管混凝土插梁法的地铁车站扩建结构，克服现有技术存在的不足，施工效率更高、安全性更高且周围环境影响更小。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种基于钢管混凝土插梁法的地铁车站扩建结构，其特征在于：

所述扩建结构包括两个并行的盾构隧道，以及连接在两个盾构隧道之间并与盾构隧道连通的中间站台；

中间站台的顶部和底部横向设置有上下对称的拱形的弯曲钢管；弯曲钢管内侧为车站衬砌；

弯曲钢管和车站衬砌的横向两端连接到盾构隧道接口上下两端设置的纵梁上，上下纵梁之间设置立柱作为竖向支撑。

所述弯曲钢管为多节拼装结构，管壁上预留有注浆孔和排气孔，管内灌注混凝土后形成拱形整体。

首节弯曲钢管的端头为劈尖结构，顶进施工时利用劈尖结构将土体向内外两侧挤压行进。

中间两节弯曲钢管之间留有缝隙，灌注混凝土后从缝隙溢出形成限位凸起。

弯曲钢管与车站衬砌之间铺设有土工布垫层和防水板。

中间站台底部衬砌单元的上方设置有车站底板，车站底板底面与底部衬砌单元之间设置有竖向支撑，车站底板与底部衬砌单元两端位于同一平面。

所述纵梁的横截面呈梯形，上部纵梁顶面为斜面，下部纵梁底面为斜面，纵梁的斜面端与中间站台顶部衬砌单元或底部衬砌单元连接。

本实用新型具有以下优点：

（1）本实用新型的地铁车站扩建方法主要是利用弯曲钢管层为顶部和底部预支撑，在预埋系统内部采用山体隧道开挖方式挖掘，逐级砌筑侧柱，可实现以小扩大、向下增层、逐级拓建，适用于对地面位移和地表沉降控制严格的地铁车站的扩建以及浅土、软弱地层、大跨度的地下空间施工。

（2）施工效率高、工期短、安全性高。

（3）相比于明挖法，本实用新型无需降水和周边维护结构，不影响地面交通，开挖土方量少，对周边地层的影响小，工程周期短。

（4）相比一般暗挖法，本实用新型的结构刚度大，形成有效的预支护棚架，对地表、地层的变形控制效果好，在施工过程中不会危及其他地下、地表结构与构筑物。

（5）本实用新型实现既有区间盾构隧道与拓建结构的紧密衔接与结构体系合理转换，最大限度的保留了既有管片结构，既降低了管片拆除费用，减少了新建结构的工程量，同时又减少了对地层的扰动。

附图说明

图1为地铁、车站扩建结构示意图；

图2为管片开孔部位示意图；

图3为钢管顶进示意图；

图4为图3的I局部放大图；

图5为切土、排土体示意图；

图6为钢管内注入混凝土示意图；

图7为车站土体开挖顺序示意图。

图中：1-穿孔，2-反力架，3-反力支座，4-顶进油缸，5-导向架，6-弯曲钢管，7-切土、排土机构，8-钢管内混凝土，9-纵梁，10-立柱，11-土工布垫层，12-EVA防水板，13-车站衬砌，14-盾构管片，15-车站底板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型涉及一种基于钢管混凝土插梁法的地铁车站扩建结构，所述扩建结构包括两个并行的盾构隧道，以及连接在两个盾构隧道之间并与盾构隧道连通的中间站台；中间站台的顶部和底部横向设置有上下对称的拱形的弯曲钢管6；弯曲钢管6内侧为车站衬砌13；弯曲钢管6和车站衬砌13的横向两端连接到盾构隧道接口上下两端设置的纵梁9上，上下纵梁9之间设置立柱10作为竖向支撑。

所述弯曲钢管6为多节拼装结构，管壁上预留有注浆孔和排气孔，管内灌注混凝土后形成拱形整体。首节弯曲钢管6的端头为劈尖结构，顶进施工时利用劈尖结构将土体向内外两侧挤压行进。中间两节弯曲钢管6之间留有缝隙，灌注混凝土后从缝隙溢出形成限位凸起。

弯曲钢管6与车站衬砌13之间铺设有土工布垫层11和防水板12。

中间站台底部衬砌单元的上方设置有车站底板15，车站底板15底面与底部衬砌单元之间设置有竖向支撑，车站底板15与底部衬砌单元两端位于同一平面。

所述纵梁9的横截面呈梯形，上部纵梁9顶面为斜面，下部纵梁9底面为斜面，纵梁9的斜面端与中间站台顶部衬砌单元或底部衬砌单元连接。

上述施工结构涉及的基于钢管混凝土插梁法的地铁车站扩建方法，是在既有的双向并行盾构隧道之间构建横向贯通的中间站台，形成扩建结构；于两个盾构隧道的管片上斜向开设对应的上、下穿孔，从穿孔处插入顶进弯曲钢管6横向连接作为外部支撑，内侧开挖土体后构建衬砌结构，拆除盾构隧道接口处管片后贯通连接。

所述方法具体包括以下步骤：

步骤一：在双向并行的两个盾构隧道的盾构管片上相对位置分别开设上、下穿孔1；

步骤二：在两侧盾构隧道内分别架设弯曲钢管6的顶进组件；

步骤三：在两侧盾构隧道对应的顶进组件上分别固定弯曲钢管6，分别沿盾构管片的穿孔1位置向两侧盾构隧道之间的土体中相向顶进，待首节弯曲钢管6进入土体后顶进下一节弯曲钢管6，重复至两个首节弯曲钢管6到达中间位置，使各个弯曲钢管6拼接成拱形结构，上、下两个拱形结构对称；

步骤四：在弯曲钢管6的拱形结构内灌注混凝土，形成整体结构；

步骤五：在两侧盾构隧道内施作纵梁9和立柱10，纵梁9设置在立柱10的上下端，使立柱10通过纵梁9与盾构隧道的上、下穿孔1连接；

步骤七：在两个盾构隧道之间按照自上而下、自左向右的顺序开挖中间土体，开挖完成后施作车站防水措施，在车站防水完成后施作车站衬砌13，使车站衬砌13沿着弯曲钢管6的拱形内侧铺设，拆除两个盾构隧道上与立柱10相对的盾构管片，最后施作车站结构底板15，完成地铁、车站扩建。

步骤二中所述的顶进组件包括反力架2、反力支座3、导向架5和顶进油缸4；在两侧盾构隧道内分别架设反力架2，在反力架2上固定反力支座3和导向架5，在反力支座3上设置顶进油缸4，使顶进油缸4的伸缩杆与盾构隧道上穿孔1的中心轴重合，导向架5的引导方向与伸缩杆的伸缩方向重合。

步骤3具体为：

3.1、在两侧盾构隧道内设置对应的反力架2，在反力架2上分别固定弯曲钢管6，并且将导向架5固定在弯曲钢管6的外围，对弯曲钢管6的顶进方向进行调整；

3.2、利用顶进油缸4分别沿盾构管片的穿孔位置向两侧盾构隧道之间的土体中顶相向进弯曲钢管6，顶进的首节弯曲钢管6的顶进端头为劈尖结构，利用劈尖结构将土体向内外两侧挤压行进；

3.3、待首节弯曲钢管6进入土体后顶进下一节弯曲钢管6，重复顶进，直至两个首节弯曲钢管6均到达中间位置，使各节弯曲钢管拼接形成拱形结构。

步骤四具体为：

4.1、将两侧穿孔1孔道外露出的多余弯曲钢管6截断，并排出其内腔的土体，用钢板封闭弯曲钢管6端口，在弯曲钢管6端口上预留出注浆孔和排气孔；

4.2、沿着注浆孔向弯曲钢管6内灌注混凝土，混凝土沿着两个首节弯曲钢管6之间的缝隙冒出，将两侧的弯曲钢管6连为一体结构。

步骤七中防水措施的施做过程为：

中间土体开挖完成后，在弯曲钢管6的内侧沿着盾构隧道延伸方向依次铺设土工布垫层11和防水板12。

所述穿孔1的孔径大于钢管直径±5mm，以便弯曲钢管6能顺利顶进。弯曲钢管6的曲率半径为700~1200m，每节弯曲钢管的长度为0.8~1.0m。所述两个首节顶进的弯曲钢管6之间的接缝不超过20cm。

实施例1

如图1所示，本实施例的地铁、车站扩建结构包括盾构隧道以及连接在两个并行的盾构隧道之间且与盾构隧道连通的中间站台；

其中，中间站台包括顶部衬砌单元和底部衬砌单元、侧柱以及结构底板15，所述顶部衬砌单元和底部衬砌单元设置在盾构隧道之间且上下对称，顶部衬砌单元和底部衬砌单元均包括外侧间隔分布的弯曲钢管层、依次设置在弯曲钢管层内侧的防水层和车站衬砌13。在弯曲钢管层的弯曲钢管直径为40cm，曲率半径为700~1200m，以900cm为佳，每节弯曲钢管的长度为0.8~1.0m。相邻钢管之间采用焊接连接成拱形结构。为了保证顶进顺利，弯曲钢管层的中部首节顶进的弯曲钢管6的顶进端头为劈尖结构，在弯曲钢管层的钢管内腔灌注混凝土，使混凝土从两端向中间流动并在两首节弯曲钢管6之间的接缝中冒出，将两侧拼接的弯曲钢管连为一体的拱形结构，形成弯曲钢管层。为了保证结构强度，两个首节顶进的弯曲钢管6之间的接缝不超过20cm，以小于5cm为佳。防水层是由3~5mm厚的土工布垫层和2mm厚的EVA防水板组成，车站衬砌13的厚度30~40cm，本实施例为30cm厚，采用混凝土材料预制而成。结构底板15设置在底部衬砌单元的上方且与底部衬砌单元的两端保持在同一水平面上，为了保证结构底板15的稳定性，在结构底板15的下放设置支撑柱，通过间隔布设的支撑柱使其与底部衬砌单元稳固连接。侧柱设置在底部衬砌单元和顶部衬砌单元的两侧端，使底部衬砌单元和顶部衬砌单元通过侧柱连接支撑；侧柱包括纵梁9和立柱10，所述纵梁9设置在立柱10的两端，用以实现立柱10与顶部衬砌单元和底部衬砌单元的稳定连接和支撑。立柱是宽度为50~60cm，长度50~60cm为钢筋混凝土结构。纵梁9亦为钢筋混凝土结构，其为梯形结构，纵梁的斜面端与顶部衬砌单元或底部衬砌单元连接，以增大接触面，实现稳定支撑。

上述地铁、车站扩建结构是由以下的基于钢管混凝土插梁法的地铁、车站扩建方法构建，具体由以下步骤实现：

（1）在双向并行的两个盾构隧道的盾构管片上相对位置分别开设上、下穿孔1，穿孔的孔径大于弯曲钢管直径±3mm，以便弯曲钢管能顺利顶进，如图2所示。

（2）在两侧盾构隧道内分别架设反力架2，在反力架2上固定反力支座3和导向架5，在反力支座3上设置顶进油缸4，使顶进油缸4的伸缩杆与步骤（1）中穿孔1的中心轴重合，导向架5的引导方向与伸缩杆的伸缩方向重合。该反力架2由型钢焊接而成，反力支座为2~3cm厚的条形钢板，与反力架2焊接，其倾斜角度为40°。导向架5是由套筒和支撑架组成，支撑架架设在反力架2上，并于反力架2固定，套筒通过支撑架固定在顶进油缸4伸缩杆的前端，用于支撑弯曲钢管6并对弯曲钢管6在顶进过程中的偏转方向进行调整和引导，保证顶升方向与顶进油缸4的顶进方向保持一致，参见图3。

（3）在两侧盾构隧道对应的反力架2上分别固定弯曲钢管6，并且将导向架5固定在弯曲钢管6的外围对弯曲钢管6的顶进方向进行调整，利用顶进油缸4分别沿盾构管片的穿孔位置向两侧盾构隧道之间的土体中顶相向进弯曲钢管6，待首节弯曲钢管6进入土体后顶进下一节弯曲钢管6，重复至两个首节弯曲钢管6到达中间位置，使各个弯曲钢管拼接成拱形结构；具体为：

（3.1）在两侧盾构隧道对应的反力架2上分别固定弯曲钢管6，并且将导向架5固定在弯曲钢管6的外围，对弯曲钢管6的顶进方向进行调整；

（3.2）利用顶进油缸4分别沿盾构管片的穿孔位置向两侧盾构隧道之间的土体中顶相向进弯曲钢管6，顶进的首节弯曲钢管的顶进端头为劈尖结构，利用劈尖结构将土体向内外两侧挤压行进；参见图4；

（3.3）待首节弯曲钢管6进入土体后顶进下一节弯曲钢管6，重复顶进，直至两个首节弯曲钢管6均到达中间位置，使各节弯曲钢管拼接形成拱形结构。

（4）如图5所示，用切土排土装置将两侧穿孔孔道外露出的多余弯曲钢管截断，并排出其内腔的土体，该切土排土装置属于已知技术，其包括负压抽土机构、抽土管以及切土机构；切土机构通过抽土管与负压抽土机构连通，利用负压抽土机构的负压压差将切土机构切削的土体抽吸后排出；之后用钢板封闭弯曲钢管端口，在弯曲钢管端口上预留出注浆孔和排气孔；

（5）沿着注浆孔向弯曲钢管内灌注混凝土，混凝土沿着两个首节弯曲钢管6之间的缝隙冒出，将两侧的弯曲钢管连为一体结构；如图6；

（6）在两侧盾构隧道内施作施作纵梁9和立柱10，纵梁9设置在立柱10的上下端，使立柱10通过纵梁9与盾构隧道的上穿孔、下穿孔连接；

（7）在两个盾构隧道之间按照自上而下、自左向右的顺序（即按I~VI顺序）开挖中间土体，参见图7，开挖完成后施作车站防水措施，即在步骤（3）顶进的弯曲钢管6的弯曲内侧沿着盾构隧道延伸方向依次铺设5mm厚的土工布垫层11和3mm厚的EVA防水板12，在车站防水完成后采用混凝土材料预制30cm的车站衬砌13，使车站衬砌13沿着步骤（3）顶进的弯曲钢管6的弯曲内侧铺设，利用水钻切割拆除两个盾构隧道上与立柱10相对的盾构管片14，最后施作车站结构底板15，完成地铁、车站扩建，得到如图1的地铁、车站扩建。

实施例2

本实施例的地铁、车站扩建结构与实施例1相同。

本实施例的基于钢管混凝土插梁法的地铁、车站扩建方法，具体由以下步骤实现：

（1）在双向并行的两个盾构隧道的盾构管片上相对位置分别开设上、下穿孔1，穿孔的孔径大于弯曲钢管直径±3mm，以便弯曲钢管能顺利顶进。

（2）在两侧盾构隧道内分别架设反力架2，在反力架2上固定反力支座3和导向架5，在反力支座3上设置顶进油缸4，使顶进油缸4的伸缩杆与步骤（1）中穿孔1的中心轴重合，导向架5的引导方向与伸缩杆的伸缩方向重合。该反力架2由型钢焊接而成，反力支座为2~3cm厚的条形钢板，与反力架2焊接，其倾斜角度为45°。导向架5是由套筒和支撑架组成，支撑架架设在反力架2上，并于反力架2固定，套筒通过支撑架固定在顶进油缸4伸缩杆的前端，用于支撑弯曲钢管6并对弯曲钢管6在顶进过程中的偏转方向进行调整和引导，保证顶升方向与顶进油缸4的顶进方向保持一致。

（3）在两侧盾构隧道对应的反力架2上分别固定弯曲钢管6，并且将导向架5固定在弯曲钢管6的外围对弯曲钢管6的顶进方向进行调整，利用顶进油缸4分别沿盾构管片的穿孔位置向两侧盾构隧道之间的土体中顶相向进弯曲钢管6，待首节弯曲钢管6进入土体后顶进下一节弯曲钢管6，重复至两个首节弯曲钢管6到达中间位置，使各个弯曲钢管拼接成拱形结构；

（4）用切土排土装置将两侧穿孔孔道外露出的多余弯曲钢管截断，并排出其内腔的土体，该切土排土装置属于已知技术，其包括负压抽土机构、抽土管以及切土机构；切土机构通过抽土管与负压抽土机构连通，利用负压抽土机构的负压压差将切土机构切削的土体抽吸后排出；之后用钢板封闭弯曲钢管端口，在弯曲钢管端口上预留出注浆孔和排气孔；

（5）沿着注浆孔向弯曲钢管内灌注混凝土，混凝土沿着两个首节弯曲钢管6之间的缝隙冒出，将两侧的弯曲钢管连为一体结构。

（6）在两侧盾构隧道内施作施作纵梁9和立柱10，纵梁9设置在立柱10的上下端，使立柱10通过纵梁9与盾构隧道的上穿孔、下穿孔连接；

（7）在两个盾构隧道之间按照自上而下、自左向右的顺序（即按I~VI顺序）开挖中间土体，开挖完成后施作车站防水措施，即在步骤（3）顶进的弯曲钢管6的弯曲内侧沿着盾构隧道延伸方向依次铺设3mm厚的土工布垫层11和2mm厚的EVA防水板12，在车站防水完成后采用混凝土材料预制40cm的车站衬砌13，使车站衬砌13沿着步骤（3）顶进的弯曲钢管6的拱形内侧铺设，利用水钻切割拆除两个盾构隧道上与立柱10相对的盾构管片14，最后施作车站结构底板15，底板15与下部的弯曲钢管层的端面对齐，完成地铁、车站扩建，得到如图1的地铁、车站扩建。

本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种基于钢管混凝土插梁法的地铁车站扩建结构，其特征在于：

所述扩建结构包括两个并行的盾构隧道，以及连接在两个盾构隧道之间并与盾构隧道连通的中间站台；

中间站台的顶部和底部横向设置有上下对称的拱形的弯曲钢管(6)；弯曲钢管(6)内侧为车站衬砌(13)；

弯曲钢管(6)和车站衬砌(13)的横向两端连接到盾构隧道接口上下两端设置的纵梁(9)上，上下纵梁(9)之间设置立柱(10)作为竖向支撑；

所述弯曲钢管(6)为多节拼装结构，管壁上预留有注浆孔和排气孔，管内灌注混凝土后形成拱形整体；

首节弯曲钢管(6)的端头为劈尖结构，顶进施工时利用劈尖结构将土体向内外两侧挤压行进。

2.根据权利要求1所述的基于钢管混凝土插梁法的地铁车站扩建结构，其特征在于：

中间两节弯曲钢管(6)之间留有缝隙，灌注混凝土后从缝隙溢出形成限位凸起。

3.根据权利要求2所述的基于钢管混凝土插梁法的地铁车站扩建结构，其特征在于：

弯曲钢管(6)与车站衬砌(13)之间铺设有土工布垫层(11)和防水板(12)。

4.根据权利要求3所述的基于钢管混凝土插梁法的地铁车站扩建结构，其特征在于：

中间站台底部衬砌单元的上方设置有车站底板(15)，车站底板(15)底面与底部衬砌单元之间设置有竖向支撑，车站底板(15)与底部衬砌单元两端位于同一平面。

5.根据权利要求4所述的基于钢管混凝土插梁法的地铁车站扩建结构，其特征在于：

所述纵梁(9)的横截面呈梯形，上部纵梁(9)顶面为斜面，下部纵梁(9)底面为斜面，纵梁(9)的斜面端与中间站台顶部衬砌单元或底部衬砌单元连接。

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