软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道工程建设施工技术领域，具体为软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法。

背景技术

随着地铁修建的大规模展开，初支拱盖法通常适用于上软下硬地层中大跨地铁车站的施工，拱盖法的理念即是在软弱围岩中进行超大跨度分部开挖隧道拱部，设置承载能力较强的拱盖结构，用来承担上部软弱土体的荷载，且可以为下部的土体快速开挖提供条件。而在遇到拱脚处围岩强度不足的软弱地层时，拱盖体系难以利用拱脚处土体的承载作用，且隧道下部支护结构的支承能力不足，无法保证拱盖及初支的承载能力。因此，本发明提出了一种在下部岩体支承能力不足的软弱地层中，结合钢管柱桩施工的拱盖法施工技术，即在上部拱盖施作前在拱脚部位打设钢管桩，利用钢管桩将拱盖承受的围岩压力传递至下部稳定基岩，并在后续的下部开挖中利用临时横撑和锚杆等措施，充分控制拱盖和下部初支的水平收敛和沉降。本发明的优点是当拱盖拱脚坐落于软弱围岩时，也能为上部结构提供充分的支承力，可以广泛适用于各类软弱破碎地层，具有推广价值。

授权公告号CN 102226403 B《地铁大跨度车站主体拱盖法施工方法及车站主体结构》公开了一种地铁大跨度车站主体拱盖法施工方法及车站主体结构，该方法对于围岩为中风化板岩的施工区域效果好，但对于强度较弱的风化程度不一的泥沙岩地层，仅用拱盖支撑上部结构难以保证施工稳定性，因此使用条件存在局限，因此，针对上述问题提出软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

作为本发明所述软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法的一种可选方案，其中：软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法，包括上部拱盖第一层支护、洞内临时支护、车站主体二次衬砌，及内部结构包括行车轨面和中板；

所述上部拱盖第一层支护由超前小导管进行超前注浆加固，随后依次开挖所述第一上部开挖、第二上部开挖、第三上部开挖、第四上部开挖、第五上部开挖和第六上部开挖，形成拱盖第一层支护；

所述洞内临时支护设有上部锁脚锚杆、上部拱盖锚杆、钢架喷射混凝土、临时中隔壁和临时仰拱；

上部开挖完成后，在大拱脚部位施做边墙部位钢管桩，并模注拱盖第二层支护；

依次开挖第一下部土体、第二下部土体、第三下部土体、第四下部土体、第五下部土体、第六下部土体、第七下部土体和第八下部土体，并施作边墙锚杆及边墙初支护混凝土，开挖完成后施做仰拱初期支护，形成钢管柱桩拱盖法施工地铁车站初期支护结构；

作为本发明所述软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法的一种可选方案，其中：最后从下至上施作车站主体二次衬砌，及内部结构包括行车轨面和中板，完成大跨地铁车站钢管柱桩拱盖法主体结构施工。

作为本发明所述软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法的一种可选方案，其中：所述拱盖第二层支护、钢管柱桩和边墙锚杆所形成的支护体系能够将车站上部结构受到的围岩压力传递至底部坚硬的基岩上，避免拱脚处的应力集中。

作为本发明所述软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法的一种可选方案，其中：所述钢架喷射混凝土的钢架与喷层之间采用纵向连接筋焊接固定，隧道挂网连续喷砼至设计厚度，形成钢架喷射混凝土初期支护。

作为本发明所述软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法的一种可选方案，其中：上半部分拱部的所述第一上部开挖、第二上部开挖、第三上部开挖和第四上部开挖应错开施工，掌子面的错开距离不应小于5倍导坑洞径，且第三上部开挖和第四上部开挖分别滞后2-3m；

中部导坑的所述第五上部开挖和第六上部开挖与各自临近的侧导坑两者掌子面开挖距离不小于5倍洞径，并且第五上部开挖和第六上部开挖的掌子面错开距离控制在2.5倍洞径。

作为本发明所述软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法的一种可选方案，其中：中部导坑的所述第六上部开挖施工超前达到2.5倍洞径时，开始施做拱盖第二层支护，第二层支护施作循环长度，在先拆除临时中隔壁的情况下不超过2m，拆除临时中隔壁的纵向长度不超过3m，在仅破除入侵第二层支护范围的喷射混凝土后就施工第二层支护的情况下不超过6m，在第二层支护混凝土达到设计强度后拆除全部临时中隔壁。

作为本发明所述软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法的一种可选方案，其中：完成导洞开挖及第一层初支施作后，对初支表面各渗漏点进行重点注浆堵水，完成初支背后注浆工作，并对拱盖第二层支护进行梁体测量放线位置确认，方可进行拱盖第二层支护的施工。

作为本发明所述软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法的一种可选方案，其中：在大拱脚部位施作边墙部位的所述钢管柱桩，并保证露出一部分使其能够锚入拱盖第二层支护中，钢管柱桩应打设至设计深度，打设完成后，需进行灌注浆以提高钢管的承载力。

作为本发明所述软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法的一种可选方案，其中：下半部分的土体采用混合式挖掘法进行，即所述第一下部土体和第六下部土体部位的土体采用通道纵挖法进行开挖，所述第二下部土体、第三下部土体、第四下部土体、第五下部土体、第七下部土体和第八下部土体部位的土体采用多层横向限宽挖掘法进行开挖，横向挖掘宽度根据现场仰拱及拱墙二衬环向施工缝确定。

作为本发明所述软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法的一种可选方案，其中：包括以下步骤：

S1、车站上半断面开挖采用经过优化的“四导洞双侧壁导坑开挖”，依次开挖左右导洞上半部分即第一上部开挖和第二上部开挖，左右导洞下半部分土体第三上部开挖和第四上部开挖、中部导洞第五上部开挖和第六上部开挖，并施做拱部周边第一层支护和洞内临时支护，包括超前小导管注浆、上部锁脚锚杆、上部拱盖锚杆、钢架喷射混凝土、临时中隔壁、临时仰拱；

S2、在大拱脚部位施作边墙部位的钢管柱桩，并凿除侵入第二层支护的临时中隔壁和临时仰拱，并模筑第二层支护混凝土，形成拱盖第二层支护，以此循环施做；

S3、待拱盖第二层支护达到设计强度后，拆除临时中隔壁及临时仰拱，并开挖上部核心土，并在拱脚处设置临时横撑；

S4、依次台阶法开挖第一下部土体、第二下部土体、第三下部土体、第四下部土体、第五下部土体、第六下部土体、第七下部土体和第八下部土体，下部开挖及下部开挖第一层台阶第二下部土体和第三下部土体，开挖后，在墙角处设置锁脚锚杆，并施做边墙初期支护即边墙锚杆和边墙初期支护混凝土；

S5、下半部分最后一部分开挖土体开挖完成后，施作仰拱初期支护，并拆除临时横撑，形成完整的大跨地铁车站拱盖法施工初期支护结构；

S6、施做防水层，并从下至上顺层浇筑二次衬砌及车站内部结构行车轨面和中板，完成软弱地层下大跨车站地铁车站钢管柱桩拱盖法主体结构施工。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在软弱地层中采用拱盖法施工大跨地铁车站时，拱脚处的岩体承载力不足，可采用在拱盖第二层支护施工前在拱脚处施做钢管柱桩，将拱盖上部的围岩压力传递到下部坚硬的基岩上，有效避免了拱脚处的应力集中。

使用优化开挖方式，上半部分拱部结构开挖使用“四导洞双侧壁导坑开挖”，下半部分站台层和仰拱土体进行混合式掘进，通过分部开挖达到减跨的目的，并结合临时横撑和锁脚锚杆，很好地控制了软弱地层的沉降和围岩的塑性区发展，保证施工主体结构的稳定性。

该结构及施工方法适用于上软下硬地层同时下部围岩承载力不是足够强的大跨地铁车站主体施工，利用钢管柱桩、优化分部开挖、临时横撑、边墙锁脚锚杆等多种手段，充分保证施工安全，保障施工质量，有良好的经济效益及推广价值。

附图说明

图1是本发明采用钢管柱桩拱盖法施工大跨度暗挖车站的流程图；

图2是本发明上部结构导洞分部开挖及支护示意图；

图3是本发明钢管桩及拱盖第二层支护施作示意图；

图4是本发明上部结构初支施工完成的状态及下部结构台阶法开挖步序示意图；

图5是本发明下部开挖时的支护施作示意图；

图6是本发明车站初支结构施工完成的状态示意图；

图7是本发明车站内部主体结构及二次衬砌施工完成后的状态示意图。

图中：1、第一上部开挖；2、第二上部开挖；3、第三上部开挖；4、第四上部开挖；5、第五上部开挖；6、第六上部开挖；7、上部预留核心土；8、钢架喷射混凝土；9、拱部锁脚锚杆；10、临时中隔壁；11、临时仰拱；12、上部拱盖锚杆；13、超前小导管注浆；14、钢管柱桩；15、拱盖第二层支护；16、第一下部开挖；17、第二下部开挖；18、第三下部开挖；19、第四下部开挖；20、第五下部开挖；21、第六下部开挖；22、第七下部开挖；23、第八下部开挖；24、临时横撑；25、边墙锁脚锚杆；26、边墙初期支护混凝土；27、仰拱初期支护；28、边墙锚杆；29、车站主体二次衬砌；30、行车轨面；31、中板。

具体实施方式

实施例1：

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：

软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法，如图6所示，包括上部拱盖第一层支护、洞内临时支护、车站主体二次衬砌29，及内部结构包括行车轨面30和中板31；

上述上部拱盖第一层支护由超前小导管13进行超前注浆加固，随后依次开挖上述第一上部开挖1、第二上部开挖2、第三上部开挖3、第四上部开挖4、第五上部开挖5和第六上部开挖6，形成拱盖第一层支护；

上述洞内临时支护设有上部锁脚锚杆9、上部拱盖锚杆12、钢架喷射混凝土8、临时中隔壁10和临时仰拱11；

上部开挖完成后，在大拱脚部位施做边墙部位钢管桩14，并模注拱盖第二层支护15；

依次开挖第一下部土体16、第二下部土体17、第三下部土体18、第四下部土体19、第五下部土体20、第六下部土体21、第七下部土体22和第八下部土体23，并施作边墙锚杆28及边墙初支护混凝土26，开挖完成后施做仰拱初期支护27，形成钢管柱桩拱盖法施工地铁车站初期支护结构；

最后从下至上施作车站主体二次衬砌29，及内部结构包括行车轨面30和中板31，完成大跨地铁车站钢管柱桩拱盖法主体结构施工。

本发明提供的一种软弱地层中钢管柱桩拱盖法地铁车站结构及其施工方法的使用方法包括以下步骤：

车站上半断面开挖采用经过优化的“四导洞双侧壁导坑开挖”，依次开挖左右导洞上半部分即第一上部开挖1和第二上部开挖2，左右导洞下半部分土体第三上部开挖3、第四上部开挖4、中部导洞第五上部开挖5和第六上部开挖6，并施做拱部周边第一层支护和洞内临时支护，包括超前小导管注浆13、上部锁脚锚杆9、上部拱盖锚杆12、钢架喷射混凝土8、临时中隔壁10、临时仰拱11。

S1、在软弱地层大跨车站拱盖法施工时，考虑到土体承载力较弱，容易导致施工不稳定，上半部分大拱盖的开挖采用优化的“四导洞双侧壁导坑”开挖方法，如图2所示为上半部分的分部开挖及支护示意图，每一步开挖后应立即出喷混凝土，然后打上部拱盖锚杆12、立钢架并挂网，钢架与喷层之间采用纵向连接筋焊接固定，隧道挂网连续喷砼至设计厚度，形成钢架喷射混凝土8初期支护；

S2、上半部分拱部的第一上部开挖1和第二上部开挖2,第三上部开挖3和第四上部开挖4应错开施工，掌子面的错开距离不应小于5倍导坑洞径，且第三上部开挖3和第四上部开挖4分别滞后于第一上部开挖1和第二上部开挖2的2-3m；中部导坑第五上部开挖5和第六上部开挖6与各自临近的侧导坑两者掌子面开挖距离不小于5倍洞径，第五上部开挖5和第六上部开挖6的掌子面错开距离控制在2.5倍洞径；

S3、当中部导坑6施工超前达到2.5倍洞径时，开始施做拱盖第二层初支15，第二层支护施作循环长度，在先拆除中隔壁10的情况下不超过2m，拆除中隔壁10的纵向长度不超过3m，在仅破除入侵第二层支护范围的喷射混凝土后就施工第二层支护15的情况下不超过6m，在第二层支护混凝土达到设计强度后才拆除临时中隔壁10，各部导坑开挖后应及时支护，尽早封闭成环；

S4、完成导洞开挖及第一层初支施作后，对初支表面各渗漏点进行重点注浆堵水，完成初支背后注浆工作，并对拱盖第二层支护15进行梁体测量放线位置确认，方可进行15的施工；

S5、在大拱脚部位施作边墙部位钢管桩14，并保证露出一部分使其能够锚入拱盖第二层支护中，钢管桩14应打设至设计深度，打设完成后，需进行灌注浆以提高钢管的承载力；

S6、凿除侵入拱盖第二层支护14的临时中隔壁10及临时仰拱11(保留型钢钢架)，随后进行拱盖第二层支护14的钢筋及模板安装，结合定制的模板台车及台架进行第二层支护混凝土分部浇筑，形成拱盖第二层支护14；

S7、待拱盖第二层支护14混凝土达到设计强度后，拆除临时中隔壁10及临时仰拱11，并开挖上部预留核心土7，并在拱脚处设置临时横撑24，以控制在下部土体开挖时拱盖结构的水平收敛和左右两侧不均匀沉降；

S8、按照图4所示顺序依次开挖第一下部土体16、第二下部土体17、第三下部土体18、第四下部土体19、第五下部土体20、第六下部土体21、第七下部土体22和第八下部土体23，下半部分的土体采用混合式挖掘法进行，即第一下部土体16、第六下部土体21部土体采用通道纵挖法进行开挖，第二下部土体17、第四下部土体19、第七下部土体22和三下部土体18、第五下部土体20和第八下部土体23的土体采用多层横向限宽挖掘法进行开挖，横向挖掘宽度根据现场仰拱及拱墙二衬环向施工缝确定；

S9、如图5所示，中部第一下部土体16及两侧第二下部土体17、第三下部土体18开挖完成后，应及时施做边墙锁脚锚杆25，以防止下部土体强度不足导致的边墙水平收敛及开挖台阶沉降过大，随后依次开挖第四下部土体19、第五下部土体20、第六下部土体21、第七下部土体22和第八下部土体23，开挖过程及时施做边墙锁脚锚杆25、边墙初期支护混凝土26及仰拱初期支护27，随着开挖的完成初支完全封闭，拆除临时横撑24；

S10、结合定制的施工架体及台车，施做隧洞防水层，从下至上浇筑车站内部主体结构，包括二次衬砌29、行车轨面30和中板31等，完成软弱地层下大跨车站地铁车站钢管柱桩拱盖法主体结构施工。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。