一种地铁双层全断面冷冻暗挖车站结构

技术领域

本发明属于地下空间技术领域，具体涉及一种地铁双层全断面冷冻暗挖车站结构。

背景技术

目前城市交通拥堵问题日益严重，地铁建设正加速发展，地铁建设因为周期长、施工量大、涉及区域广，施工期间会加剧城市的交通拥堵状况。如何有效的疏解城市交通，保障地铁施工期间交通的有序化进行，减轻地铁施工对道路交通造成的不利影响，成为一个亟待解决的问题。明挖的施工方法对周边环境及交通影响较大，因此地下工程施工中冷冻暗挖法的应用将越来越多，冷冻暗挖法目前主要应用于地铁区间隧道的连通道和车站小断面暗挖施工，开挖断面较小，冻结壁体量较小。

发明内容

本发明目的在于提供一种地铁双层全断面冷冻暗挖车站结构型式，以解决车站顶部管线难以迁移改排和二次回迁的麻烦，避免对周边地块日常运营和市政道路交通造成不利影响，能够有效缓解和避免了很多社会和民生问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种地铁双层全断面冷冻暗挖车站结构，冷冻暗挖车站结构设计需依据冻结施工工艺要求、工程筹划和车站设计技术要求，车站主体结构施工工序复杂，整个过程穿插了不同分部工程的施工，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在已建车站两侧或单侧设置冻结暗挖区，在冻结暗挖区单侧设置冻结施工工作井。先期施作冻结施工工作井围护结构，进行工作井开挖，施作工作井主体结构；

步骤2，在冻结暗挖区周围设定范围内进行管棚、冻结孔施工，安装安全防护门，满足冻结暗挖开挖条件后进行冻结暗挖区开挖；

步骤3，开挖冻结暗挖区负二层，先进行型钢和喷射混凝土支护，其次进行负二层底板及底部侧墙的防水施工，再次绑扎底板及梁柱钢筋，接着进行混凝土浇筑及养护，再进行负二层侧墙的防水施工，接着绑扎侧墙钢筋，随后绑扎中板和梁柱钢筋，然后进行负二层侧墙和中板的混凝土浇筑及养护；

步骤4，开挖冻结暗挖区负一层，先进行型钢和喷射混凝土支护，其次进行负一层侧墙的防水施工，再次绑扎侧墙钢筋，接着进行顶板的防水施工，随后绑扎顶板和梁柱钢筋，然后进行负一层侧墙和顶板的混凝土浇筑及养护；

步骤5，凿除冻结施工工作井封堵墙和已建车站地连墙，进行后浇带施工，完成各层结构对接，车站连成整体；

步骤6，停止冻结，冻结孔封孔，初衬型钢支护割除，主体结构表面修补；

步骤7，自然解冻，融沉注浆。

进一步，在本发明提供的双层全断面冷冻暗挖车站结构中，还可以具有这样的特征：冻结暗挖区连接已建车站和冻结施工工作井，冻结施工工作井连接冻结暗挖区和新建车站。冻结暗挖区与已建车站和冻结施工工作井连接处均各层布设混凝土传力带，冻结施工工作井与冻结暗挖区和新建车站连接处均各层布设混凝土传力带，冻结施工工作井和冻结暗挖区先期施工时需预留好后期与两侧各层结构对接的钢筋连接器。

进一步，在本发明提供的双层全断面冷冻暗挖车站结构中，还可以具有这样的特征：冻结施工工作井为地下三层，负三层的净高不低于3.0m,负三层的高度从冻结暗挖区负二层底板为起始端，工作井内衬墙内边线以与冻结暗挖区相连接的一端的侧墙边界向外最小尺寸为2.0m，冻结施工工作井内围檩边界需避开管棚和冻结管距离0.5m以上。

进一步，在本发明提供的双层全断面冷冻暗挖车站结构中，还可以具有这样的特征：冻结施工工作井顶板和负一层板内设置最小3.5m×6.0m的施工吊装出土孔，冻结施工工作井靠近冻结暗挖区5m范围内需预留施工空间，此范围内的上翻梁和柱需后浇筑，工作井负二层板及底板上翻梁后浇筑，工作井先期施工时预留好各结构的钢筋连接器。冻结施工工作井与两侧结构底板连接处均设置反牛腿，连接处防水构造采用钢板止水带和遇水膨胀止水胶相结合，并配合预埋注浆管；两侧底板反牛腿钢筋采用植筋植入工作井的地连墙内，新旧混凝土结合面充分凿毛并与底板反牛腿同步浇筑混凝土。

进一步，在本发明提供的双层全断面冷冻暗挖车站结构中，还可以具有这样的特征：冻结暗挖区设置测温孔和卸压孔，以监测冻结壁发展状况以及控制内部冻胀压力。待冻结壁有效壁厚、平均温度和承载力均达到设计要求，安全防护门安装完成，满足冻结开挖条件后进行暗挖区开挖。

进一步，在本发明提供的双层全断面冷冻暗挖车站结构中，还可以具有这样的特征：冻结暗挖区为地下二层，采用分区域、分台阶开挖，随挖随支初衬型钢支护。冻结暗挖区与两侧结构底板连接处均设置反牛腿，连接处防水构造采用钢板止水带和遇水膨胀止水胶相结合，并配合预埋注浆管。两侧底板反牛腿钢筋采用植筋植入连接的地连墙内，新旧混凝土结合面充分凿毛并与底板反牛腿同步浇筑混凝土。

进一步，在本发明提供的双层全断面冷冻暗挖车站结构中，还可以具有这样的特征：冻结施工工作井封堵墙和已建车站的地连墙凿除时，按照至上而下分层凿除；冻结暗挖区对接冻结施工工作井结构时，按照从下至上依次接入冻结施工工作井的负二层板、负一层板和顶板结构；冻结暗挖区对接已建车站结构时，按照从下至上依次接入已建车站的负二层板、负一层板和顶板结构。

进一步，在本发明提供的双层全断面冷冻暗挖车站结构中，还可以具有这样的特征：冻结暗挖区主体结构全部完成达到设计强度后，停止冻结，冻结孔封孔。随后割除初衬型钢支护，割除表面进行除锈处理，迎水接触的割除表面先涂刷防水涂料，再涂布聚合物水泥防水砂浆。

进一步，在本发明提供的双层全断面冷冻暗挖车站结构中，还可以具有这样的特征：冻结暗挖区自然解冻开始时即开始融沉注浆，注浆时采用分层注浆，注浆方式为间隔注浆。待冻结壁全部融化，在规定的持续时间内地表沉降和累计沉降量满足设计要求后，停止融沉补偿注浆。

作为本发明的进一步完善，冻结施工工作井的负二层板厚度与冻结暗挖区的负二层底板厚度相同，冻结施工工作井与冻结暗挖区底板连接处布设钢筋混凝土暗梁，以加强冻结施工工作井与冻结暗挖区的整体刚度。

作为本发明的进一步完善，已建车站与冻结暗挖区连接的地连墙凿除后各层布设钢筋混凝土梁，已建车站的原各层板筋需锚入连接处新建梁内，以加强已建车站与冻结暗挖区的整体刚度。

作为本发明的进一步完善，冻结暗挖区在冻结之前对开挖面和冻结加固区进行水平MJS改良，以减少冻胀融沉，维持开挖期间掌子面稳定。

作为本发明的进一步完善，冻结暗挖区采用卷材全包防水，初衬型钢支架与主体结构连接处防水构造采用止水钢板、遇水膨胀止水胶与防水涂料相结合。止水钢板与型钢支架呈垂直布设，遇水膨胀止水胶与防水涂料环绕型钢支架兜通布设。

作为本发明的进一步完善，冻结暗挖区各层主体结构在满足型钢支架侧向稳定的前提下，在型钢支架翼缘和腹板面局部开孔，使侧墙、梁、板的钢筋尽量穿过型钢支架，不能穿过型钢支架的钢筋弯折满焊，以保证结构安全及整体刚度。

作为本发明的进一步完善，冻结暗挖区主体结构采用自密实混凝土浇筑。

本发明的有益效果：

本发明所涉及的一种地铁双层全断面冷冻暗挖车站结构，解决了车站顶部管线难以迁移改排和二次回迁的麻烦，避免对周边地块日常运营和市政道路交通造成不利影响，有效缓解和避免了很多社会和民生问题。

附图说明

图1是本发明中一种地铁双层全断面冷冻暗挖车站结构的主体结构施工流程图；

图2是本发明的实施例中某地铁换乘车站冻结暗挖区总平面图；

图3是本发明的实施例中某地铁换乘车站冻结暗挖区纵剖面图；

图4是本发明的实施例中某地铁换乘车站冻结暗挖区初衬型钢布置图。

附图中，1-已建车站，2-南冻结暗挖区，3-北冻结暗挖区，4-南冻结施工工作井，5-北冻结施工工作井，6-新建车站，7-冻结施工工作井封堵墙，8-冻结暗挖区初衬型钢立柱，9-冻结暗挖区初衬型钢横梁，10-冻结暗挖区钢筋网，11-冻结暗挖区车站顶板，12-冻结暗挖区车站中板，13-冻结暗挖区车站底板。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明提供的一种地铁双层全断面冷冻暗挖车站结构型式作具体阐述。

如图1所示，一种地铁双层全断面冷冻暗挖车站结构的主体结构施工顺序遵循“纵向分段，竖向分层，从下至上的原则”，具体包括以下步骤：

步骤S1，在已建车站1两侧设置南冻结暗挖区2和北冻结暗挖区3，在南冻结暗挖区2单侧设置南冻结施工工作井4，在北冻结暗挖区3单侧设置北冻结施工工作井5。先期施作冻结施工工作井4和5的围护结构，进行工作井开挖，施作工作井主体结构。

在本实施例中，南冻结暗挖区2连接已建车站1和冻结施工工作井4，南冻结施工工作井4连接南冻结暗挖区2和新建车站6，北冻结暗挖区3连接已建车站1和北冻结施工工作井5，北冻结施工工作井5连接北冻结暗挖区3和区间隧道。冻结暗挖区与已建车站1和冻结施工工作井连接处均各层布设混凝土传力带，南冻结施工工作井4与冻结暗挖区2和新建车站6连接处均各层布设混凝土传力带，北冻结施工工作井5与冻结暗挖区3连接处均各层布设混凝土传力带，冻结施工工作井和冻结暗挖区先期施工时均已预留好后期与两侧各层结构对接的钢筋连接器。

进一步地，冻结施工工作井4和5为地下三层，负三层的净高为3.0m,工作井两侧内衬墙内边线与暗挖区侧墙最小距离2.0m。冻结施工工作井4和5的顶板和负一层板内分别设置3.5m×6.0m的施工吊装出土孔。冻结施工工作井靠近冻结暗挖区5.5m范围内的顶板梁为下翻梁，钢筋混凝土柱后浇筑，工作井负二层板及底板上翻梁后浇筑。

进一步地，冻结施工工作井4和5与两侧结构底板连接处均设置反牛腿，连接处防水构造采用钢板止水带和遇水膨胀止水胶相结合，并配合预埋注浆管。两侧底板反牛腿钢筋采用植筋植入工作井的地连墙内，新旧混凝土结合面凿毛清理。

步骤S2，在冻结暗挖区周围设定范围内进行管棚、冻结孔施工，安装安全防护门，满足冻结暗挖开挖条件后进行冻结暗挖区开挖。

在本实施例中，冻结暗挖区2和3在冻结之前均对开挖面和冻结加固区进行水平MJS改良。冻结暗挖区2和3均设置测温孔和卸压孔。待冻结壁有效壁厚、平均温度和承载力均达到设计要求，安全防护门安装完毕，满足冻结暗挖开挖条件后进行冻结暗挖区开挖。

步骤S3，开挖冻结暗挖区负二层，先进行型钢和喷射混凝土支护，其次进行负二层底板及底部侧墙的防水施工，再次绑扎底板及梁柱钢筋，接着进行混凝土浇筑及养护，再进行负二层侧墙的防水施工，接着绑扎侧墙钢筋，随后绑扎中板和梁柱钢筋，然后进行负二层侧墙和中板的混凝土浇筑及养护。

在本实施例中，冻结暗挖区2和3负二层均采用分区域、分台阶开挖，随挖随支初衬型钢支护，空帮距离不大于2.0m。底板初期支护采用“HW400*400钢支架+Φ22@500连接钢筋+400mm现浇混凝土支护”，侧墙初期支护采用“HW400*400钢支架+Φ22@500连接钢筋+Φ8@100×100钢筋网+喷射C25早强混凝土支护”。

进一步地，冻结暗挖区2和3均采用卷材全包防水，初衬型钢支架与主体结构连接处防水构造采用止水钢板、遇水膨胀止水胶与防水涂料相结合。止水钢板与型钢支架呈垂直布设，遇水膨胀止水胶与防水涂料环绕型钢支架兜通布设。

进一步地，冻结暗挖区2和3与两侧结构底板连接处均设置反牛腿，连接处防水构造采用钢板止水带和遇水膨胀止水胶相结合，并配合预埋注浆管。两侧底板反牛腿钢筋采用植筋植入两侧连接的地连墙内，新旧混凝土结合面充分凿毛。

进一步地，冻结暗挖区2和3各层主体结构在满足型钢支架侧向稳定的前提下，在型钢支架翼缘和腹板面局部开孔，侧墙、梁、板的钢筋至少1根穿过型钢支架，不能穿过型钢支架的钢筋弯折满焊。

进一步地，冻结暗挖区2和3主体结构均采用C40自密实混凝土浇筑。

步骤S4，开挖冻结暗挖区负一层，先进行型钢和喷射混凝土支护，其次进行负一层侧墙的防水施工，再次绑扎侧墙钢筋，接着进行顶板的防水施工，随后绑扎顶板和梁柱钢筋，然后进行负一层侧墙和顶板的混凝土浇筑及养护。

在本实施例中，冻结暗挖区2和3负一层均采用分区域开挖，随挖随支初衬型钢支护，空帮距离不大于2.0m。顶板初期支护采用“HW350*350钢支架+Φ22@500连接钢筋+Φ8@100×100钢筋网+喷射C25早强混凝土支护”。

步骤S5，凿除冻结施工工作井封堵墙和已建车站地连墙，进行后浇带施工，完成各层结构对接，车站连成整体。

在本实施例中，待南冻结暗挖区2或北冻结暗挖区3主体结构完成达到设计强度后，分别至上而下分层切除已建车站1的地连墙，地连墙凿除后各层布设钢筋混凝土梁，已建车站1的原各层板筋锚入新建梁内。至上而下分层切除南冻结施工工作井4或北冻结施工工作井5的封堵墙7，从下至上依次对接南冻结暗挖区2或北冻结暗挖区3的各层结构。

进一步地，南冻结施工工作井4的负二层板与南冻结暗挖区2的负二层底板厚度相同，南冻结施工工作井4与南冻结暗挖区2底板连接处布设暗梁。北冻结施工工作井5的负二层板与北冻结暗挖区3的负二层底板厚度相同，北冻结施工工作井5与北冻结暗挖区3底板连接处布设暗梁。

步骤S6，停止冻结，冻结孔封孔，初衬型刚支护割除，主体结构表面修补。

在本实施例中，冻结暗挖区2或3主体结构全部完成达到设计强度后，分区停止冻结，冻结孔封孔。随后割除初衬型钢支护，割除表面进行除锈处理，迎水接触的割除表面先涂刷防水涂料，再涂布聚合物水泥防水砂浆。

步骤S7，自然解冻，融沉注浆。

在本实施例中，冻结暗挖区2或3自然解冻开始时即开始融沉注浆，注浆时采用分层注浆，注浆方式为间隔注浆。

如图2-4所示，以某地铁换乘车站为例进行说明。

新建车站6为地下二层岛式站台车站，南冻结暗挖区2的顶板覆土约3.2m，底板埋深约15.4m。北冻结暗挖区3的顶板覆土约3.1m，底板埋深约15.2m。与已建车站1“十”字换乘，已建车站1为地下三层岛式站台车站。新建车站6靠近换乘段两侧主干交通要道的管线错综复杂，道路交通繁忙，车站周边建筑物众多，且为超临近建筑物，周边环境影响控制要求高，综合对比了管线翻迁、架空管线桥等多种方案，综合考虑交通、管线、车站功能、社会效益等因素，最终对靠近换乘段两侧车站主体结构采用“MJS加固+全断面注浆+管棚+冻结法”进行土体加固，矿山暗挖法进行施工。

本实施例中，南冻结暗挖区2的冻结暗挖段纵向长度约16m，北冻结暗挖区3的冻结暗挖段纵向长度约10m。冻结暗挖区2和3开挖断面最大23.7m×12.9m，开挖断面大，跨度长，体积是常规隧道连通道的55倍之多。自2020年1月5日打设第一根冻结管开始，至2021年2月5日负一层结构顶板封顶结束，历时399天，挖土达到了8200方。为全国地铁车站首例双层全断面、首次在浅覆土(杂填土)车站进行整体冻结暗挖施工。

本实施例中，冻结暗挖区2和3采取分块分段暗挖，分为南、北两段工作区域，二者独立施工，每段区域分成6个区域分区台阶式开挖。整体施工流程如下：工作井基坑开挖→暗挖的顶部管棚进场施工→进行工作井后续的围护、加固、开挖支撑及结构施工→水平MJS施工→第二期冻结管、管棚进场施工→再按照上述所述步骤S3-S4暗挖工序施工→封堵墙凿除→施工后浇带→停止冻结、冻结孔封孔→初衬型钢支护割除→主体结构表面修补→自然解冻，融沉注浆。

上述实施方式仅为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。