一种地下大跨度站台无柱车站结构及其施工方法

技术领域

本发明属于地下车站施工技术领域，具体涉及一种地下大跨度站台无柱车站结构及其施工方法。

背景技术

随着我国基础工程建设的不断深入，轨道交通行业也得到了大幅的发展，轨道交通的形式和里程都有着明显的增加。在轨道交通领域，地下车站的应用十分广泛，尤其是以地铁为主的城市轨道交通系统中，地下车站的建设往往是必不可少的。

目前，常见的多站台地下车站大多如图1中所示，其在竖向上由顶板、站厅层楼板、底板分隔出站厅层和站台层，每层中设置多个结构柱进行支撑。上述地下车站的设计，有效满足了多站台地下轨道交通的运行及停靠要求，解决了地下轨道交通的上下车换乘需求。

不过，通过长时间的应用后发现，上述多站台地下车站也存在明显的问题，主要体现在：上述多站台地下车站的站内结构柱较多，旅客通行不便，视线遮挡多；同时，站厅层与管线同层布置，造成站厅层的整体高度较大、结构埋深大，需占用大量的土地资源，进而导致地下车站的建设规模及工程投资较大。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种地下大跨度站台无柱车站结构及其施工方法，能在实现多站台地下车站对应设置的同时，减少多站台地下车站中结构柱的设置，方便乘客的通行，缩小车站规模及埋深，节约工程投资，减少土地资源的占用。

为实现上述目的，本发明的一个方面，提供一种地下大跨度站台无柱车站结构，包括相对设置的侧墙、设置于两侧墙底部之间的底板，以及设置于所述底板上方的站厅层楼板；其还包括顶板拱和水平系板；

所述水平系板设置在所述站厅层楼板的上方，其沿横向的两端分别连接在两侧墙上，且所述水平系板中设置有若干平衡索组件；所述平衡索组件包括在横向上成对设置的预应力平衡索，两预应力平衡索相互背离的端部分别连接在对应侧墙内的平衡索锚固端锚具上，且两预应力平衡索的另一端在所述水平系板的中部搭接并分别匹配对应的平衡索张拉端锚具；

所述顶板拱设置在所述水平系板的上方，其两端分别连接在两侧墙的顶部，并在所述顶板拱与所述水平系板之间形成用于容置设备管线的空间；且所述顶板拱与所述水平系板之间设置有若干吊板，所述吊板的顶部连接所述顶板拱，其底部连接所述水平系板，用于将所述水平系板上的负载传递到所述顶板拱上。

作为本发明的进一步改进，所述水平系板与所述站厅层楼板之间设置有若干吊杆；所述吊杆的顶部连接所述水平系板，且其底部连接在所述站厅层楼板上。

作为本发明的进一步改进，所述吊杆的顶部穿过所述水平系板并沿竖向穿过对应吊板后嵌入连接在所述顶板拱中。

作为本发明的进一步改进，所述平衡索组件为纵向间隔设置的多个。

作为本发明的进一步改进，所述底板的下方设置有若干沿纵向延伸的底纵梁，且至少一个所述底纵梁上设置有若干抗拔桩。

作为本发明的进一步改进，所述底板上设置有至少一个沿纵向延伸的站台层楼板。

作为本发明的进一步改进，所述水平系板的底部设置有若干沿纵向延伸的中纵梁，且所述吊杆的底部嵌入所述中纵梁中。

本发明的另一个方面，提供一种地下大跨度站台无柱车站结构的施工方法，其包括如下施工工序：

(1)在地下车站施工基坑的底部施工若干沿纵向延伸的底纵梁，并在底纵梁上施工底板，使得底板与各底纵梁形成整体结构；

(2)在底板上方搭设脚手架，并在底板的横向两侧分别向上施工侧墙，以及对应站厅层楼板的设计位置在底板上方依次施工中纵梁和站厅层楼板，使得中纵梁和站厅层楼板形成整体结构，且站厅层楼板的横向两侧分别连接在侧墙上；

(3)在站厅层楼板上搭设脚手架，进行两侧侧墙以及车站结构顶部的顶板拱施工，使得顶板拱的拱脚分别支撑在侧墙的顶部；同时，在两侧墙的顶部分别设置有若干平衡索锚固端锚具；

(4)在所述顶板拱的下方利用挂篮施工吊板，使得吊板的顶部固定连接在所述顶板拱上，且其底部向下垂下；

(5)进行水平系板的施工，使得其横向两侧分别连接在两侧墙上，并与各吊板的底部固定连接；同时，在水平系板内对应设置预应力平衡索，使得该预应力平衡索的一端连接对应侧墙上的平衡索锚固端锚具，另一端沿横向延伸至水平系板中部，并与锚固在另一侧墙上的预应力平衡索端部搭接，且相互搭接的两预应力平衡索端部分别匹配设置于水平系板中部的平衡索张拉端锚具；

(6)进行各预应力平衡索的张拉，施工地下车站内的配套结构，以及在水平系板与顶板拱之间架设相应的设备管线；

(7)拆除相应的脚手架，恢复地下车站内的空间；之后，在顶板拱的顶部外侧回填覆土，完成地下大跨度站台无柱车站的施工。

作为本发明的进一步改进，在进行底纵梁施工前还进行了抗拔桩的施工，其施工过程为：

在底纵梁施工位置沿竖向向下施工抗拔桩，且同一个底纵梁纵向上的抗拔桩为间隔设置的多个，并在后续底纵梁施工时使得各抗拔桩的顶部分别连接在对应的底纵梁内。

作为本发明的进一步改进，还包括吊杆的施工，其施工过程为：

在进行站厅层楼板施工时，在对应位置预设吊杆的底部连接端，并在施工水平系板时在水平系板内预设吊杆的顶部连接端，使得底部连接端与对应的顶部连接端在竖向上同轴对应；此后，在水平系板与站厅层楼板之间设置吊杆，使得吊杆的顶部连接在顶部连接端上，且其底部连接在对应底部连接端上，使得所述站厅层楼板上的负载可以通过各吊杆传递到顶板拱上。

上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：

(1)本发明的地下大跨度站台无柱车站结构，其通过将现有车站顶部的顶板设置为顶板拱形式，并在顶板拱下方对应设置水平系板，使得顶板拱与水平系板之间形成可容纳设备管线的空间，避免了设备管线层与站厅层的同层设置，减小了站厅层的设置高度和车站结构的埋深，大幅降低了工程的施工量；同时，利用预应力平衡索与吊板的对应设置，有效实现了水平系板的可靠支撑，减少了站厅层中结构柱的设置，缩短建设工期的同时，提升了站厅层使用时的通透性；

(2)本发明的地下大跨度站台无柱车站结构，其通过在水平系板与站厅层楼板之间对应设置吊杆，使得站厅层楼板的负载可以有效传递到水平系板上，并通过预应力平衡索和吊板传递到顶板拱和侧墙上，有效保证站厅层楼板设置稳定性的同时，避免了站台层中大量支撑结构柱的设置，提升了站台层设置后的通透性，方便了乘客的上下车出行，实现了站台层无柱空间的设置；

(3)本发明的地下大跨度站台无柱车站结构，其通过将吊杆的顶部延伸设置在吊板中并与顶板拱固定连接，使得吊杆与吊板可以形成整体受力结构，并可靠将荷载传递到顶板拱上，有效提升了水平系板、站厅层楼板荷载传递的稳定性和可靠性，确保了地下大跨度站台无柱车站结构的运营安全；

(4)本发明的地下大跨度站台无柱车站结构，其通过在底纵梁底部对应设置抗拔桩，使得底板及底纵梁设置后的稳定性大幅提升，有效保证了地下大跨度站台无柱车站结构设置的稳定性；

(5)本发明的地下大跨度站台无柱车站结构，其结构简单，施工便捷，能有效取代现有的地下车站结构，避免设备管线层与站厅层的同层设置，减小站厅层的设置高度和车站的结构埋深，并能明显减少地下车站结构站厅层、站台层中结构柱的设置，提升地下车站空间利用的通透性，方便乘客的上下车出行，提升了地下车站的使用便捷性，具有较好的应用前景和推广价值。

附图说明

图1是现有技术中常见地下大跨度站台车站的结构断面示意图；

图2是本发明实施例中地下大跨度站台无柱车站结构的结构断面示意图；

图3是本发明实施例中地下大跨度站台无柱车站结构的施工工序1示意图；

图4是本发明实施例中地下大跨度站台无柱车站结构的施工工序2示意图；

图5是本发明实施例中地下大跨度站台无柱车站结构的施工工序3示意图；

图6是本发明实施例中地下大跨度站台无柱车站结构的施工工序4示意图；

图7是本发明实施例中地下大跨度站台无柱车站结构的施工工序5示意图；

图8是本发明实施例中地下大跨度站台无柱车站结构的施工工序6示意图；

图9是本发明实施例中地下大跨度站台无柱车站结构的施工工序7示意图；

图10是本发明实施例中地下大跨度站台无柱车站结构的施工工序8示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：

11、顶板拱；12、水平系板；13、吊板；14、预应力平衡索；151、平衡索锚固端锚具；152、平衡索张拉端锚具；16、吊杆；17、顶板；18、顶纵梁；19、结构柱；21、站厅层楼板；22、中纵梁；23、轨顶风道；31、站台层楼板；32、底板；33、底纵梁；34、抗拔桩；41、设备管线；51、侧墙；61、站厅吊顶。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

请参阅图2，本发明优选实施例中的地下大跨度站台无柱车站结构包括分设于两侧的侧墙51，以及设置在两侧墙51之间并在竖向上依次间隔设置的顶板拱11、水平系板12、站厅层楼板21和站台层楼板31，侧墙51和上述各板分别在纵向上连续延伸，并在竖向上依次分隔出设备管线层、站厅层和站台层。

具体而言，优选实施例中的地下大跨度站台无柱车站结构的底部设置有底板32，其横向的两侧分别与两侧墙51连接，并在底板32的底部间隔设置有多个底纵梁33。各底纵梁33分别在纵向上延伸，并对应各底纵梁33分别设置有若干抗拔桩34。在优选实施例中，抗拔桩34沿竖向设置，其主体结构连接在土层中，且其顶部连接在底纵梁33内。

可以理解，在实际设置时，为了保证底板32和底纵梁33设置的可靠性，在各底纵梁33的延伸方向上间隔设置有多个抗拔桩34。

进一步地，在底板32上形成有至少一处轨行区，并对应各轨行区设置有至少一处站台层楼板31，站台层楼板31随轨行区纵向延伸，使得轨道交通车辆上的乘客可以在站台层楼板31上完成候车、上下车换乘等过程。例如，在如图2中所示的地下大跨度站台无柱车站中，轨行区的设置数量为三处，相应地，站台层楼板31的设置数量为两处，可满足四辆轨道交通列车的上下车需求。

同时，在底板32的上方设置有站厅层楼板21，其两侧分别连接在侧墙51上，并在底板32与站厅层楼板21之间分隔出站台层。相应地，在站厅层楼板21的底部对应其下方的各轨道交通线路分别沿纵向设置有轨顶风道23。同时，在站厅层楼板21的底部间隔设置有多个中纵梁22，各中纵梁22分别沿纵向延伸，用于提升站厅层楼板21的结构稳定性。实际设置时，中纵梁22的设置位置优选与各底纵梁33的设置位置在竖向上对应，如图2中所示。

进一步地，在站厅层楼板21的上方设置有水平系板12，该水平系板12在横向上的两侧分别连接在侧墙51上，并在水平系板12与站厅层楼板21之间分隔出站厅层。

具体而言，优选实施例中的水平系板12内设置有预应力组件，其包括分设于水平系板12横向两侧并成对设置的两根预应力平衡索14，预应力平衡索14沿横向设置，其一端为锚固端，另一端为张拉端。在优选实施例中，预应力平衡索14的锚固端通过平衡索锚固端锚具151固定在一侧的侧墙51中，且其张拉端通过平衡索张拉端锚具152固定在水平系板12的中部。实际设置时，在水平系板12的横向两侧分别设置有预应力平衡索14，如图2中所示。同时，水平系板12横向上的两预应力平衡索14在水平系板12的中部搭接。通过对预应力平衡索14施加预应力，可以平衡顶板拱11拱脚处的水平推力。

实际设置时，水平系板12沿纵向延伸，相应地，在水平系板12内沿纵向间隔设置有多处预应力组件，以确保水平系板12纵向上各位置处的结构受力稳定性。

进一步地，无柱车站结构的顶部设置为拱顶形式，即在水平系板12的上方沿纵向延伸设置有顶板拱11，其为向上拱起的弧形板结构，横向两侧的拱脚分别支撑连接在侧墙51的顶部，并在顶板拱11与水平系板12之间形成有如图2中所示的容纳空间，进而可用于设备管线41的容置，形成设备管线层。而且，通过设备管线层的设置，可以避免在站厅层内同层布设设备管线41，减小了站厅层的高度及结构埋深。在优选实施例中水平系板12的横向两侧分别连接在顶板拱11的拱脚处。

为了保证水平系板12的设置稳定性，在设备管线层中间隔设置有多个吊板13，其沿竖向设置，顶部连接在顶板拱11上，底部与水平系板12固定连接，确保水平系板12上的荷载可以传递到顶板拱11上，继而传递到侧墙51。实际设置时，吊板13在横向上为间隔设置的多个，且各吊板13可以为纵向上连续延伸的竖板结构。不过，显而易见地，在实际设置时，也可以将纵向延伸的竖板结构替换为纵向间隔设置的多个竖板单元或者吊柱结构，这都可以根据实际情况进行优选。

优选地，在水平系板12与站厅层楼板21之间还间隔设置有多个吊杆16，其顶部连接在水平系板12上，底部连接在站厅层楼板21中，且该底部进一步优选预埋进中纵梁22内。通过多个吊杆16的设置，可以实现站厅层楼板21承重向水平系板12的传递，并继而通过各吊板13传递到顶板拱11乃至侧墙51上，进而充分利用拱结构跨越及承载能力强的特点，从而实现如图1中所示现有大跨度站台车站中站台层结构柱19的设置，达到站台无柱空间的效果。

在实际设置时，为了保证吊杆16受力传递的可靠性，其顶部穿过水平系板12并连接在顶板拱11中。同时，吊杆16与吊板13优选在竖向上对应设置，使得吊杆16穿过水平系板12的上部可以预埋在吊板13内并以端部连接于顶板拱11中。显然，吊杆16在横向、纵向上分别为间隔设置的多个。

对于优选实施例中的地下大跨度站台无柱车站而言，其施工工序优选如图3～10中所示，并具体包括如下施工工序：

(1)如图3中所示，在地下车站施工基坑的底部进行抗拔桩34的施工，并对应各抗拔桩34的顶部设置底纵梁33，形成多个沿纵向延伸并在横向上间隔设置的底纵梁33；之后，在底纵梁33上施工底板32；

(2)如图4中所示，在完成施工的底板32上方搭设脚手架，并在底板32的横向两侧分别向上施工侧墙51，以及在站厅层楼板21的设计位置施工中纵梁22和站厅层楼板21，使得中纵梁22和站厅层楼板21分别沿纵向延伸，且中纵梁22设置在站厅层楼板21的底部，以及站厅层楼板21的横向两侧分别连接在侧墙51上；

优选地，在进行中纵梁22和站厅层楼板21的施工时，优选在中纵梁22内预埋设置吊杆16的底部连接端，为施工后吊杆16的设置提前做好准备。底部连接端沿竖向设置，并突出于站厅层楼板21的顶面。

(3)如图5中所示，在完成施工的站厅层楼板21上搭设脚手架，进行横向两侧侧墙51以及车站结构顶部顶板拱11的施工，使得顶板拱11的拱脚分别支撑在侧墙51的顶部。

在进行顶板拱11施工时，优选在顶板拱11内预留吊杆16的顶部连接端，其沿竖向设置，顶部连接在顶板拱11内，底部伸出顶板拱11的内壁面，用于后续吊杆16的设置；同时，在进行顶板拱11和侧墙51施工时，在两侧侧墙51的顶部分别预埋设置有平衡索锚固端锚具151，并对应在平衡索锚固端锚具151上连接设置有预应力平衡索14，即侧墙51和顶板拱11成型后，预应力平衡索14的两端已经预埋连接在侧墙51内。当然，也可在各平衡索锚固端锚具151上预留预应力平衡索14的连接端，方便后续预应力平衡索14的连接。

(4)如图6中所示，在顶板拱11的下方利用挂篮沿竖向施工吊板13，并在吊板13的底部预留连接吊杆16的连接端。

(5)如图7中所示，进行水平系板12的施工，使得水平系板12的横向两侧分别连接在拱脚的设置位置，且各吊板13的底部与水平系板12固定连接；相应地，在水平系板12内对应设置预应力平衡索14，并在水平系板12的中部对应设置平衡索张拉端锚具152；

(6)如图8中所示，进行各预应力平衡索14的张拉，并在水平系板12下方对应连接吊杆16，使得吊杆16可将站厅层楼板21的重量传递到顶板拱11上；此后，拆除站厅层楼板21上方的脚手架，恢复站厅层内的空间；

(7)如图9中所示，施工站厅层楼板21底部的轨顶风道23，并在底板32上设置站台层楼板31；之后，拆除底板32上方的脚手架，恢复站台层内的空间；

(8)如图10中所示，在水平系板12上方架设设备管线41，完成设备管线层的设置；之后，在顶板拱11的顶部回填覆土，完成地下大跨度站台无柱车站的施工。

当然，在进行竖向上各楼板的施工时，优选还进行了站厅层与站台层之间、站厅层与设备管线层之间楼梯以及其他通用结构的施工，在此不做赘述。

对于本发明优选实施例中的地下大跨度站台无柱车站而言，其通过将现有车站顶部的顶板17设置为顶板拱11的形式，省去了图1中顶纵梁18的设置，一定程度上简化了施工工序，而通过顶板拱、水平系板的组合设置，也对应形成了设备管线的容置空间，无需再在站厅层内对应设置设备管线层和站厅吊顶61，减小了站厅层的设置高度和车站结构的埋深，大幅降低了工程的施工量；同时，利用顶板拱11、吊板13、预应力平衡索14、吊杆16的对应设置，利用拱结构跨越及承载能力强的特点，有效实现了站厅层楼板21的承重，实现了现有车站站台层中结构柱19的取消，达到了站台层无柱空间的效果，提升了车站的使用便捷性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。