零距离穿越短桩地铁车站的结构体系及构建方法

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种零距离穿越短桩地铁车站的结构体系及构建方法。

背景技术

为了实现地铁各线路之间的短距离换乘，提升乘客换乘舒适度，新建地铁车站采用近距离下穿运营中的地铁车站越来越多，其中不乏零距离密贴底板下穿案例，在新建地铁车站施工过程中，出现既有车站预留桩长不足这一新情况，新建地铁车站暗挖通过时的安全风险大，需确保既有运营地铁的安全不受新建工程影响。而近年来类似的工程中，多采用管棚预支护、冻结法加固、利用小导洞提前开展桩基托换转换受力条件等，而这些主动措施往往在采用主动性保护措施阶段就会对既有结构造成影响，对既有结构影响较大。

通过优化设计理念和调整施工工法，在常规多导洞开挖的基础上，利用施工时空效应开展结构逆作一次成型，大大减少零距离下穿运营地铁的风险。首先，开挖阶段迅速完成承重柱的竖向承载力转换，使新建结构墙体与预留短桩共同受力，解决已运营车站预留桩基承载力不足的问题；其次，利用一次性逆作的结构自身刚度和自稳定性约束既有运营地铁车站边界，实现强约束和主动控制变形目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种零距离穿越短桩地铁车站的结构体系及构建方法，基于施工时空效应开展导洞主体结构一次逆作成型，利用结构自身刚度和自稳定性实现强约束和主动控制变形，大大减少零距离下穿运营地铁的风险。

本发明所采用的技术方案为：

零距离穿越短桩地铁车站的结构体系，其特征在于：

所述体系包括既有地铁车站底板下零距离穿越的左、右线支护结构，支护结构包括临时型钢支护、暗梁、横向支撑和底板处临时横向短支撑；

临时型钢支护包括两侧的竖向型钢以及顶部和底部的水平型钢，顶部的水平型钢与既有地铁车站底板零距离接触，竖向型钢外侧设置钢筋网和锚杆并喷射混凝土封闭成环；

外侧竖向型钢内侧施做新建车站主体结构的侧墙并在中部设置纵向的暗梁，侧墙底部向内施做部分新建车站主体结构的底板，位于底部的水平型钢之上，底板内侧设置纵向的暗梁；

侧墙处的暗梁与内侧竖向型钢之间设置横向支撑，底板处的暗梁与内侧竖向型钢之间设置底板处临时横向短支撑。

左、右线支护结构处的既有地铁车站底板下方设置有既有车站预留短桩，既有车站预留短桩底部下穿临时型钢支护和新建车站主体结构的底板。

左、右线底板处的暗梁与顶部的水平型钢之间施做竖向钢立柱。

所述体系还包括既有地铁车站底板下零距离穿越的中线支护结构，位于左、右线支护结构之间，包括临时型钢支护、暗梁、横向支撑、底板处临时横向短支撑和抗拔桩；

临时型钢支护包括两侧的竖向型钢以及顶部和底部的水平型钢，顶部的水平型钢与既有地铁车站底板零距离接触，竖向型钢外侧设置钢筋网和锚杆并喷射混凝土封闭成环；

底部水平型钢的中部设置抗拔桩，抗拔桩两侧施做部分新建车站主体结构的底板，端部设置纵向的暗梁；

暗梁与竖向型钢之间设置底板处临时横向短支撑，竖向型钢之间设置横向支撑。

中线支护结构处的既有地铁车站底板下方设置有既有车站预留短桩，既有车站预留短桩底部下穿临时型钢支护和新建车站主体结构的底板。

中线底板处的两道暗梁与顶部的水平型钢之间均施做竖向钢立柱。

左线支护结构与中线支护结构之间相邻的竖向钢筋之间设置有横向支撑和底板处临时横向短支撑，右线支护结构与中线支护结构之间相邻的竖向钢筋之间设置有横向支撑和底板处临时横向短支撑。

新建车站主体结构侧墙顶部通过既有车站底板预留的钢筋固结，接缝处设置多道遇水膨胀止水胶，并预埋注浆管；

新建车站主体结构侧墙内侧和既有车站底板敷设有预铺式防水卷材，节点外侧加敷有预铺式防水卷材加强层。

左线支护结构和中线支护结构之间底板处的暗梁之间施做部分新建车站主体结构的底板，底板与临时型钢支护交接处设置一道止水钢板；右线支护结构和中线支护结构之间底板处的暗梁之间施做部分新建车站主体结构的底板，底板与临时型钢支护交接处设置一道止水钢板。

零距离穿越短桩地铁车站的施工方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

步骤一：对称开挖左、右导洞台阶，施作临时型钢支护及锚杆，锚杆挂设在钢筋网上，并喷射混凝土，最后封闭成环；

步骤二：人工清理既有车站短桩附近岩土体，侧墙钢筋从桩体两侧绕过布置，在桩体处植入抗剪钢筋，植筋胶为A级胶，并深入侧墙不小于500mm；

步骤三：施作左、右导洞中新建车站主体结构的侧墙及底板，施作底板防水、主体结构预留防水接茬，施作底板处临时横向短支撑、暗梁；在侧墙暗梁上预留横撑预埋钢筋和预埋钢板，待侧墙强度达80%以上时架设临时横向支撑，横向支撑置于钢板和支撑钢板焊接的托板上；

新建地铁车站侧墙与既有地铁车站底板连接的阴阳角处，既有车站结构底板下反掏500mm槽段外露原预铺式防水卷材，与新建车站后做的预铺式防水卷材搭接，并增设一层不小于1m的加强防水层；

步骤四：施作左、右导洞竖向钢立柱，依次开挖中导洞上台阶、下台阶，地脚螺栓采用化学粘结剂和锚固胶胶结固定于暗梁混凝土中；竖向钢立柱通过千斤顶施加轴力调节紧固，在中导洞开挖、浇筑过程中，竖向钢立柱与千斤顶均不拆除，确保竖向托换体系可靠传力；

步骤五：施作工中导洞临时型钢支护及锚杆，中导洞临时横撑，并封闭成环，施作外包防水及中部底板，包括抗拔桩、暗梁，主体结构预留防水接茬，底板设底板处临时横向短支撑，固定已浇筑底板，施作抗拔桩时局部拆除冲突的临时横撑及初期支护；

步骤六：拆除中部锚杆，对称上下台阶开挖施工剩余岩土体，施作剩于岩土体的临时型钢支护，体系全部闭合，及时施作横向支撑；为保证与左、右导洞对称受力，底板位置处设置底板处临时横向短支撑，固定左右洞室已浇筑底板；

步骤七：拆除剩余岩土体底板位置处设置的临时横向短支撑，浇筑封闭新建车站结构底板，底板混凝土与临时型钢支护交接处设置一道止水钢板，临时型钢支护置于底板混凝土内部分不割除，确保支护稳定；

步骤八：分段拆除所有已架设竖向钢立柱、横向支撑，分段拆除长度不大于6m，拆除过程中应保持连续变形监测，施作车站二次站台板结构，主体内部结构完成。

本发明具有以下优点：

本发明涉及的钢材、水泥浆、钢支撑、焊接设备、注浆管等均为常规材料或设备，其相应尺寸为工程中的常规类型，便于加工制造及采购。在本发明中，开挖阶段迅速完成承重柱的竖向承载力转换，使新建结构墙体与预留短桩共同受力，解决已运营车站预留桩基承载力不足的问题；利用一次性逆作的结构自身刚度和自稳定性约束既有运营地铁车站边界，实现强约束和主动控制变形目的。该发明降低了工程造价，控制了既有结构变形，提高了结构安全度，具备明显优势，适应性很强。在不同车站现状和地质条件下，亦可根据前方既有结构的承载力和稳定性、现场地质条件动态调整导洞尺寸，调整逆作先后顺序及范围，根据变形监测数据进行钢支撑临时约束控制，随时进行动态优化，具备很强的操作性。

既有工程中的各类隔离加固等主动措施往往在采用主动性保护措施阶段就会对既有结构造成影响，对既有结构影响较大。本发明通过优化设计理念和调整施工工法，在常规多导洞开挖的基础上，利用施工时空效应开展结构逆作一次成型，避免了多导洞分区开挖造成的变形叠加影响，大大减少零距离下穿运营地铁的风险。

该发明应用条件灵活，具备较强的适应性和可推广性，还能满足对既有结构保护的苛刻要求，因此，本发明具有较高的经济效益和社会效益，在城市轨道交通行业有着广泛的应用前景。

附图说明

图1为步骤一、二、三结构剖面示意图。

图2为步骤四、五结构剖面示意图。

图3为步骤六结构剖面示意图。

图4为步骤七结构剖面示意图。

图5为步骤八结构剖面示意图。

图6为竖向钢立柱示意图。

图7为竖向钢立柱预埋大样图。

图8为横向支撑及预埋件结构图。

图9为钢筋网及锚杆结构图。

图10为侧墙角部防水结构图。

图11为底板止水钢板示意图。

图中标识为：1-既有车站底板，2-既有车站预留短桩，3-临时型钢支护，4-锚杆，5-钢筋网，6-暗梁，7-横向支撑，8-底板处临时横向短支撑，9-竖向钢立柱，10-新建车站主体结构，11-抗拔桩，12-支撑处预埋钢板，13-横撑预埋钢筋，14-钢板，15-支撑钢板，16-C40微膨胀细石混凝土，17-地脚螺栓，18-注浆管，19-遇水膨胀止水胶，20-钢筋，21-预铺式防水卷材，22-预铺式防水卷材加强层，23-止水钢板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种零距离穿越短桩地铁车站的施工方法和结构体系，所述体系包括既有地铁车站底板1下零距离穿越的左、右线支护结构，支护结构包括临时型钢支护3、暗梁6、横向支撑7和底板处临时横向短支撑8；临时型钢支护3包括两侧的竖向型钢以及顶部和底部的水平型钢，顶部的水平型钢与既有地铁车站底板1零距离接触，竖向型钢外侧设置钢筋网5和锚杆4并喷射混凝土封闭成环；外侧竖向型钢内侧施做新建车站主体结构10的侧墙并在中部设置纵向的暗梁6，侧墙底部向内施做部分新建车站主体结构10的底板，位于底部的水平型钢之上，底板内侧设置纵向的暗梁6；侧墙处的暗梁6与内侧竖向型钢之间设置横向支撑7，底板处的暗梁6与内侧竖向型钢之间设置底板处临时横向短支撑8。

左、右线支护结构处的既有地铁车站底板1下方设置有既有车站预留短桩2，既有车站预留短桩2底部下穿临时型钢支护3和新建车站主体结构10的底板。左、右线底板处的暗梁6与顶部的水平型钢之间施做竖向钢立柱9。

所述体系还包括既有地铁车站底板1下零距离穿越的中线支护结构，位于左、右线支护结构之间，包括临时型钢支护3、暗梁6、横向支撑7、底板处临时横向短支撑8和抗拔桩11；临时型钢支护3包括两侧的竖向型钢以及顶部和底部的水平型钢，顶部的水平型钢与既有地铁车站底板1零距离接触，竖向型钢外侧设置钢筋网5和锚杆4并喷射混凝土封闭成环；底部水平型钢的中部设置抗拔桩11，抗拔桩11两侧施做部分新建车站主体结构10的底板，端部设置纵向的暗梁6；暗梁6与竖向型钢之间设置底板处临时横向短支撑8，竖向型钢之间设置横向支撑7。

中线支护结构处的既有地铁车站底板1下方设置有既有车站预留短桩2，既有车站预留短桩2底部下穿临时型钢支护3和新建车站主体结构10的底板。中线底板处的两道暗梁6与顶部的水平型钢之间均施做竖向钢立柱9。

左线支护结构与中线支护结构之间相邻的竖向钢筋之间设置有横向支撑7和底板处临时横向短支撑8，右线支护结构与中线支护结构之间相邻的竖向钢筋之间设置有横向支撑7和底板处临时横向短支撑8。

新建车站主体结构10侧墙顶部通过既有车站底板1预留的钢筋20固结，接缝处设置多道遇水膨胀止水胶19，并预埋注浆管18；新建车站主体结构10侧墙内侧和既有车站底板1敷设有预铺式防水卷材21，节点外侧加敷有预铺式防水卷材加强层22。

左线支护结构和中线支护结构之间底板处的暗梁6之间施做部分新建车站主体结构10的底板，底板与临时型钢支护3交接处设置一道止水钢板23；右线支护结构和中线支护结构之间底板处的暗梁6之间施做部分新建车站主体结构10的底板，底板与临时型钢支护3交接处设置一道止水钢板23。

本发明涉及的零距离穿越短桩地铁车站的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：对称开挖左、右导洞台阶，施作临时型钢支护3及锚杆4，锚杆4挂设在钢筋网5上，并喷射混凝土，最后封闭成环；

步骤二：人工清理既有车站短桩附近岩土体，侧墙钢筋从桩体两侧绕过布置，在桩体处植入抗剪钢筋，植筋胶为A级胶，并深入侧墙不小于500mm；

步骤三：施作左、右导洞中新建车站主体结构的10侧墙及底板，施作底板防水、主体结构预留防水接茬，施作底板处临时横向短支撑8、暗梁6；在侧墙暗梁6上预留横撑预埋钢筋13和预埋钢板12，待侧墙强度达80%以上时架设临时横向支撑7，横向支撑7置于钢板14和支撑钢板15焊接的托板上；

新建地铁车站侧墙与既有地铁车站底板连接的阴阳角处，既有车站结构底板下反掏500mm槽段外露原预铺式防水卷材，与新建车站后做的预铺式防水卷材21搭接，并增设一层不小于1m的加强防水层22；

步骤四：施作左、右导洞竖向钢立柱9，依次开挖中导洞上台阶、下台阶，地脚螺栓17采用化学粘结剂和锚固胶胶结固定于暗梁6混凝土中；竖向钢立柱9通过千斤顶施加轴力调节紧固，在中导洞开挖、浇筑过程中，竖向钢立柱9与千斤顶均不拆除，确保竖向托换体系可靠传力；

步骤五：施作工中导洞临时型钢支护3及锚杆4，中导洞临时横撑7，并封闭成环，施作外包防水及中部底板，包括抗拔桩11、暗梁6，主体结构预留防水接茬，底板设底板处临时横向短支撑8，固定已浇筑底板，施作抗拔桩11时局部拆除冲突的临时横撑及初期支护；

步骤六：拆除中部锚杆4，对称上下台阶开挖施工剩余岩土体，施作剩于岩土体的临时型钢支护3，体系全部闭合，及时施作横向支撑7；为保证与左、右导洞对称受力，底板位置处设置底板处临时横向短支撑8，固定左右洞室已浇筑底板；

步骤七：拆除剩余岩土体底板位置处设置的临时横向短支撑8，浇筑封闭新建车站结构底板，底板混凝土与临时型钢支护3交接处设置一道止水钢板23，临时型钢支护3置于底板混凝土内部分不割除，确保支护稳定；

步骤八：分段拆除所有已架设竖向钢立柱9、横向支撑7，分段拆除长度不大于6m，拆除过程中应保持连续变形监测，施作车站二次站台板结构，主体内部结构完成。

新建地铁车站在既有地铁车站底板1下零距离穿越，节点区域内新建车站采用台阶法对称开挖左、右导洞，并迅速逆作新建车站主体结构10的侧墙和底板，完成承重柱的竖向承载力转换，使新建车站主体结构10与既有车站预留短桩2共同受力，解决已运营车站预留桩基承载力不足的问题。

台阶法开挖左右导洞时，先进行临时支撑，采用工32c型钢临时支护3+锚杆4+钢筋网5形成网喷混凝土支护，喷射混凝土为C25早强型，钢筋网间距可采用150×150mm；开挖后立即逆作法施工换乘节点两侧新建车站主体结构10的边墙和底板，并采取墙包桩的方法使结构一次成型，结构短桩2与新建车站主体结构10侧墙通过抗剪钢筋连接，抗剪钢筋采用Φ25@500，并深入侧墙不小于500mm，达到共同受力目的，同时预留新建结构下一步施工的接茬钢筋及防水板接头。

施作左、右导洞临时钢立柱9，依次开挖中导洞上台阶、下台阶；临时钢立柱9采用千斤顶施加轴力紧固后，在中导洞开挖、浇筑过程中，临时竖向钢立柱9与千斤顶均不拆除，确保竖向托换体系可靠传力。

台阶法开挖中间岩柱及其余各部，开挖后立即逆作法施工换乘节点新建车站主体结构10中间梁、底板等结构，搭接施作全包防水。

拆除临时横向支撑7、竖向钢立柱9等施作剩余站台板等结构并与既有车站有效连接。

全过程采用临时竖向钢立柱9稳定既有车站主体结构10，在开挖过程中辅之以千斤顶顶升力严格控制施工阶段既有结构变形。钢立柱架设时需在结构与支撑接触面二次浇筑C40微膨胀细石混凝土16， 即在普通的混凝土中添加一定的膨胀剂，使混凝土在水化期间能够依靠膨胀剂的作用而发生一定的膨胀，从而弥补了混凝土的收缩，达到防治接触面混凝土裂缝，提高混凝土性能的目的。

逆作法施工新建侧墙时，与既有地铁车站底板均做凿毛处理后，再间隔植入钢筋Φ2520连接，接缝处设置多道遇水膨胀止水胶19，并预埋注浆管18便于后期补充注浆。

新建地铁车站侧墙与既有地铁车站底板连接界面是一个受力薄弱面，其新旧混凝土容易发生破坏及开裂，导致防水卷材拉断或脱离而失去防水作用，故在连接阴阳角处，既有车站结构底板下反掏500mm槽段外露原预铺式防水卷材，与新建车站后做的预铺式防水卷材21搭接，并增设一层不小于1m的加强防水层22。

以上结构在浇筑过程中存在新旧混凝土结合面，其混凝土凝结硬化过程中徐变收缩产生开裂、剥离等现象，浇筑侧墙时在其上部预埋可重复用的预埋注浆钢管，内部压注微膨胀水泥浆，确保新旧混凝土界面混凝土浇筑密实。

本发明成功的关键是快速逆作法施工主体结构，一次成型后形成对既有结构的强支撑和约束作用。既有工程中的各类隔离加固等主动措施往往在采用主动性保护措施阶段就会对既有结构造成影响，对既有结构影响较大。在本发明中，开挖阶段迅速完成承重柱的竖向承载力转换，使新建结构墙体与预留短桩共同受力，解决已运营车站预留桩基承载力不足的问题；利用一次性逆作的结构自身刚度和自稳定性约束既有运营地铁车站边界，实现强约束和主动控制变形目的。本发明涉及的钢材、水泥浆、钢支撑、焊接设备、注浆管等均为常规材料或设备，其相应尺寸为工程中的常规类型，便于加工制造及采购。另外，利用该发明成果，在不同车站结构现状和地质条件下，亦可根据前方既有结构的承载力和稳定性、现场地质条件动态调整导洞尺寸，调整逆作先后顺序及范围，根据变形监测数据进行钢支撑临时约束控制，随时进行动态优化，具备很强的操作性。

该发明降低了工程造价，控制了既有结构变形，提高了结构安全度，应用条件灵活，具备较强的适应性和可推广性，还能满足对既有结构保护的苛刻要求，因此，本发明具有较高的经济效益和社会效益，在城市轨道交通行业有着广泛的应用前景。

本发明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发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。