一種導洞內機械輔助止水暗挖車站結構及施工方法與流程

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本發明涉及城市軌道交通工程中暗挖車站結構型式及施工方法。

背景技術：

目前城市軌道交通工程中暗挖車站的施工方法主要有：中洞法、側洞法、柱洞法、洞樁法、一次扣拱法。其中中洞法、側洞法、柱洞法均采用分部開挖、施做初支結構，當先開挖部分超前一定距離后，再進行下一部位的開挖，二襯結構同樣需采取分段、分部分塊施工；洞樁法及一次扣拱法均是利用“導洞”作為施工工作面形成結構豎向受力體系后，再進行初支扣拱，而后由上而下逆筑施工主體結構。

洞樁法：由邊樁、中柱、頂縱梁、底縱梁、頂拱共同構成初期受力體系，承受施工過程的荷載；其主要思想是將蓋挖及分步暗挖法有機結合起來，發揮各自的優勢，在頂蓋的保護下可以逐層向下開挖土體，施作二次襯砌，可采用順作和逆作兩種方法施工，最終形成由初期支護+二次襯砌組合而成的永久承載體系。

一次扣拱法技術核心在于：選取三連拱框架的邊跨頂拱和底板結構,分別擬合并形成上、下導洞；底板及底縱梁先于其他構件在下導洞內直接、一次性地形成；在上、下導洞間形成豎向支撐構件；上導洞初支即為頂拱初支,頂拱及頂縱梁二次襯砌可在上導洞內直接、一次性地完成。

綜上所述，洞樁法及一次扣拱法主要存在上、下兩層導洞，群洞效應相對明顯，施工時對周邊環境影響較大。結合北京地區已建及在建類似車站工程，因車站結構斷面大，為避免工程風險，車站施工均以降水施工作為前提,即車站結構開挖前，需沿車站開挖周邊預先打設降水井，先將地下水位降至結構開挖底面以下1m后，且施工過程中進行持續降水作業，再開挖車站結構。因此，邊樁及中柱施工時候不受地下水影響，主要通過人工挖孔得以實現。

目前，已建及在建暗挖車站均采用降水施工，降水施工方式主要分為地面降水和洞內降水，具體詳見圖9、圖10。降水施工，不利于我國地下水資源的保護，且易導致地下水資源的污染與浪費，非長久之策。隨著暗挖施工技術積累與發展，本發明結構型式及施工方法可實現暗挖車站止水施工，有利于地下水資源的保護。

根據已檢索到的相關暗挖車站止水專利：一種洞樁法暗挖隧道止水帷幕及其施工方法(cn201610035449.0)，其結構型式由上、下2個導洞構成，導洞施工是通過全斷面或周壁注漿止水得于實現，然后通過上、下導洞進行水平及豎向水平注漿/旋噴施工，從而實現車站全斷面止水，具體詳見圖11。受下層導洞影響，此專利工程止水代價大。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種導洞內機械輔助止水暗挖車站結構及施工方法，以解決暗挖車站不降水施工的技術問題。

為了實現上述發明目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種導洞內機械輔助止水暗挖車站施工方法，其采用如下步驟，

1、施作豎井、橫通道及導洞；

由地面采用倒掛井壁法施工豎井，開挖至橫通道底后，對施工豎井進行封底；而后破除豎井井壁、開挖施工橫通道，待橫通道封端后，再利用施工橫通道開挖車站主體導洞(含邊導洞及中導洞)。

2、機械施工邊樁、樁間止水帷幕及中柱樁基，機械輔助一體澆筑混凝土及中柱安裝，澆筑樁頂冠梁、頂縱梁及中拱二襯結構(含拱頂防水層)；

利用邊導洞作為施工作業面，采用鉆機施工邊樁、機械設備施作樁間止水帷幕，澆筑樁頂冠梁，形成車站圍護結構及邊跨豎向承載體系；

利用中導洞作為施工作業面，采用鉆機施工中柱樁基、機械輔助一體澆筑混凝土及中柱安裝，鋪設中拱拱頂防水層，澆筑柱頂頂縱梁及中拱二襯結構，形成車站中跨豎向承載體系；

3、施作初支扣拱及完成導洞內回填；

再利用施工橫通道施作車站初支扣拱，從而形成近似封閉的、獨立的作業空間；該作業空間底部通過加強邊樁嵌固深度隔絕與周邊環境的相互影響。

4、施作邊拱二襯結構(含拱頂及側墻防水層)，完成二襯扣拱；

5、待邊拱二襯結構達到設計強度后，向下開挖土方至中板，土模澆筑中板及以上二襯結構(含側墻防水層)；

6、待中板及以上結構達到設計強度后，繼續向下開挖土方至底板，施作底板墊層及防水層，澆筑底板及以上二襯結構，二襯結構封閉成環。

一種導洞內機械輔助止水暗挖車站結構，上部洞室的兩側邊導洞與中導洞的頂部為初支扣拱和邊拱、中拱二襯結構復合層，上部洞室的底部是中板，下部洞室位于中板與底板之間，底板、側墻、邊拱及中拱外設有防水層。上部、下部洞室的兩側墻外為邊樁、樁頂冠梁和樁間止水帷幕，上部、下部洞室的中間為中柱樁基、中柱及頂縱梁，初支扣拱和邊拱二襯結構復合層一端支撐在兩側邊樁頂部冠梁上、另一端支撐在頂縱梁上，由兩側邊樁、樁間止水帷幕、樁頂冠梁及邊拱二襯形成車站圍護結構及邊跨豎向支撐體系；初支扣拱和中拱二襯結構復合層兩端支撐在頂縱梁上，由作為永久受力構件的中柱樁基、中柱、頂縱梁及中拱二襯結構形成車站中跨豎向支撐體系；所述兩側邊樁、中柱樁基延伸至底板以下。

本發明的優點及積極效果如下：

1、可取消傳統洞樁法、一次扣拱法中的下導洞開挖，僅施作單層導洞，終結了暗挖車站導洞內人工挖孔成樁及人工安裝鋼管柱的風險，避免了下導洞開挖對降水施工的要求、弱化群洞效應、降低施工風險及對周邊環境的影響，同時大大提高了暗挖車站機械化施工程度及作業效率；

2、機械化施作邊樁、樁間止水帷幕、中柱樁基，提高了機械化施工水平、降低暗挖勞動作業強度與工程風險；

3、機械輔助一體施工中柱與樁基，避免了人工定位、安裝中柱及鑿除樁頭，提高了施工效率及改善了施工作業環境；

4、當地下水位位于導洞以下，利用導洞向下施作豎向止水帷幕：鉆孔灌注樁+樁間旋噴、套管咬合樁等，可避免降水施工，節約地下水資源，減少降水對周邊環境的不利影響，降低了地下水滲漏引起的暗挖車站施工過程中的風險；

5、中柱樁基作為中柱施工及永久持力基礎，取消了傳統結構型式中的柱下底縱梁，降低了工程造價。

本發明與“洞樁法”和“一次扣拱法”在相同環境條件下施工暗挖地下車站均可滿足車站建筑功能要求，其經濟技術綜合對比分析情況如表1所示。

附圖說明

圖1是本發明的施作豎井、橫通道及上層導洞結構示意圖。

圖2是本發明的施作邊樁、樁間止水帷幕、中柱樁基，一體澆筑混凝土及中柱安裝，澆筑樁頂冠梁、頂縱梁及中拱二襯結構示意圖。

圖3是本發明的施作初支扣拱及完成導洞內回填結構示意圖。

圖4是本發明的施作邊拱二襯結構(含拱頂及側墻防水層)及完成二襯扣拱結構示意圖。

圖5是本發明的向下開挖土方至中板，澆筑中板及以上二襯結構示意圖。

圖6是本發明的向下開挖至底板，施作底板墊層及防水層，澆筑底板及以上二襯結構示意圖。

圖7是本發明的導洞內機械輔助止水暗挖車站支護結構斷面圖。

圖8是本發明的導洞內機械輔助止水暗挖車站主體結構斷面圖。

圖9是現有技術暗挖車站地面降水結構斷面圖。

圖10是現有技術暗挖車站導洞內降水結構斷面圖。

圖11是現有止水專利技術的洞樁法暗挖隧道止水帷幕及其施工方法結構斷面圖。

圖12是現有的洞樁法施工的斷面結構示意圖。

圖13是現有的一次扣拱法施工的斷面結構示意圖。

圖中編號：1、地面，2、施工豎井，3、施工橫通道，4、邊導洞之一，5、中導洞，6、邊導洞之二，7、地下水位，8、頂縱梁及中拱二襯，9、樁間止水帷幕之一，10、中柱，11、樁間止水帷幕之二，12、隔水層(天然/人工)，13、邊柱之一，14、中柱樁基，15、邊樁之二，16、樁頂冠梁，17、導洞回填，18、初支扣拱，19、邊拱二襯結構，20、中板及以上二襯結構，21、底板及以上二襯結構，22、底板墊層及防水層。

具體實施方式

本發明的導洞內機械輔助止水暗挖車站施工方法：施工豎井開挖至橫通道底后，對施工豎井進行封底，然后開挖施工橫通道，利用施工橫通道開挖車站主體導洞(含邊導洞及中導洞)。通過邊導洞作為施工作業面機械施工邊樁、樁間止水帷幕，澆筑樁頂冠梁，形成車站圍護結構及邊跨豎向承載體系；通過中導洞作為施工作業面機械施工中柱樁基、一體澆筑混凝土及中柱安裝，澆筑柱頂頂縱梁及中拱二襯結構，形成車站中跨豎向承載體系。再利用施工橫通道施作車站初支扣拱，從而形成近似封閉的(底部通過加強邊樁嵌固深度隔絕與周邊環境的相互影響)、獨立的作業空間，由上而下逆筑車站二襯結構，完成車站主體結構施工。本發明的結構示意圖參見圖7。

具體步驟：

1、施作豎井、橫通道及導洞(含邊導洞及中導洞)，參見圖1所示。

2、機械施作邊樁、樁間止水帷幕及中柱樁基，機械輔助一體澆筑混凝土及中柱安裝，澆筑樁頂冠梁、頂縱梁及中拱二襯結構(含拱頂防水層)，參見圖2所示。

利用邊導洞作為施工作業面機械施工邊樁、樁間止水帷幕，澆筑樁頂冠梁，形成車站圍護結構及邊跨豎向承載體系；

利用中導洞作為施工作業面機械施工中柱樁基、機械輔助一體澆筑混凝土及中柱安裝，鋪設中拱拱頂防水層，澆筑柱頂頂縱梁及中拱二襯結構，形成車站中跨豎向承載體系。

3、施作初支扣拱及完成導洞內回填，參見圖3所示。

再利用施工橫通道施作車站初支扣拱，從而形成近似封閉的、獨立的作業空間；該作業空間底部通過加強邊樁嵌固深度隔絕與周邊環境的相互影響。

4、施作邊拱二襯結構(含拱頂及側墻防水層)，完成二襯扣拱，參見圖4所示。

5、向下開挖土方至中板，澆筑中板及以上二襯結構(含側墻防水層)，參見圖5所示。

6、向下開挖至底板，施作底板墊層及防水層，澆筑底板及以上二襯結構，參見圖6所示。

施工后的本發明導洞內機械輔助止水暗挖車站支護結構斷面圖參見圖7所示，導

洞內機械輔助止水暗挖車站主體結構斷面參見圖8所示。