初支联拱二衬独立式暗挖地铁区间结构及施工方法
【专利摘要】本发明涉及初支联拱二衬独立式暗挖地铁区间结构及施工方法，采用复合衬砌结构，外侧为初支结构，内侧为二衬结构，中间为防水层，两个单洞平行设置，侧壁相联，初支结构的截面为“∞”形，构成联拱支撑的初支结构，初支结构内壁形成两个独立的圆环形初支内壁；初支内壁上分别设置防水层；在防水层的内侧面，再分别设置两个相互独立的封闭圆环形二衬；左右线区间结构对称、相互独立且封闭。它降低了暗挖地下区间施工风险，确保防水质量，加快施工速度，采用模板台车进行二衬结构施工、提高机械化施工水平，降低工程投资。
【专利说明】初支联拱二衬独立式暗挖地铁区间结构及施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及城市轨道交通工程中特殊暗挖地下区间结构及施工方法。
【背景技术】
[0002]城市轨道交通工程中暗挖地下区间一般包含跨度较小的单线单洞标准区间、跨度较大的双线单洞大断面区间及双联拱区间等几种结构形式。城市轨道交通工程中单线单洞为标准暗挖区间结构，但为满足地铁运营功能要求，各条城市轨道交通地下工程均需要设置停车线、折返线等特殊暗挖地下区间，甚至为满足特殊侧式站台车站功能需求，相邻区间也需设计成特殊暗挖地下区间。目前，特殊暗挖地下区间一般多采用双线单洞大断面暗挖区间结构或双联拱暗挖区间结构；双线单洞大断面暗挖区间结构跨度大、开挖面积大、结构厚、工程造价高，多采用双侧壁导坑法施工，结构受力转换步序多、对周围环境影响大、施工风险高；双联拱暗挖区间结构多采用中洞法施工，施工速度慢、联拱处易于积水、防水质量难于保证。
[0003]目前城市轨道交通工程中暗挖地下区间均为复合衬砌结构构，即由初期支护结，简称为初支，为钢格栅喷射混凝土临时结构、二次衬砌结，简称为二衬，为钢筋混凝土永久结构，以及在初支和二衬之间设置的全包防水层组成。暗挖地下区间均采用分部开挖、施做初支结构，当先开挖部分超前一定距离后，再进行下一部位的开挖；二衬结构同样需采取分段、分部分块施工，二衬结构不可避免的形成很多施工缝。因此，施工缝处是暗挖地下区间防水的难点，且结构跨度越大、分部分块数量越多，需要处理的施工缝就越多。
[0004]标准暗挖地下区间一般采用台阶法施工，开挖宽度约6.3m、开挖高度约6.4m。一般情况下，开挖范围内不需要设置横向与竖向初支结构，可采用模板台车进行二衬结构施工，施工缝少、结构完整性好、防水质量好、且施工速度快，台阶法简化施工步序及结构示意图如图1所示。
[0005]中等跨度的暗挖地下区间一般采用CRD法，开挖宽度一般为9.0?10.0m,开挖高度一般为7.0?9.0m,开挖范围内需要设置横向与竖向初支结构，开挖完成后，需要分段拆除或倒换中间初支结构、拼装模板进行二衬结构施工，施工缝较多、防水质量不易控制、且施工速度较慢，同时拆除开挖范围横向与竖向初支结构时，原初支结构变形大、对地下管线、建筑、构筑物等周围环境影响大；CRD法简化施工步序及结构示意图如图2所示。
[0006]特殊暗挖地下区间一般采用大断面结构、双侧壁导坑法施工，开挖宽度一般为11.5?14.5m，开挖高度一般为9.0?10.0m，双侧壁导坑法简化施工步序及结构示意图如图3所示。
[0007]特殊暗挖地下区间也可采用双联拱断面减少结构跨度、中洞法施工，开挖宽度约11.5m，开挖高度约6.5m。这种施工方法实施的暗挖地下区间宽度增大了，但二衬结构施工时无法避免需要分段拆除开挖范围内设置的横向和竖向初支结构，二衬结构施工时的特点与不足同CRD法；中洞法简化施工步序及结构示意图如图4所示。
[0008]目前，无论采用CRD法、双侧壁导坑法还是中洞法进行大跨度暗挖地下区间结构施工，在二衬结构施工阶段，为确保防水体系封闭以及二衬结构质量与耐久性，地下区间开挖阶段设置的横向和竖向初支结构均需沿着区间纵向分段进行拆除或倒换，结构受力转换复杂；尤其是竖向初支结构的拆除、增大了初支结构的跨度，必然引起初支结构变形、进而引起地层沉降，从而对周围地下管线、建筑物、构筑物等周围环境影响大；分段拆除初支进行二衬结构施工，为控制初支变形、初支分段拆除长段一般为4.0~6.0m。因此，无法采用模板台车进行二衬结构施工、机械化施工水平较低、施工缝较多、二衬结构渗漏的机率增大、施工速度较慢，致使特殊暗挖地下区间成为城市轨道交通地下区间工程实施的工期控制点。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种初支联拱二衬独立式暗挖地铁区间结构及施工方法，它采用初支联拱、二衬独立暗挖地铁区间结构与施工方法，降低了城市轨道交通工程中特殊暗挖地下区间施工风险，确保防水质量，加快施工速度，采用模板台车进行二衬结构施工、提高机械化施工水平，降低工程投资。
[0010]本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的:
[0011]一种初支联拱二衬独立式暗挖地铁区间结构，采用复合衬砌结构，外侧为初支结构，内侧为二衬结构，中间为防水层，两个单洞平行设置，侧壁相联，初支结构的截面为“m”形，构成联拱支撑的初支结构，初支结构内壁形成两个独立的圆环形初支内壁；在这两个独立的圆环形初支内壁上分别设置两个相互独立的封闭圆环形防水层；在这两个相互独立的封闭圆环形防水层的内侧面，再分别设置两个相互独立的封闭圆环形二衬；两个单洞相联处共用相联的侧壁为中墙，中墙有一段垂直墙，中墙的中间为初支，中墙的两个侧面设有二衬；两个单洞的二衬结构被中墙的初支分隔开，形成两个独立且封闭的二衬结构，左右线区间结构对称、相互独立且封闭；所述的二衬由下部二衬和上部二衬组成。
[0012]它还包括临时仰拱，两个单洞内的中部水平位置分别设有临时仰拱，二衬结构封闭前，整体的初支和临时仰拱结构截面为边缘为圆弧的“田”字形，二衬结构封闭后，临时仰拱被拆除，整体的初支结构截面为“m”形。
[0013]所述的下部二衬为少半个圆环形，上部二衬为多半个圆环形，每个单洞的二衬结构是在下部二衬的上面架设上部二衬组成封闭圆环形二衬结构。
[0014]初支联拱二衬独立式暗挖地铁区间施工方法，初支联拱结构开挖采用台阶法施工，开挖完成后，左线区间与右线区间采用两台模板台车同步对称进行上部二衬结构施工，初支和二衬每段施工的长度与模板台车的长度相同；左线下部二衬和右线下部二衬同时或错开依次进行与模板台车的长度相同施工，待左线下部二衬和右线下部二衬全部施工完成后，左线上部二衬和右线上部二衬对应位置同时依次进行与模板台车的长度相同施工，直至上部二衬施工完成；
[0015]施工的施工步序为按以下序号依次施工:
[0016]A5、先施工一个单洞的上半部分初支；
[0017]B5、施工此单洞的下半部分初支；
[0018]C5、施工另一个单洞的上半部分初支；
[0019]D5、施工此单洞的下半部分初支，形成整体的初支结构，截面为“c?”形；[0020]E5、施工两个单洞的下部二衬；
[0021]F5、使用模板台车，同时施工上部二衬，完成此段结构施工；
[0022]重复以上施工步序，进行下一段结构施工。
[0023]初支联拱二衬独立式暗挖地铁区间施工方法，开挖时设置临时仰拱，及时封闭成环，开挖完成后，左线区间与右线区间采用一台模板台车先进行左线上部二衬结构施工，然后再进行右线上部二衬结构施工，左线区间与右线区间上部二衬结构错开施工，每段临时仰拱拆除和二衬施工的长度与模板台车的长度相同；左线下部二衬和右线下部二衬同时或错开依次进行与模板台车的长度相同施工，待左线下部二衬和右线下部二衬全部施工完成后，左线上部二衬进行与模板台车的长度相同施工，待左线上部二衬施工完成后，再开始进行右线上部二衬进行与模板台车的长度相同施工、直至右线上部二衬施工完成；
[0024]施工步序为按以下序号依次施工:
[0025]A6、先施工一个单洞的上半部分初支，并设置临时仰拱；
[0026]B6、施工此单洞的下半部分初支；
[0027]C6、施工另一个单洞的上半部分初支，并设置临时仰拱；
[0028]D6、施工此单洞的下半部分初支，形成整体的初支和临时仰拱结构截面为边缘为圆弧的“田”字形；
[0029]E6、施工两个单洞的下部二衬；
[0030]F6、依次分段拆除一个单洞的临时仰拱，使用模板台车，施工此单洞的上部二衬、直至该单洞二衬施工完成；
[0031]G6、一个单洞二衬施工完成后，依次分段拆除另一个单洞的临时仰拱，使用模板台车7，施工此单洞的上部二衬、直至该单洞二衬施工完成；
[0032]重复以上施工步序，进行下一段结构施工。
[0033]所述模板台车的长度为9m至12m，二衬每段施工的长度也为9m至12m。
[0034]所述模板台车的长度为9m至12m，每段临时仰拱拆除和二衬施工的长度也为9m至12m。
[0035]本发明有以下优点和积极效果:
[0036]本发明是对城市轨道交通工程中特殊暗挖地下区间的结构形式与施工方法的改进，经济效益、社会及环境效益显著，通过工程实践后可在类似工程中推广应用。
[0037]在相同环境条件下暗挖地下区间施工，本发明与中洞法、双侧壁导坑法的经济技术综合对比分析情况如下表所示:
[0038]
【权利要求】
1.一种初支联拱二衬独立式暗挖地铁区间结构，采用复合衬砌结构，外侧为初支(I)结构，内侧为二衬(2)结构，中间为防水层(3)，其特征在于:两个单洞(4)平行设置，侧壁相联，初支结构的截面为形，构成联拱支撑的初支结构，初支结构内壁形成两个独立的圆环形初支(I)内壁；在这两个独立的圆环形初支(I)内壁上分别设置两个相互独立的封闭圆环形防水层(3);在这两个相互独立的封闭圆环形防水层(3)的内侧面，再分别设置两个相互独立的封闭圆环形二衬(2);两个单洞(4)相联处共用相联的侧壁为中墙(5)，中墙有一段垂直墙，中墙的中间为初支(1)，中墙的两个侧面设有二衬(2);两个单洞(4)的二衬结构被中墙(5)的初支(I)分隔开，形成两个独立且封闭的二衬结构，左右线区间结构对称、相互独立且封闭；所述的二衬(2)由下部二衬(201)和上部二衬(202)组成。
2.根据权利要求1所述的初支联拱二衬独立式暗挖地铁区间结构，其特征在于:它还包括临时仰拱(6)，两个单洞(4)内的中部水平位置分别设有临时仰拱(6)，二衬结构封闭前，整体的初支(I)和临时仰拱(6)结构截面为边缘为圆弧的“田”字形，二衬结构封闭后，临时仰拱(6)被拆除，整体的初支(I)结构截面为“c?”形。
3.根据权利要求1所述的初支联拱二衬独立式暗挖地铁区间结构，其特征在于:所述的下部二衬(201)为少半个圆环形，上部二衬(202)为多半个圆环形，每个单洞(4)的二衬结构是在下部二衬(201)的上面架设上部二衬(202)组成封闭圆环形二衬结构。
4.如权利要求1所述的 初支联拱二衬独立式暗挖地铁区间施工方法，其特征在于:初支联拱结构开挖采用台阶法施工，开挖完成后，左线区间与右线区间采用两台模板台车(7)同步对称进行上部二衬(202)结构施工，初支(I)和二衬(2)每段施工的长度与模板台车(7)的长度相同；左线下部二衬(201)和右线下部二衬(201)同时或错开依次进行与模板台车(7)的长度相同施工，待左线下部二衬(201)和右线下部二衬(201)全部施工完成后，左线上部二衬(202)和右线上部二衬(202)对应位置同时依次进行与模板台车(7)的长度相同施工，直至上部二衬(202)施工完成； 施工的施工步序为按以下序号依次施工: A5、先施工一个单洞的上半部分初支(I)； B5、施工此单洞的下半部分初支(I)； C5、施工另一个单洞的上半部分初支(I)； D5、施工此单洞的下半部分初支(I )，形成整体的初支(I)结构，截面为“c?”形； E5、施工两个单洞的下部二衬(201)； F5、使用模板台车(7)，同时施工上部二衬(202)，完成此段结构施工； 重复以上施工步序，进行下一段结构施工。
5.如权利要求2所述的初支联拱二衬独立式暗挖地铁区间施工方法，其特征在于:开挖时设置临时仰拱(6)，及时封闭成环，开挖完成后，左线区间与右线区间采用一台模板台车(7)先进行左线上部二衬(202)结构施工，然后再进行右线上部二衬(202)结构施工，左线区间与右线区间上部二衬(202)结构错开施工，每段临时仰拱(6)拆除和二衬(2)施工的长度与模板台车(7)的长度相同；左线下部二衬(201)和右线下部二衬(201)同时或错开依次进行与模板台车(7)的长度相同施工，待左线下部二衬(201)和右线下部二衬(201)全部施工完成后，左线上部二衬(202)进行与模板台车(7)的长度相同施工，待左线上部二衬(202)施工完成后，再开始进行右线上部二衬(202)进行与模板台车(7)的长度相同施工、直至右线上部二衬(202)施工完成； 施工步序为按以下序号依次施工: A6、先施工一个单洞的上半部分初支(1)，并设置临时仰拱(6)； B6、施工此单洞的下半部分初支(1)； C6、施工另一个单洞的上半部分初支(1)，并设置临时仰拱(6)； D6、施工此单洞的下半部分初支(1),形成整体的初支(1)和临时仰拱(6)结构截面为边缘为圆弧的“田”字形； E6、施工两个单洞的下部二衬(201)； F6、依次分段拆除一个单洞的临时仰拱(6)，使用模板台车(7)，施工此单洞的上部二衬(202)、直至该单洞二衬施工完成； G6、一个单洞二衬施工完成后，依次分段拆除另一个单洞的临时仰拱(6)，使用模板台车(7)，施工此单洞的上部二衬(202)、直至该单洞二衬施工完成； 重复以上施工步序，进行下一段结构施工。
6.根据权利要求4所述的初支联拱二衬独立式暗挖地铁区间结构，其特征在于:所述模板台车(7)的长度为9m至12m，二衬(2)每段施工的长度也为9m至12m。
7.根据权利要求5所述的初支联拱二衬独立式暗挖地铁区间结构，其特征在于:所述模板台车(7)的长度为9m至12m，每段临时仰拱(6)拆除和二衬(2)施工的长度也为9m至12m。
【文档编号】E21D11/00GK103758530SQ201410031097
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】高辛财, 惠丽萍, 邹彪, 闫朝涛, 赵德平 申请人:北京市市政工程设计研究总院有限公司