地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构及施工方法与流程

1.本发明涉及交通枢纽与地铁合建工程，特别涉及一种地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构及施工方法。
技术背景
2.城市综合交通枢纽中往往会设计多条地铁线路，当地铁线路穿越综合交通枢纽时，地铁隧道一般敷设于交通枢纽底板下方；交通枢纽柱网因荷载需求大，往往需要在地下设置大量承台桩基，地铁隧道与承台桩基在空间上必然冲突，且难以避让，通常的做法是地铁隧道与上方交通枢纽柱网承台进行合建，目前地铁隧道与交通枢纽承台桩基的合建方式多以大开挖后结构合建方式为主，需要地铁隧道采用明挖法包络枢纽承台，将枢纽承台设于地铁隧道结构下方与地铁隧道结构合建。但采用结构合建的方式，一方面需要地铁与交通枢纽建设工期相匹配，需要枢纽站房方案达到一定深度，但因交通枢纽中规划有多条地铁线路，规模大且建设周期长，通常与地铁建设工期难以匹配，若仍采用地铁隧道与枢纽承台结构明挖合建的方式，必然会影响地铁建设进度；另一方面，地铁隧道采用明挖法，并包络枢纽承台的方法相较于盾构隧道需要大幅增加投资。
3.若地铁工期与规划枢纽建设工期不匹配，导致地铁开通时间推迟，将造成极大的经济损失；因此，当交通枢纽建设工期与地铁不匹配时，需要研究一种地铁隧道先期实施并开通运营，交通枢纽后实施的方法。
4.即本发明所研究的一种地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构及施工方法，既可以确保地铁建设进度，满足后期枢纽建设条件，又能对先期实施地铁隧道采取有效保护措施。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构，以确保地铁建设进度，满足后期枢纽建设条件，且能对先期实施地铁隧道采取有效保护，大幅度节省建设工期和工程投资。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
7.本发明地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构，其特征是：包括枢纽地下结构和地铁隧道抗浮保护结构，采用盾构法先期实施并开通运营的地铁隧道与枢纽地下结构相脱离；所述地铁隧道抗浮保护结构包括抗拔桩和抗浮梁，抗拔桩于地铁隧道两侧沿线路方向间隔设置；所述抗浮梁位于地铁隧道上方，沿线路方向间隔设置，长度方向上与地铁隧道线路方向垂直，各抗浮梁与其下方的抗拔桩形成固定连接；所述枢纽地下结构包括枢纽承台、承台桩基和枢纽中柱，承台桩基于地铁隧道两侧沿线路方向间隔设置，枢纽承台设置于地铁隧道上方，与其下方的各抗浮梁紧贴且与承台桩基桩顶固结，枢纽中柱坐落于枢纽承台上。
8.本发明所要解决的另一技术问题是提供上述地铁隧道在交通枢纽中先期施工的
保护结构的施工方法，该施工方法包括如下步骤：
9.①
采用盾构法先期实施地铁隧道并开通运营；
10.②
从地面施工枢纽承台桩基和抗拔桩，抗拔桩采用全护筒跟进钻孔，并在顶部预埋设置预应力钢筋；
11.③
从地表初步开挖既有地铁隧道上方土体，开挖至地铁隧道直径1.5倍覆土厚度为止；
12.④
预制抗浮梁，抗浮梁端部预埋设置供预应力钢筋穿过的波纹管；
13.⑤
沿地铁隧道纵向划分剩余土体开挖宽度，每段开挖宽度以可施工一组抗浮结构单元为限，开挖标高为抗浮梁底面；
14.⑥
开挖第一段土体，安装施工第一个抗浮梁，在抗浮梁桩顶上设置一圈橡胶垫，通过预应力钢筋施加预应力，预应力施加后采用锚具锁定，并注浆填充空隙；
15.⑦
开挖第二段土体，安装施工第二个抗浮梁，相邻抗浮梁之间净距小于地铁隧道盾构管片环宽；
16.⑧
重复上述步骤
⑥
、步骤
⑦
，依次施工剩余抗浮梁；
17.⑨
各抗浮梁施工完成后，开挖剩余土体，施工枢纽承台；
18.⑩
施工枢纽中柱及枢纽底板及其他枢纽结构。
19.本发明的有益效果主要体现在如下方面：
20.一、地铁隧道与枢纽地下结构(枢纽承台、承台桩基)相脱离，采用盾构法先期实施地铁隧道并开通运营，枢纽承台设置于地铁隧道上方，承台桩基在地铁隧道两侧设置，承台开挖施工时对地铁隧道设置保护结构，防止地铁隧道上浮或回弹变形；在确保地铁建设进度的同时满足枢纽后期实施条件，能大幅度节省建设工期和工程投资。
21.二、采用抗浮梁提供主动预应力，在局部土体开挖后对地铁隧道起到锁定作用，可有效防止地铁隧道上浮或回弹变形，为既有地铁隧道类似上浮变形问题提供了有效的解决方案。
22.三、结构受力清晰，经济效益显著。
附图说明
23.本说明书包括如下六幅附图：
24.图1是本发明地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构的平面示意图；
25.图2是本发明地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构中地铁隧道及承台桩基施工完成后的示意图；
26.图3是本发明地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构中开挖至抗浮梁底部，并完成抗浮梁安装后的示意图；
27.图4是本发明地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构中枢纽承台柱网施工完成后的示意图；
28.图5是沿图3中a-a线的剖面图；
29.图6是图4中b局部放大图。
30.图中示出主要构件及所对应的标记：地铁隧道10、枢纽承台桩基20、抗拔桩21、预应力钢筋22、橡胶垫圈23、抗浮梁30、波纹管31、锚具32、注浆空隙33、枢纽承台40、枢纽中柱
50、枢纽底板60、相邻抗浮梁之间净距c、预应力钢筋锚入抗拔桩长度l、预应力钢筋锚入枢纽承台长度d，第一段土体～第九段土体l1～l9。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
32.参照图1，本发明地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构包括枢纽地下结构和地铁隧道抗浮保护结构，采用盾构法先期实施并开通运营的地铁隧道10与枢纽地下结构相脱离；所述地铁隧道抗浮保护结构包括抗拔桩21和抗浮梁30，抗拔桩21于地铁隧道10两侧沿线路方向间隔设置。所述抗浮梁30位于地铁隧道10上方，沿线路方向间隔设置，长度方向上与地铁隧道10线路方向垂直，各抗浮梁30与其下方的抗拔桩21形成固定连接。所述枢纽地下结构包括枢纽承台40、承台桩基20和枢纽中柱50，承台桩基20于地铁隧道10两侧沿线路方向间隔设置，枢纽承台40设置于地铁隧道10上方，且与其下方的各抗浮梁30紧贴且与承台桩基20桩顶固结，枢纽中柱50坐落于枢纽承台40上。
33.参照图1和图4，本发明中地铁隧道10与枢纽地下结构相脱离，采用盾构法先期实施地铁隧道10并开通运营，枢纽承台40设置于地铁隧道10上方，承台桩基20在地铁隧道10两侧设置，枢纽承台40开挖施工时对地铁隧道10设置保护结构，在确保地铁建设进度的同时满足枢纽后期实施条件，能大幅度节省建设工期和工程投资。
34.参照图1、图4和图6，所述抗拔桩21采用全护筒跟进钻孔，并在顶部预埋设置预应力钢筋22，预应力钢筋22向上穿过抗浮梁30并锚入枢纽承台40一定长度。所述抗拔桩21桩顶面与抗浮梁30底面之间留有空隙33，并沿桩顶面设置一圈橡胶垫23，通过橡胶垫23的压缩为抗浮梁提供预应力，施加预应力后采用注浆填充该空隙33。所述抗浮梁30采用预制梁，并在端部预埋设置波纹管31，预应力钢筋21穿过波纹管31，在施加预应力后由锚具32锁定。即采用抗浮梁30提供主动预应力，在局部土体开挖后对地铁隧道10起到锁定作用，可有效防止地铁隧道10上浮或回弹变形，为既有地铁隧道类似上浮变形问题提供了有效的解决方案。
35.参照图1至图6，本发明地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构的施工方法，包括如下步骤：
36.①
采用盾构法先期实施地铁隧道10并开通运营；
37.②
从地面施工枢纽承台桩基20和抗拔桩21，抗拔桩21采用全护筒跟进钻孔，并在顶部预埋设置预应力钢筋22；
38.③
从地表初步开挖既有地铁隧道10上方土体，开挖至地铁隧道直径1.5倍覆土厚度为止；
39.④
预制抗浮梁30，抗浮梁端部预埋设置供预应力钢筋22穿过的波纹管31；
40.⑤
沿地铁隧道10线路方向划分剩余土体开挖宽度，每段开挖宽度以可施工一组抗浮结构单元为限，开挖标高为抗浮梁30底面；
41.⑥
开挖第一段土体l1，安装施工第一个抗浮梁30，在抗浮梁30桩顶上设置一圈橡胶垫23，通过预应力钢筋22施加预应力，预应力施加后采用锚具32锁定，并注浆填充空隙33；
42.⑦
开挖第二段土体l2，安装施工第二个抗浮梁30，相邻抗浮梁之间净距c小于地铁
隧道10盾构管片环宽；
43.⑧
重复上述步骤
⑥
、步骤
⑦
，依次施工剩余抗浮梁30；
44.⑨
各抗浮梁30施工完成后，开挖剩余土体，施工枢纽承台40；
45.⑩
施工枢纽中柱50及枢纽底板60及其他枢纽结构。
46.实施例：
47.深圳地铁某区间穿越某综合交通枢纽，根据双方规划及工筹，枢纽工期节点晚于地铁两年，若按常规设计将枢纽承台设置于地铁隧道下方，采用明挖并同步合建的方式，则需要地铁隧道等枢纽承台桩基方案完全稳定后同步建设，将极大影响地铁建设进度。为确保地铁通车节点，并同时满足后期枢纽建设条件，建设单位采用了本发明地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构及施工方法，即地铁隧道采用盾构法先期施工并按计划通车运营，将枢纽承台设置于地铁隧道上方，后期枢纽承台施工时通过设置预应力抗浮梁作为地铁保护结构，以抵抗地铁隧道上浮或回弹变形，确保地铁运营安全，相较明挖并同步合建的方案，具有极大社会经济效益。
48.最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，还有本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构，其特征是：包括枢纽地下结构和地铁隧道抗浮保护结构，采用盾构法先期实施并开通运营的地铁隧道(10)与枢纽地下结构相脱离；所述地铁隧道抗浮保护结构包括抗拔桩(21)和抗浮梁(30)，抗拔桩(21)于地铁隧道(10)两侧沿线路方向间隔设置；所述抗浮梁(30)位于地铁隧道(10)上方，沿线路方向间隔设置，长度方向上与地铁隧道(10)线路方向垂直，各抗浮梁(30)与其下方的抗拔桩(21)形成固定连接；所述枢纽地下结构包括枢纽承台(40)、承台桩基(20)和枢纽中柱(50)，承台桩基(20)于地铁隧道(10)两侧沿线路方向间隔设置，枢纽承台(40)设置于地铁隧道(10)上方，且与其下方各抗浮梁(30)紧贴且与承台桩基(20)桩顶固结，枢纽中柱(50)坐落于枢纽承台(40)上。2.如权利要求1所述的地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构，其特征是：所述抗拔桩(21)采用全护筒跟进钻孔，并在顶部预埋设置预应力钢筋(22)，预应力钢筋(22)向上穿过抗浮梁(30)并锚入枢纽承台(40)一定长度；所述抗拔桩(21)桩顶面与抗浮梁(30)底面之间留有空隙(33)，并沿桩顶面设置一圈橡胶垫(23)，通过橡胶垫(23)的压缩为抗浮梁提供预应力，施加预应力后采用注浆填充该空隙(33)。3.如权利有求2所述的地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构，其特征是：所述抗浮梁(30)采用预制梁，并在端部预埋设置波纹管(31)，预应力钢筋(21)穿过波纹管(31)，在施加预应力后由锚具(32)锁定。4.如权利要求1至3任意一项所述地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构的施工方法，包括如下步骤：
①
采用盾构法先期实施地铁隧道(10)并开通运营；
②
从地面施工枢纽承台桩基(20)和抗拔桩(21)，抗拔桩(21)采用全护筒跟进钻孔，并在顶部预埋设置预应力钢筋(22)；
③
从地表初步开挖既有地铁隧道(10)上方土体，开挖至地铁隧道直径1.5倍覆土厚度为止；
④
预制抗浮梁(30)，抗浮梁端部预埋设置供预应力钢筋(22)穿过的波纹管(31)；
⑤
沿地铁隧道(10)线路方向划分剩余土体开挖宽度，每段开挖宽度以可施工一组抗浮结构单元为限，开挖标高为抗浮梁(30)底面；
⑥
开挖第一段土体(l1)，安装施工第一个抗浮梁(30)，在抗浮梁(30)桩顶上设置一圈橡胶垫(23)，通过预应力钢筋(22)施加预应力，预应力施加后采用锚具(32)锁定，并注浆填充空隙(33)；
⑦
开挖第二段土体(l2)，安装施工第二个抗浮梁(30)，相邻抗浮梁之间净距(c)小于地铁隧道(10)盾构管片环宽；
⑧
重复上述步骤
⑥
、步骤
⑦
，依次施工剩余抗浮梁(30)；
⑨
各抗浮梁(30)施工完成后，开挖剩余土体，施工枢纽承台(40)；
⑩
施工枢纽中柱(50)及枢纽底板(60)及其他枢纽结构。

技术总结
一种地铁隧道在交通枢纽中先期施工的保护结构及施工方法，满足后期枢纽建设条件，且能对先期实施地铁隧道采取有效保护，大幅度节省建设工期和工程投资。包括枢纽地下结构和地铁隧道抗浮保护结构，采用盾构法先期实施并开通运营的地铁隧道与枢纽地下结构相脱离；地铁隧道抗浮保护结构包括抗拔桩和抗浮梁，抗拔桩于地铁隧道两侧沿线路方向间隔设置；抗浮梁位于地铁隧道上方，沿线路方向间隔设置，各抗浮梁与其下方的抗拔桩形成固定连接；枢纽地下结构包括枢纽承台、承台桩基和枢纽中柱，承台桩基于地铁隧道两侧沿线路方向间隔设置，枢纽承台设置于地铁隧道上方，与其下方的各抗浮梁紧贴且与承台桩基桩顶固结，枢纽中柱坐落于枢纽承台上。承台上。承台上。


技术研发人员：田治旺 彭帅 简正坤 周勇 周明亮 宋南涛 余军 奉鹏 鄢范晨 张驰 文彦鑫 刘国钊
受保护的技术使用者：中铁二院工程集团有限责任公司
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/9