一种洞柱暗挖逆筑地下结构论文和设计-陶磊

全文摘要

本实用新型提供了一种洞柱暗挖逆筑地下结构，属于地下结构修建技术领域，其中洞柱暗挖逆筑地下结构包括上导洞、下导洞、主拱初支、永久柱、顶纵梁、底纵梁和底板；上导洞远离下导洞的一侧设置主拱初支；两侧的上导洞和对应的下导洞之间设置有边桩；中部的上导洞和对应的下导洞之间设置永久柱；永久柱之间，和永久柱与边桩之间固定设置有中板；永久柱为方柱或钢管柱。通过本实用新型提供的洞柱暗挖逆筑地下结构可完全规避钢管柱在狭窄导洞内的运输加工、定位测量、吊装固定等作业，施工难度大，作业环境差，定位精度和差异沉降控制要求高、梁柱节点构造复杂的施工难题，施工难度大大降低，施工速度加快，风险更加可控。

主设计要求

1.一种洞柱暗挖逆筑地下结构，其特征在于，包括上导洞、下导洞、主拱初支、永久柱、顶纵梁、底纵梁和底板；所述上导洞远离所述下导洞的一侧设置所述主拱初支；两侧的所述上导洞和对应的所述下导洞之间设置有边桩；中部的所述下导洞远离所述上导洞的一侧设置所述底纵梁；中部的所述上导洞远离所述下导洞的一侧设置所述顶纵梁；相邻两个所述下导洞之间设置所述底板；中部的所述上导洞和对应的所述下导洞之间设置所述永久柱；所述永久柱之间，和所述永久柱与所述边桩之间固定设置有中板；所述永久柱为方柱或钢管柱。

设计方案

1.一种洞柱暗挖逆筑地下结构，其特征在于，包括上导洞、下导洞、主拱初支、永久柱、顶纵梁、底纵梁和底板；

所述上导洞远离所述下导洞的一侧设置所述主拱初支；

两侧的所述上导洞和对应的所述下导洞之间设置有边桩；

中部的所述下导洞远离所述上导洞的一侧设置所述底纵梁；

中部的所述上导洞远离所述下导洞的一侧设置所述顶纵梁；

相邻两个所述下导洞之间设置所述底板；

中部的所述上导洞和对应的所述下导洞之间设置所述永久柱；

所述永久柱之间，和所述永久柱与所述边桩之间固定设置有中板；

所述永久柱为方柱或钢管柱。

2.根据权利要求1所述的洞柱暗挖逆筑地下结构，其特征在于，所述永久柱和所述中板的连接处形成节点，在所述节点靠近所述下导洞的一侧设置有牛腿。

3.根据权利要求1所述的洞柱暗挖逆筑地下结构，其特征在于，所述永久柱的两侧设置有中纵梁，两根所述中纵梁形成双梁结构。

4.根据权利要求1所述的洞柱暗挖逆筑地下结构，其特征在于，所述上导洞和所述下导洞具有导洞初支，所述导洞初支的上方设置有小导管。

5.根据权利要求1所述的洞柱暗挖逆筑地下结构，其特征在于，所述下导洞在所述边桩的下侧还设置有下边桩内条基。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及地下结构修建技术领域，具体而言，涉及一种洞柱暗挖逆筑地下结构。

背景技术

20世纪90年代，洞桩法首次在北京地铁复八线得到成功应用，取得了很好的地层控制效果，随后在北京地铁4号线、10号线一期得到了大范围应用，积累了大量经验，目前已成为北京地铁暗挖车站的主流工法。

通过十几年的发展，现阶段的洞桩法与早期洞桩法在设计思路和施工方法方面都有很大差异，如早期复八线王府井和东单站采用“导洞+桩基+临时中柱”法进行施工，通过在上层开挖3个小导洞，施作边桩、中间临时支柱和梁，支撑上弧初期支护，形成两拱一柱临时支撑体系，然后采用顺筑法进行主体土方开挖和二衬施作，由两拱一柱临时支护转换为三拱两柱的永久结构；再到天安门西站采用“小导洞+条基”方法进行施工，与东单站和王府井站不同之处在于改桩基为条基，通过增设下层导洞，施作条基基础，同时抛弃临时中柱方案，直接利用钢管柱作为支撑，改顺筑为逆筑，用结构板当支撑，减少了力的转换等；而在劲松站采用了“导洞+桩基”法，同时边桩普遍采用钻孔灌注桩进行施工；到了现阶段，北京地铁6，7号线的洞桩法车站设计基本上延续了天安门西站的设计思路和施工方法，但也有很多不同之处，如在两中柱下方的底纵梁之间及边桩与中柱下方的底纵梁和条基之间都增加了横向连接，形成十字条形基础，使得整体性得到加强。该工法综合了暗挖明挖和盖挖法的优势，以结构受力明确，工序转换少，控制地表沉降好等优点，得到了广泛认可和推广。

目前“洞柱”工法二次衬砌的施工顺序有三种方式：全逆筑法、全顺筑法、半顺半逆筑法。宣武门站二衬采用全逆筑法，东单站二衬采用全顺筑法，劲松站二衬采用半顺半逆筑法，即站厅(台)顺筑、整体逆筑。

洞柱逆筑法虽然节省了许多临时横撑，但是在逆筑施工缝处由于受空间限制，施工中存在防水板的预留和保护困难、施工缝处的防水质量不容易保证等难题。因此，在逆筑施工缝处很容易产生渗漏水。逆筑结构施工缝处下部混凝土时，由于混凝土凝固收缩，在施工缝处很难浇灌密实而出现空隙，从而造成质量缺陷和安全隐患，影响结构实体质量和正常使用。

钢管混凝土柱是结构中的主要承载构件，钢管柱混凝土的质量，关系到整个结构的安全与稳定。因导洞断面较小，受作业空间限制，钢管柱的安装精度和钢管柱混凝土施工的质量较难保证。由于导洞净空限制，钢管柱需分节，从而节点数较多，因此对钢管柱连接节点的质量需要严格控制，且中柱需采用钢管柱，在十分狭窄的小导洞内进行钢管柱的运输加工、定位测量、吊装固定等作业，施工难度大，作业环境差，定位精度和差异沉降控制要求高，且梁柱节点构造复杂，节点能否实现内力的有效传递，取决于节点的构造设计、施工精度和施工质量。

洞柱顺筑法往往采用横向钢支撑，封闭环境下钢支撑的运输安装难度大，施工速度慢，造价高。

综上所述，目前“洞柱”工法采用逆筑法存在钢管柱的运输加工、定位测量、吊装固定等作业，施工难度大，作业环境差，定位精度和差异沉降控制要求高、梁柱节点构造复杂的缺点；采用传统顺筑法存在横向钢支撑运输安装难度大，施工速度慢，造价高的缺点。

实用新型内容

本实用新型提供了一种洞柱暗挖逆筑地下结构，旨在解决现有技术中洞柱暗挖逆筑地下结构存在的上述问题。

本实用新型是这样实现的：

一种洞柱暗挖逆筑地下结构，其特征在于，包括上导洞、下导洞、主拱初支、永久柱、顶纵梁、底纵梁和底板；

所述上导洞远离所述下导洞的一侧设置所述主拱初支；

两侧的所述上导洞和对应的所述下导洞之间设置有边桩；

中部的所述下导洞远离所述上导洞的一侧设置所述底纵梁；

中部的所述上导洞远离所述下导洞的一侧设置所述顶纵梁；

相邻两个所述下导洞之间设置所述底板；

中部的所述上导洞和对应的所述下导洞之间设置所述永久柱；

所述永久柱之间，和所述永久柱与所述边桩之间固定设置有中板；

所述永久柱为方柱或钢管柱。

在本实用新型的一种实施例中，所述永久柱和所述中板的连接处形成节点，在所述节点靠近所述下导洞的一侧设置有牛腿。

在本实用新型的一种实施例中，所述永久柱的两侧设置有中纵梁，两根所述中纵梁形成双梁结构。

在本实用新型的一种实施例中，所述导洞具有导洞初支，所述导洞初支的上方设置有小导管。

在本实用新型的一种实施例中，所述下导洞在所述边桩的下侧还设置有下边桩内条基。

本实用新型的有益效果是：通过本实用新型提供的洞柱暗挖逆筑地下结构可完全规避钢管柱在狭窄导洞内的运输加工、定位测量、吊装固定等作业，施工难度大，作业环境差，定位精度和差异沉降控制要求高、梁柱节点构造复杂的施工难题，施工难度大大降低，施工速度加快，风险更加可控。尤其是永久柱、牛腿和双梁的设置可以增加整体强度，提供吊装的受力基础，方便了导洞内物资运输，有效控制了差异沉降。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施方式提供的洞柱暗挖逆筑地下结构的横向剖面图；

图2是本实用新型实施方式提供的洞柱暗挖逆筑地下结构的施工方法的步骤一时的横向剖面图；

图3是本实用新型实施方式提供的洞柱暗挖逆筑地下结构的施工方法的步骤二时的横向剖面图；

图4是本实用新型实施方式提供的洞柱暗挖逆筑地下结构的施工方法的步骤三时的横向剖面图；

图5是本实用新型实施方式提供的洞柱暗挖逆筑地下结构的施工方法的步骤四时的横向剖面图；

图6是本实用新型实施方式提供的洞柱暗挖逆筑地下结构的施工方法的步骤五时的横向剖面图；

图7是本实用新型实施方式提供的洞柱暗挖逆筑地下结构的施工方法的步骤六时的横向剖面图；

图8是本实用新型实施方式提供的洞柱暗挖逆筑地下结构的施工方法的步骤七时的横向剖面图；

图9是本实用新型实施方式提供的洞柱暗挖逆筑地下结构的施工方法的步骤八时的横向剖面图；

图10是本实用新型实施方式提供的洞柱暗挖逆筑地下结构破除下部临时支柱时的侧向剖视图；

图11是本实用新型实施方式提供的洞柱暗挖逆筑地下结构的纵向结构示意图。

图标：1-导洞初支；2-主拱初支；3-小导管；4-顶纵梁；5-冠梁；6-中板；7-边桩；8-永久柱；9-牛腿；10-底板；11-下边桩内条基；12-底纵梁；13-中柱条基；14-临时中柱；15-临时支撑；16-主拱二衬；17-中纵梁。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

在本实用新型中，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。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

本实施例提供了一种洞柱暗挖逆筑地下结构，请参阅图1和图11，这种洞柱暗挖逆筑地下结构包括上导洞、下导洞、主拱初支2、永久柱8、顶纵梁4、底纵梁12和底板10；

导洞仅在主拱和底板10层设置，其横向数量是根据拟建地下空间跨数及横向柱网确定的，当拟建地下结构为n跨时，在其中柱处分别设置(n-1)个导洞。在本实施例中，拟建地下结构为三跨，中柱处分别设置两个导洞，结合两侧的导洞，即一个横向剖面上具有四个上导洞和四个下导洞。

上导洞和下导洞均具有导洞初支1，导洞初支1的上方设置有小导管3，小导管3用于注浆超前加固，保证导洞初支1的强度。

上导洞远离下导洞的一侧设置主拱初支2；主拱初支2包括中间两个上导洞之间的中拱和两侧的两个上导洞与中间上导洞之间的边拱。主拱初支2靠近下导洞的一侧还设置有主拱二衬16。

在两侧的上导洞和对应的下导洞之间设置有边桩7，下导洞在边桩7的下侧还设置有下边桩内条基11。

在中部的下导洞远离上导洞的一侧设置有纵向的底纵梁12；

中部的上导洞远离下导洞的一侧设置顶纵梁4，具体的，顶纵梁4设置在中拱和边拱之间；

相邻两个下导洞之间设置底板10，具体的，底板10铺设在洞柱暗挖逆筑地下结构的底部的两侧的边桩7之间，其间与底纵梁12固定连接。

中部的上导洞和对应的下导洞之间设置的永久柱8，永久柱8为方柱或钢管柱。其中方柱形态的永久柱8采用钢筋混凝土，可以保证足够的强度。永久柱8提高连接质量。在上导洞和下导洞中间的位置设置有中板6，中板6与永久柱8垂直设置，从横截面角度，中板6设置于相邻的永久柱8之间，以及永久柱8与边桩7之间。

永久柱8和中板6的连接处形成节点，在节点靠近下导洞的一侧设置有牛腿9，牛腿9作为中纵梁17的支座。在牛腿9上，永久柱8的两侧设置有中纵梁17，两根中纵梁17形成双梁结构。

通过本实用新型提供的洞柱暗挖逆筑地下结构，完全规避钢管柱在狭窄导洞内的运输加工、定位测量、吊装固定等作业，施工难度大，作业环境差，定位精度和差异沉降控制要求高、梁柱节点构造复杂的施工难题，施工难度大大降低，施工速度加快，风险更加可控。

实施例二

本实施例提供了一种洞柱暗挖逆筑地下结构的施工方法，请参阅图2-图11，这种施工方法在房屋下方辐射范围内进行暗挖，其余部分为明挖，用于修建实施例一中的洞柱暗挖逆筑地下结构，包括步骤：

步骤一：请参阅图2，由横通道开挖施工上导洞及下导洞；先开挖两侧的导洞，后开挖中部的导洞；先开挖下导洞，后开挖上导洞，施工中，初支背后及时回填注浆，并进行实时监控量测，导洞到头后进行端头封堵；上导洞和下导洞开挖前，打设大管棚、小导管3或深孔注浆超前加固地层，并对破口进洞区域的横通道增加必要的加固措施。开挖前，开挖导洞并支护。

步骤二：请参阅图3，下导洞贯通后，在中部的下导洞内施工部分底板10、底纵梁12和防水层，预留底板10接驳钢筋，实施永久柱8的钢筋的预埋，在两侧的下导洞贯通后施工边桩7条基作为边桩7基础，在中部的下导洞贯通后施工边桩7基础底板10和底纵梁12作为中柱条基13，在地基承载力不足的情况下可采取注浆、树根桩和灌注桩等地基加固措施。

步骤三：请参阅图4，在上导洞内向下导洞延伸方向进行临时中柱14和边桩7的施工，在两侧的上导洞内浇筑桩顶冠梁5，在中部的上导洞内浇筑顶纵梁4，设置防水层，预留二衬顶拱钢筋接驳，防水层预留接槎，在上导洞内施工主拱初支2，上导洞内回填施工；开挖过程中采用临时中柱14作为顶纵梁4的支座，临时中柱14采用人工挖孔进行施工，与永久柱8错开布置，边桩7采用人工挖孔施工，其基础形式及地基加固措施与中柱保持一致。请参阅图11，纵向上，两根临时中柱14之间夹设一根永久柱8。具体的，在中部的上导洞内还设置临时支撑15便于临时中柱14的施工。

步骤四：请参阅图5，由横通道内打设主拱拱顶小导管3，预注浆加固地层，对称开挖两边拱并支护，中拱施工和边拱错开一定纵向距离施工，施工中同时对主拱初支2的背后进行注浆并进行实时监控量测；

步骤五：请参阅图6，待主拱初支2达到设计强度后，拆除永久结构断面范围内导洞格栅，施工主拱二衬16、侧墙和防水层，预留钢筋与后续结构接驳，防水层预留接槎；导洞格栅钢架纵向拆除长度应根据监控量测严格控制，不应大于6m。

步骤六：请参阅图7和图10，继续向下开挖土层到中板6底标高，平整地模，浇筑中板6、中纵梁17、上层侧墙结构和铺设防水层，地下一层封闭成环，临时中柱14和永久柱8范围的中板6待后期浇筑；设置型钢牛腿9作为中纵双梁支座，按设计要求将中纵双梁侧面预埋钢筋与临时中柱14节点有效连接；具体的，临时中柱14和永久柱8两侧分别设置型钢牛腿9和钢砼牛腿9作为中柱两侧中纵双梁的支座，开挖期间临时中柱14和永久柱8范围局部留洞，临时中柱14在永久柱8达到强度后破除，留洞范围中板6在车站主体结构封闭后再浇筑。

步骤七：请参阅图8，继续向下开挖土层到底板10标高，破除主体结构范围内的下导洞，铺设垫层、防水层，浇筑底板10和侧墙结构；土方开挖应采用中拉槽、后剔边的方式施工。为避免对坑底土的较大扰动，机械开挖只能挖至垫层以上300mm位置，其余采用人工挖除；随开挖施工桩间网喷支护。

步骤八：请参阅图9，浇筑永久柱8、牛腿9及永久柱8范围的中板6，重点振捣梁柱节点部分的混凝土，并使得中纵梁17与牛腿9密贴，顶纵梁4与永久柱8紧密连接；待永久柱8达到设计强度后，自上而下破除临时中柱14，浇筑临时中柱14范围的中板6；

步骤九：施工车站内部结构。

总体而言，在与拟建地下结构侧墙和中柱顶底部，沿地下结构纵向设置单拱直墙导洞，在导洞内施工边桩7、临时中柱14、条基、顶纵梁4和冠梁5，然后分段施工主拱二衬16，形成一道位于拟建地下空间顶部的永久横向受力多拱多跨结构，并与冠梁5连接形成永久横向拱盖-边桩7-临时中柱14承载体系，在此体系的保护下，逆筑单跨或多跨，单层或多层地下空间结构，地下空间结构封闭成型后，浇筑永久中柱，破除临时中柱14，浇筑临时中柱14和永久中柱在开挖过程中留洞范围的剩余中板6。

在本实施例中，结构二衬的浇筑顺序依次是主拱、中板6及侧墙、底板10及侧墙，侧墙先浇与后浇部位接头采用漏斗浇筑法施工，依靠浇筑压力和振捣棒振捣将混凝土浇筑密实，其施工缝处采用一道注浆管，两道水膨性聚氨酯止水胶及施工缝表面涂刷水泥基渗透结晶防水涂料。

通过本实用新型提供的洞柱暗挖逆筑地下结构可完全规避钢管柱在狭窄导洞内的运输加工、定位测量、吊装固定等作业，施工难度大，作业环境差，定位精度和差异沉降控制要求高、梁柱节点构造复杂的施工难题，施工难度大大降低，施工速度加快，风险更加可控。尤其是永久柱8、牛腿9和双梁的设置可以增加整体强度，提供吊装的受力基础，方便了导洞内物资运输，有效控制了差异沉降。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

一种洞柱暗挖逆筑地下结构论文和设计

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