地铁暗挖车站地面预锚和洞内成环安全快速建造方法

1.本发明涉及地铁建造技术领域，特别涉及地铁暗挖车站地面预锚+洞内成环安全快速建造方法。

背景技术：

2.地铁暗挖车站属于典型的“浅埋、大跨”隧道工程，因施工处于城市建筑密集区，对工程安全要求更高。此类工程往往具有较大风险，尤其是在隧道拱部有存在隐伏不稳定块体的情况。短锚索(锚杆)施工难以穿透围岩中潜在的危块，达不到预期支护效果。为应对此类风险，采用长锚杆或锚索是一种原理上有效的方法，但大跨隧道分块施工一般不具备长锚索施工所需施做空间，且施做费时，较少采用。
3.当前的实际工程中，往往采用台阶法、cd法、crd法等施工工法来提升施工安全性。但此类工法工序复杂，分块开挖尺寸较小，支护设计较为密集，施工组织复杂，使洞内空间并不具备长锚索施工的条件。工程安全与效率冲突的矛盾十分突出，成为制约暗挖车站安全高效施工的瓶颈问题。
4.对于地铁暗挖车站，目前往往只看到了其“浅埋、大跨”特征的危害或不利的一面，没有利用好该便利条件。研究显示，在浅埋条件下隧道围岩内部一般存在开挖轮廓周边的“锚固承载拱”及上部宏观结构上的“地层拱”双拱结构，尤其在构造应力作用下“地层拱”更为显著。而传统的支护并未能很好的利用好这一“地层拱”。

技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种地铁暗挖车站地面预锚和洞内成环安全快速建造方法，可以通过发明新的支护方式，强化“锚固承载拱+地层拱”双拱结构，进一步保证工程安全；同时，浅埋还为先从地面钻孔预锚提供了条件，即可先从地面采取有力措施进一步革新工法技术，从而促进洞内施工力量的解放，形成更大效益。
6.为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
7.地铁暗挖车站地面预锚和洞内成环安全快速建造方法，包括以下步骤：
8.在车站开挖之前，从地面往下钻孔并在孔内完成带套管预应力锚索的施工；
9.进行车站开挖，按照弧形托梁与纵梁；
10.当车站开挖推进设定距离后露出预应力锚索下端，将锚索下端与弧形托梁、纵梁相连，在洞内拱顶处闭合成环，再从地面张拉锚索施加预应力，利用地层宏观稳定结构对拱部潜在不稳定围岩体进行控制在车站开挖后，在洞内拱顶处封闭成一环形支护结构。
11.作为进一步的技术方案，所述带套管预应力锚索的施工依次包括钻孔、下带套管预应力锚索和锚固三个步骤，其中所述锚固是下带套管预应力锚索之后在钻孔内置入灌浆管，向钻孔内灌满锚固砂浆，用来防水和加固地层。
12.作为进一步的技术方案，所述的钻孔钻至车站设计开挖轮廓线以下。
13.作为进一步的技术方案，所述钻孔沿车站轴向依次布置。
14.作为进一步的技术方案，所述预应力锚索的外侧由套管包裹，预应力锚索的端头配有轴力计，用于监测轴力大小。
15.作为进一步的技术方案，当车站开挖到预应力锚索位置时，取下下端套管，通过锚梁连接组件将预应力锚索下端和弧形托梁连接，并且弧形托梁左右两端用锁梁锚杆固定在围岩上，在洞内拱顶处封闭成一环形支护结构。
16.作为进一步的技术方案，在安装弧形托梁的同时，采用相同方式沿车站纵向安装纵梁，与弧形形成立体组合结构，共同承担围岩压力。
17.作为进一步的技术方案，所述弧形托梁形状与车站拱顶开挖轮廓线一致，两端长度至车站顶部拱腰位置，其中间顶部开设有孔，该孔与锚索相连；其两端也开设有孔，该孔与锁梁锚杆。
18.作为进一步的技术方案，所述锚梁连接组件包括锁具和套管，所述套管穿过弧形托梁顶部的孔，预应力锚索穿过套管，预应力锚索下端和弧形托梁用锁具固定锁紧，配合焊接，闭合成环形支护结构。
19.作为进一步的技术方案，采用喷射混凝土把弧形托梁、纵梁喷在内部，作为支护结构的一部分。
20.本发明专利的有益效果是：
21.(1)施工更加安全。通过在车站开挖之前从地面往下钻孔施作锚索，解决了目前隧道内长锚索施工空间不足和短锚索难以穿透危块造成支护效果差的问题。
22.(2)提高施工效率。通过锚索和托梁连接固定形成环形支护结构后，支护结构与围岩共同受力，使洞内空间更稳定，便于实现“超大断面”的开挖方案。“大分块大进尺”施工，为使用大型机械设备施工提供了足够空间，解决了目前“劳动工人短缺”问题，减少成本的同时又缩短了工期。
23.(3)解放洞内施工力量。通过将常规工法中在洞内施作的部分支护措施转移至地面预施工，减少洞内支护密度，既使得施工组织更加合理高效。
24.(4)拱部地质勘察提供补充。通过勘察钻孔记录或提取出来的地下岩土体的岩芯，可及时掌握地面至拱顶的地层岩性、坚硬程度、地质构造、地下水等，为相应的工程设计和施工提供依据。
25.(5)可推广性高。可该方法适用于硬岩、软岩、土等各类地层地下结构建造，尤其适用于建筑密集且对安全要求较高的城市地铁暗挖车站。
附图说明
26.图1为本发明提出的建造方法施工全景图；
27.图2为本发明提出的建造方法总体工序图；
28.图3为本发明提出的锚索和托梁结构示意图；
29.图4为本发明提出的洞内施工图。
30.图5为本发明提出的增设钻孔位置图；
31.图中，1路面绿化带，2锚固砂浆，3锚索，4超前导洞开挖，5弧形托梁，6纵梁，7松动危石，8锚杆支护，9锁梁锚杆，10大分块开挖，11锁具，12钻孔孔道，13左右增设钻孔位置，14张拉，15轴力传感器，16pvc套管，17喷层支护，18托盘，19锚固基础。
具体实施方式
32.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
33.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
34.为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
35.正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种地铁暗挖车站地面预锚和洞内成环安全快速建造方法。
36.本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，地铁暗挖车站地面预锚+洞内成环安全快速建造方法，其总体工序为钻孔、下锚索、锚固、洞内开挖、安装弧形托梁及纵梁、施加预应力、洞内支护等，具体包括以下步骤：
37.步骤1在车站开挖之前，从地面往下钻孔并在孔内完成带套管预应力锚索3的施工；位于地面端的锚索3通过锁具11、托盘18等锁紧。
38.步骤2采用超前导洞开挖法进行车站开挖，并且安装弧形托梁5和纵梁6；如图1所示，按照图中所示的
①→②→③→④
的顺序进行开挖，且在
①
开挖之后，就要进行弧形托梁5和纵梁6的安装。
39.步骤3在
①
开挖后，通过锚梁连接组件将预应力锚索3的下端和弧形托梁5、纵梁6连接，然后从地面张拉预应力锚索3施加预应力，在洞内拱顶处封闭成一环形支护结构。
40.以上为一个施工循环，后续循环采用以上方式实施，实现隧道的开挖与支护。
41.通过在车站开挖之前从地面往下钻孔施作锚索，解决了目前隧道内长锚索施工空间不足和短锚索难以穿透危块造成支护效果差的问题。通过锚索和托梁连接固定形成环形支护结构后，支护结构与围岩共同受力，使洞内空间更稳定，便于实现“超大断面”的开挖方案。“大分块大进尺”施工，为使用大型机械设备施工提供了足够空间，解决了目前“劳动工人短缺”问题，减少成本的同时又缩短了工期。
42.进一步的，本发明中地面预锚主要是指在车站开挖之前，从地面往下钻孔并在孔内完成带套管预应力锚索第一阶段施工。所述洞内成环主要指车站开挖后，通过锚梁连接组件将锚索下端和弧形托梁、纵梁连接，然后从地面张拉锚索施加预应力，在洞内拱顶处封闭成一环形支护结构，防止拱部潜在不稳定围岩塌落，为安全施工提供保障。
43.进一步的，所述地面预锚包括三个步骤，具体为钻孔、下带套管预应力锚索、锚固等，所述钻孔施工可在地面绿化带1内进行，尽量不影响地面交通，具体的，钻孔主要是指在车站开挖之前，使用钻机从地面往下按照隧道设计埋深钻孔，钻至车站设计开挖轮廓线以下0.5m左右，且进行多次钻孔，多个钻孔沿车站轴向方向布置，孔的间距一般可取1～2m，孔径一般可取φ50mm～φ100mm。下带套管预应力锚索是指将pvc套管16包裹的锚索置入钻好
孔内。锚索3的外侧由pvc套管16包裹，锚索3的端头配有轴力传感器15，用于监测轴力大小，锚索3的中下部用高强度保护管包裹以尽量减少爆破对锚索的破坏。所述锚固是下锚索3之后在孔内置入灌浆管，向孔内灌满锚固砂浆，用来防水和加固地层。
44.进一步的，上述的pvc套管可隔绝锚索和锚固砂浆，以便后期张拉锚索施加预应力。
45.进一步的，具体的，洞内成环施工方法如下:
46.当车站开挖到锚索3所在的位置时，取下锚索3下端的保护管，通过锚梁连接组件将锚索下端和弧形托梁5连接，并且弧形托梁5左右两端用锁梁锚杆9固定在围岩上，在洞内拱顶处封闭成一环形支护结构。
47.在安装弧形托梁5的同时，采用相同方式沿车站纵向安装纵梁6，与弧形托梁5形成立体组合结构，共同承担围岩压力，防止整体沉降，利用空间约束作用来提高支护能力。进一步的，纵梁6为钢结构，相邻两组纵梁6采用焊接等方式固定。
48.本实施例中施加预应力的具体方法如下：
49.在锚索3和弧形托梁5、纵梁6连接好后，在地面用千斤顶张拉锚索3，并通过锚具11锁定。此时，弧形托梁5和纵梁6也被施加了预应力，整体结构对拱部起到较大的支护作用。
50.优选地，上述弧形托梁6的形状与车站拱顶开挖轮廓线一致，两端长度至车站顶部拱腰位置，材质为钢结构，其中间顶部开设有孔，孔径略大于锚索3，以便于和锚索3连接固定；其两端也开设有孔，孔径略大于锁梁锚杆9，以便于和锁梁锚杆9连接固定。
51.优选地，锚梁连接组件包括锁具11和托盘18，pvc套管16穿过弧形托梁5顶部的孔，锚索3穿过pvc套管16，锚索3的下端和弧形托梁5用锁具11和托盘18固定锁紧，配合焊接，闭合成环形支护结构。
52.进一步的，在整个车站支护完成后，最后采用喷射混凝土把弧形托梁、纵梁等喷在内部，作为支护结构的一部分，具体参见图4的喷层支护17；
53.洞内支护一般为锚杆、钢筋网、钢拱架、喷混凝土等支护措施；而相比传统工法，采用该建造方法后可以减少以上支护材料的用量。
54.本发明通过将常规工法中在洞内施作的部分支护措施转移至地面预施工，减少洞内支护密度，既使得施工组织更加合理高效。通过勘察钻孔记录或提取出来的地下岩土体的岩芯，可及时掌握地面至拱顶的地层岩性、坚硬程度、地质构造、地下水等，为相应的工程设计和施工提供依据。该方法适用于硬岩、软岩、土等各类地层地下结构建造，尤其适用于建筑密集且对安全要求较高的城市地铁暗挖车站。
55.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.地铁暗挖车站地面预锚和洞内成环安全快速建造方法，其特征在于，如下：在车站开挖之前，从地面往下钻孔并在孔内完成带套管预应力锚索的施工；进行车站开挖，按照弧形托梁与纵梁；当车站开挖推进设定距离后露出预应力锚索下端，将锚索下端与弧形托梁、纵梁相连，在洞内拱顶处闭合成环，再从地面张拉锚索施加预应力，利用地层宏观稳定结构对拱部潜在不稳定围岩体进行控制在车站开挖后，在洞内拱顶处封闭成一环形支护结构。2.如权利要求1所述的地铁暗挖车站地面预锚和洞内成环安全快速建造方法，其特征在于，所述带套管预应力锚索的施工依次包括钻孔、下带套管预应力锚索和锚固三个步骤，其中所述锚固是下带套管预应力锚索之后在钻孔内置入灌浆管，向钻孔内灌满锚固砂浆，用来防水和加固地层。3.如权利要求2所述的地铁暗挖车站地面预锚和洞内成环安全快速建造方法，其特征在于，所述的钻孔钻至车站设计开挖轮廓线以下。4.如权利要求2所述的地铁暗挖车站地面预锚和洞内成环安全快速建造方法，其特征在于，所述钻孔沿车站轴向依次布置。5.如权利要求1所述的地铁暗挖车站地面预锚和洞内成环安全快速建造方法，其特征在于，所述预应力锚索的外侧由套管包裹，预应力锚索的端头配有轴力计，用于监测轴力大小。6.如权利要求1所述的地铁暗挖车站地面预锚和洞内成环安全快速建造方法，其特征在于，当车站开挖到预应力锚索位置时，取下下端套管，通过锚梁连接组件将预应力锚索下端和弧形托梁连接，并且弧形托梁左右两端用锁梁锚杆固定在围岩上，在洞内拱顶处封闭成一环形支护结构。7.如权利要求1所述的地铁暗挖车站地面预锚和洞内成环安全快速建造方法，其特征在于，在安装弧形托梁的同时，采用相同方式沿车站纵向安装纵梁，与弧形形成立体组合结构，共同承担围岩压力。8.如权利要求1所述的地铁暗挖车站地面预锚和洞内成环安全快速建造方法，其特征在于，所述弧形托梁形状与车站拱顶开挖轮廓线一致，两端长度至车站顶部拱腰位置，其中间顶部开设有孔，该孔与锚索相连；其两端也开设有孔，该孔与锁梁锚杆。9.如权利要求1所述的地铁暗挖车站地面预锚和洞内成环安全快速建造方法，其特征在于，所述锚梁连接组件包括锁具和套管，所述套管穿过弧形托梁顶部的孔，预应力锚索穿过套管，预应力锚索下端和弧形托梁用锁具固定锁紧，配合焊接，闭合成环形支护结构。10.根据权利要求1所述的地铁暗挖车站地面预锚+洞内成环安全快速建造方法，其特征在于，采用喷射混凝土把弧形托梁、纵梁喷在内部，作为支护结构的一部分。

技术总结

本发明提供了一种地铁暗挖车站地面预锚和洞内成环安全快速建造方法，属于地铁建造技术领域。车站开挖前，使用钻机从地面向下钻孔至车站设计开挖轮廓线以下，而后在孔内置入带套管锚索，在孔内灌满锚固砂浆，完成锚索施工。超前导洞开挖推进一定距离后露出锚索下端，将锚索下端与弧形托梁与纵梁相连，在洞内拱顶处闭合成环，再从地面张拉锚索施加预应力，利用地层宏观稳定结构对拱部潜在不稳定围岩体进行控制。本发明极大提升了隧道拱部围岩稳定性和隧道施工安全性，为采用大分块、大进尺和机械化创造了条件，并且解放了洞内施工力量，解决了暗挖车站安全与效率冲突问题，可推广至各类地层。类地层。类地层。