城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统及施工方法

摘要

本发明提供了一种城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统以及一种城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统施工方法。该城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统包括外环支护、内环支护以及内外环连接构件，外环支护设置在多条轨道交通线路的接驳处，内环支护与外环支护同心设置，内环支护为大环梁内环支护，用于代替对撑体系以提高支护系统的整体刚度。本发明采用多环受力体系结构布局合理，支护系统整体刚度大，变形控制效果好，充分利用了混凝土的抗压性能，把支护结构的外侧水土压力转换成支撑构件的受压承载力，同时，本发明还具有施工效率高，节省工期，内环支护内侧不设置对撑结构，最大程度地增加了土方出土空间。

说明书

技术领域

本发明涉及轨道交通建设技术领域，更具体地说，特别涉及一种城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统以及一种城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统施工方法。

背景技术

现今城市轨道交通快速发展，轨道交通线路向网状化发展，双线、多线换乘站越来越普遍，换乘站功能形式多样，各线路车站的实施顺序又分为同期和分期，施工条件复杂。标准地铁站为长方形结构，受力及设计简单，而换乘节点的设计却是重难点，目前没有统一、标准、有效地施工方法。

目前，传统的地铁支护方法采用分坑对撑支护体系，在同期或者分期施工作业过程中，需在换乘节点处设置分隔墙以避免出现大阴角的不利受力体系。

请参考图1和图2，其中，图1为现有技术中两条轨道交通线路在换乘站处的相交结构示意简图；图2为现有技术中两条轨道交通线路在换乘站处采用分坑对撑支护体系进行施工时支护体系的示意简图。

在图1中，两条轨道交通线路a相交，在线路相交的四个角点处均存在受力阴角，两侧需设置分隔墙将基坑分割成多个规则的基坑b，分期实施，需待先期基坑主体结构施工完毕后方可开挖后期基坑，该种方法对同期实施的基坑工期影响较大，分隔墙c的设置和凿除均增加工程费用和工程施工工序。在基坑内采用对撑体系d，对撑体系中支撑间距为出土空间，一般砼支撑为6至8米，下侧钢支撑间距为3至4米，出土效率有限。

因此，分坑对撑支护体系的缺点总结如下：1、多线相交，因换乘节点不规则而存在阴角，需设置分隔墙分割成多个规则基坑，增加临时分隔墙会增大建设费用，导致施工工序繁琐、施工工期长等问题；2、采用对撑，支撑间距较密(约3米)，出土空间有限，施工效率较低。

发明内容

综上所述，如何解决由于传统技术中轨道交通线路多线相交而存在阴角结构所造成的施工工序繁琐等问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

为了解决现有技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统施工方法，在该城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统施工方法中，本发明包括如下步骤：

步骤一、设置圆形或多边形的外环支护，通过所述外环支护与城市轨道交通换乘站换乘节点处进行换乘的轨道交通线路接驳，用于消除阴角结构；

步骤二、设置环梁结构的内环支护，用于提高支护系统的整体刚度；

步骤三、设置内外环连接构件，用于实现所述外环支护与内环支护的连接。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统施工方法中，本发明还包括：前置操作一、获取轨道交通线路交叉所形成的虚拟形状的形心，以所述形心作为所述外环支护以及所述内环支护的受力圆心。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统施工方法中，本发明还包括：前置操作二、根据地层特征确定所述外环支护的类型，并根据基坑周边建筑物距离以及管线迁改空间确定所述外环支护的施工范围。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统施工方法中，本发明还包括：步骤四、设置腰梁以及冠梁，用于提高对基坑的防护以及提高所述支护系统的刚度。

本发明还提供了一种城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统，该城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统包括：

外环支护，所述外环支护为圆形或者多边形环状支护，用于设置在多条轨道交通线路的接驳处；

内环支护，所述内环支护与所述外环支护同心设置，所述内环支护为大环梁内环支护，用于代替对撑体系以提高支护系统的整体刚度；

内外环连接构件，所述内外环连接构件设置在所述外环支护与所述内环支护之间并与所述外环支护以及所述内环支护连接，用于实现所述外环支护与内环支护的连接。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统中，所述外环支护的受力圆心与轨道交通线路交叉所形成的虚拟形状的形心同心。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统中，所述内外环连接构件为边桁架系统。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统中，本发明还包括：板撑，设置于所述外环支护外侧的传力需要处。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统中，本发明还包括：所述内环支护在高度方向上设置有多道，相邻的两道所述内环支护之间设置有格构柱。

优选地，在本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统中，各个所述内环支护与所述外环支护之间均设置有所述内外环连接构件。

本发明的有益效果如下：

本发明提供了一种城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统以及一种城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统施工方法。该城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统包括外环支护、内环支护以及内外环连接构件，外环支护设置在多条轨道交通线路的接驳处，内环支护与外环支护同心设置，内环支护为大环梁内环支护，用于代替对撑体系以提高支护系统的整体刚度。

本发明的优点总结如下：1、多环受力体系结构布局合理，支护系统整体刚度大，变形控制效果好，充分利用了混凝土的抗压性能，把支护结构的外侧水土压力转换成支撑构件的受压承载力；2、施工效率高，节省工期，内环支护内侧不设置对撑结构，最大程度地增加了土方出土空间(土方通常为基坑进度的重要控制工序)，有效提高施工效率；3、经济合理，同期实施换乘站可取消隔离墙，避免基坑分期实施，优化了隔离墙的凿除工序，既能大大缩短施工工期，又可以优化隔离墙工程量，优化工程造价；4、适用性强，可适用于于T型、L型、X型等各种角度的换乘车站的换乘节点，根据现场条件确定外环支护(多边形)R，根据刚度要求及主体结构柱网分布确定内环支护直径r，根据竖向受力需求确定内环支护的环梁道数x，通过以上几个参数形成双线或者多线换乘大节点支护标准化设计。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为现有技术中两条轨道交通线路在换乘站处的相交结构示意简图；

图2为现有技术中两条轨道交通线路在换乘站处采用分坑对撑支护体系进行施工时支护体系的示意简图。

在图1和图2中，附图标记说明如下：

轨道交通线路a、基坑b、分隔墙c、对撑体系d。

图3为本发明实施例城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统的示意简图。

在图3中，附图标记说明如下：

外环支护1、外环支护结构构件11、外环支护辅助构件12、内环支护2、内外环连接构件3、环向支撑主梁31、桁架次梁32、板撑4、主体结构柱5。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，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的具体含义。

城市地下工程规模迅速扩张并连接成网，为避免对地面环境及交通造成影响，暗挖隧道工程越来越成为城市地下工程的主要施工方法，确保暗挖施工安全并减小暗挖工程开挖对周边建构筑物的影响成为了暗挖工程需要解决的关键问题。

请参考图3，图3为本发明实施例城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统的示意简图。

本发明提供了一种城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统施工方法，在该城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统施工方法中，其具体包括如下步骤：

前置操作一、获取轨道交通线路交叉所形成的虚拟形状的形心，以形心作为外环支护1的受力圆心；

前置操作二、根据地层特征确定外环支护1的类型，并根据基坑周边建筑物距离以及管线迁改空间确定外环支护1的施工范围，施工范围的确定应当满足在实际施工作业过程中不会对周边建筑物以及管线迁改空间造成施工影响的条件；

步骤一、设置圆形或多边形的外环支护1，通过外环支护1与轨道交通线路接驳，用于消除阴角结构；

步骤二、设置环梁结构的内环支护2，用于代替对撑体系以提高支护系统的整体刚度；

步骤三、设置内外环连接构件3，用于实现外环支护1与内环支护2的连接。

步骤四、设置腰梁以及冠梁，用于提高对基坑的防护与支护系统的刚度。

在前置操作二中，根据地层特征和基坑深度确定外环支护1的类型，外环支护1的类型一般包括有连续墙支护、钻孔桩支护、咬合桩支护等多种支护类型，对于地下水丰富、基坑深的情况，则采用连续墙支护类型。另外，根据现场施工环境以及使用要求，在采用连续墙支护类型时，连续墙可以是一个完整的环形墙体结构，也可以是设置在轨道交通线路之间的多段弧形墙，在采用多段弧形墙时，全部的弧形墙位于同一个虚拟的圆环内。

本发明中：外环支护1采用灌注桩时，外环支护1可以采用圆环结构；外环支护1采用连续墙时，外环支护1优先采用多边形结构，其原因在于，连续墙采用直线型施工起来方便、可行；外环支护1采用钢筋笼时，钢筋笼为直线型结构，因此，外环支护1也优先采用多边形结构。

本发明主要是针对多条轨道交通线路换乘站节点处所实施的支护系统。

在前置操作一中，可以将轨道交通线路虚拟成两条平行线(一般在换乘站处为直线)，那么，多条轨道交通线路会在换乘站节点处交汇，相邻的两条虚拟线条交叉并形成一个交点，将全部的交点依次连接就能够形成一个封闭的图形，确定该封闭图形的形心后，将该形心作为后期外环支护1以及内环支护2的受力圆心。

本发明中所述的受力圆心具体是指：外环支护1受到基坑岩土压力时，压力的聚焦点。

一般情况下，本发明中外环支护1优选采用多边形或者圆形结构，这样可以将受力圆心理解为外环支护1的形心。确定外环支护1的受力圆心，其目的在于，能够使外环支护的各点受力基本一致，保证外环支护1结构的稳定，避免外环支护1局部受力过大而出现结构破坏的问题。

在本发明的一个具体实施方式中，轨道交通线路设置有两条，两条轨道交通线路之间具有一定的夹角，该夹角角度为72°，那么按照上述方法，两条轨道交通线路交叉所形成的虚拟图形为菱形，之后确定该菱形的形心作为外环支护1的受力圆心。

在前置操作二中，在进行前置操作二之前，技术人员会对施工场地的地质进行勘探，并根据具体的地层特征确定外环支护1的类型，这样具有针对性的施工，可以最大程度地保证外环支护1施工的顺利进行以及建成后使用的可靠性。

根据换乘站的实际设计尺寸开挖基坑，基坑周围会存在一些既有建构筑物以及地埋管线，那么，本发明就需要根据基坑周边建筑物距离以及管线迁改空间确定外环支护1的施工范围，以满足管线迁改的空间要求以及不会对周边建构筑物造成施工影响。

在步骤一中，根据基坑的开挖情况以及周围建构筑物的情况，确定外环支护1的形状，一般情况下，外环支护采用圆形或者多边形。外环支护1具有与轨道交通线路接驳的功能，外环支护1与城市轨道交通换乘站换乘节点处各轨道交通线路接驳，能够消除结构阴角，此时，外环支护与形心之间的距离大于各轨道交通线路相交的交点与形心之间的距离。

由于外环支护的形状可以在施工前进行设计，当外环支护采用多边形结构设计时，可以将外环支护1的侧边设计为与轨道交通线路的中线垂直，这样外环支护1与轨道交通线路之间的夹角为90°，其不存在阴角结构。

对外环支护1进行进一步优化，使得外环支护1的顶角位于轨道交通线路的两条虚拟线之间，那么外环支护1的侧壁与轨道交通线路之间的夹角始终大于90°，其完全不存在阴角结构。

当外环支护1采用圆形结构设计时，轨道交通线路的中心线穿过外环支护1的圆心，那么外环支护1与轨道交通线路之间的夹角最小也为90°，完全不存在阴角结构。

在步骤二中，本发明在外环支护1的内部设置内环支护2，内环支护2采用环梁结构设计，内环支护2的圆心与外环支护1的形心同心，设置内环支护2的作用为：将内环支护2与外环支护1刚性连接，从而增加支护系统整体的结构刚度。

并且，在本发明中，外环支护1以及内环支护2均为砼结构(钢筋混凝土结构)环形支护。

在步骤三中，设置内外环连接构件3，用于实现外环支护1与内环支护2的连接，优选地，本发明采用桁架结构实现内环支护2与外环支护1之间的连接。

在步骤四中，本发明还设置了腰梁以及冠梁，用于提高对基坑的防护与支护系统的刚度。

在其他的实施例中，对于外环支护1而言，其可以分为两个部分，一个是外环支护结构构件11，例如围护墙以及基桩，另一个是外环支护辅助构件12，例如腰梁以及冠梁。

腰梁是用在挡墙(外环支护1)上，在挡墙的中间高度上所设置的横向的梁，其可以把支撑挡墙的斜撑的一端固定在腰梁上，这样可以使斜撑对挡墙的支撑从一个点变为一条线，从而提高挡墙的稳定性。冠梁为设置在基坑周边支护(外环支护1)结构(多为桩和墙)顶部的钢筋混凝土连续梁，其作用其一是把所有的支护结构连到一起(如钻孔灌注桩，旋挖灌注桩等)，防止基坑(竖井)顶部边缘产生坍塌，且增加支护结构的整体性。

在本发明中，腰梁以及冠梁均是外环支护1的结构组成，其作用为提高外环支护1的结构强度。

本发明所提供的城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统，是一种用于T型、L型、X型等各种角度的换乘车站的换乘节点的支护系统。本发明中，支护系统采用多环支护结构体系，内环支护采用环梁结构设计，内外环连接构件采用边桁架支撑受力体系，内环支护与内外环连接构件可以代替传统的对撑体系(竖向根据计算设置环梁道数，通过格构柱竖向支撑)，外环支护结合周边控制性边界条件及换乘节点的大空间效果适当外扩外轮廓，使外侧支护墙形成圆型或者多边形体系，这样既可以取消阴角，又可以增大换乘大厅的空间。

上述的周边控制性边界条件一般是指：周边建筑物以及管线迁改空间对施工的距离要求等。

通过对支护系统施工方法的优化设计，能够使得支护系统受力合理，本发明充分利用了混凝土的抗压性能，把支护系统的外侧水土压力转换成支撑构件的受压承载力。支护系统整体刚度大，变形控制效果好，可以极大程度地提高施工效率。内环支护为大环梁支撑，内环支护内侧无支撑构件，最大程度地增加了出土空间。本发明的实施，在经济上更加合理，本发明的实施可以取消分隔墙，简化施工工序，降低施工成本。

本发明的实施仅需根据周边环境确定外环支护的最大半径(R)，根据刚度需求确定内环支护的最大半径(r)，双环之间设置连接构件，根据竖向计算确定内环支护的竖向环数(x)，通过以上几个参数即可完成一整套设计方案，形成双线或者多线换乘站换乘大厅标准化设计。本发明通过R、r、x几个参数形成双线或者多线换乘大节点支护标准化设计，提高设计效率，通过现场实例监测，基坑变形控制效果好，换乘节点变形能满足基坑一级环境保护等级。

本发明所提供的支护系统施工方法的优点总结如下：1、多环受力体系结构布局合理，支护系统整体刚度大，变形控制效果好，充分利用了混凝土的抗压性能，把支护结构的外侧水土压力转换成支撑构件的受压承载力；2、施工效率高，节省工期，内环支护内侧不设置对撑结构，最大程度地增加了土方出土空间(土方通常为基坑进度的重要控制工序)，有效提高施工效率；3、经济合理，同期实施换乘站可取消隔离墙，避免基坑分期实施，优化了隔离墙的凿除工序，既能大大缩短施工工期，又可以优化隔离墙工程量，优化工程造价；4、适用性强，可适用于于T型、L型、X型等各种角度的换乘车站的换乘节点，根据现场条件确定外环支护(多边形)R，根据对外环支护自身的刚度要求及主体结构柱网中结构柱的分布确定内环支护半径r，根据外环支护的竖向受力需求确定内环支护的环梁道数x，通过以上几个参数形成双线或者多线换乘大节点支护标准化设计。

本发明还提供了一种城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统，在该城市轨道交通换乘站换乘节点处支护系统中，本发明包括如下组成部分：

第一部分、外环支护1

外环支护1为本发明支护系统的外围支护组件，其设置在基坑内，并靠近基坑内壁设置。外环支护1采用多边形结构或者圆形结构，用于设置在轨道交通线路接驳处。

在本发明中，外环支护1的受力圆心与轨道交通线路交叉所形成的虚拟形状的形心同心。

第二部分、内环支护2

内环支护2设置在外环支部的内部，内环支护2与外环支护1同心设置，内环支护2为大环梁内环支护，用于代替对撑体系以提高支护系统的整体刚度。

对于较深的基坑而言，例如换成车站设计为地下多层结构，那么就需要高高度方向上设置多道内环支护2(内环支护2采用大环梁，梁的高度较小)，以提高支护系统整体刚度。

第三部分、内外环连接构件3

内外环连接构件3设置在外环支护1与内环支护2之间并与外环支护1以及内环支护2连接，，用于实现外环支护1与内环支护2的连接。

具体地，内外环连接构件3为边桁架系统。

当内环支护2设置有多道时，各个内环支护2与外环支护1之间均设置有内外环连接构件3。优选地，内环支护2的道数与腰梁和冠梁的道数相同，换句话说，内环支护2的道数与外环支护辅助构件的道数相同，如此利于进一步增强刚度。

内外环连接构件3可以分为环向支撑主梁31以及桁架次梁32两个部分，其中，环向支撑主梁31的中心线穿过内环支护2的圆心，并且环绕内环支护2的圆心等间隔布置，桁架次梁32作为斜撑布置在相邻的两个环向支撑主梁31之间。

第四部分、板撑4

在本发明中，板撑4设置于外环支护1外侧的传力需要处，用于提高支护系统与轨道交通线路连接处的结构强度。

在外环支护1采用完整的圆环形连续墙支护结构时，轨道交通线路与外环支护1的外侧面会有结对结构，上述的传力需要处具体是指：轨道交通线路与外环支护1在接驳之前相互分离不接触直至轨道交通线路与外环支护1接驳，而轨道交通线路与外环支护1之间实际的接触面积较小，其连接结构的强度较低，此时就需要在轨道交通线路与外环支护1接驳之前的部分空间设置传力结构，这部分结构即为传力需要处。

请参考图1，在图1中示出了两条轨道交通线路相交形成了一个菱形，取菱形形心为外环受力圆心，根据周边环境及控制性边界条件确定外环支护的外轮廓形状(可为圆形或者多边形)，外环支护结构构件11往内缩进一定距离(一般4～8m，结合平面计算确定所需刚度和柱网确定)避开主体结构柱5。设置内环支护2后，参照外环支护1的受力圆心按照一定角度展开设置内外环连接构件3(角度及主梁间距结合平面计算所需刚度确定)，通过设置内外环连接构件3，保证内外环之间的整体性。局部传力需要处可设置板撑4。外环支护结构构件11的竖向高度及支撑的竖向道数根据基坑安全等级结合支护结构稳定性和极限强度进行验算确定，竖向构件通过格构柱支撑传力，地面有需要可设置路面铺盖板。

本发明的一个具体实施例如下：两条轨道交通线路相交，其相交角度为72°，以两线相交形成的菱形形心为外环受力圆心；根据地层特征选取地下连续墙作为支护结构，根据基坑周边建筑物距离，管线迁改空间确定外环支护结构构件11至外环受力圆心的距离为26.5m，外环支护1采用多边形轮廓。避开主体结构柱5，根据平面刚度计算确定内环支护2的半径为19.5m，内环支护2至外环支护结构构件11的距离约为7m。参照外环支护受力圆心，按照15°均匀展开设置环向支撑主梁31，并设置桁架次梁32使内外环支护形成一个受力整体。局部设置板撑4。围护墙根据稳定性和构件强度计算后三层基坑竖向长度为48米，负一负二层竖向设置三道环梁支撑(内环支护2)，在内环支护2之间竖向设置格构柱。路面根据需要设置铺盖板，构件根据基坑安全等级和环境等级确定尺寸，根据承载力确定配筋。

在本发明的实际应用中，本发明可取消两道临时分隔墙，考虑分隔墙的施工及凿除可节省造价约180万元，根据实例估算砼支撑增加约925万，钢支撑减少1036万，支撑减少约111万，合计约减少291万元。通过整合基坑(换乘节点外扩段和主体段整合)，省去分期劣势，考虑出土效率因素，与一般基坑支护方式相比能节省土建工期约10～12个月。

以上仅为本发明的优选实施例，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。