[发明专利]明挖型无柱大跨拱形地铁车站结构及设计施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及地铁与地下工程、地下管廊建设领域，尤其涉及一种明挖型无柱大跨拱形地铁车站结构及设计施工方法。

背景技术

地铁车站的结构按照施工方法包括明挖法施工车站结构、盖挖法施工车站结构、暗挖法施工车站结构和盾构法施工车站结构。

就明挖法施工车站结构通用的框架结构来说，顶梁采用正常平梁、板的结构形式，明挖法施工车站结构若要形成无柱的大跨度，则对于22m跨的明挖法施工车站结构来说，顶梁内部施加预应力筋，其高度将超过1.8m；尺寸太大，相当于占掉1/4的空间，又因为顶梁的自重较大，跨中挠度如果较大则会产生裂缝，而且预应力筋随时间的增加损失逐渐加大，无法保证结构的持续安全度，因此，现有明挖法施工车站结构不仅没有最大限度发挥混凝土的抗压性能和钢筋钢索的抗拉性能，而且施工工期长、工序复杂，此外，明挖法施工车站结构在视觉上也给人以压抑的感觉。

发明内容

本发明的目的在于提供一种明挖型无柱大跨拱形地铁车站结构及设计施工方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明所述明挖型无柱大跨拱形地铁车站结构，所述结构包括：底板、边墙、中板、中梁、拱板、拱梁和预应力索；相互平行的两个边墙相对设置在所述底板上，相对设置的两个边墙之间形成通道为地铁车站通道；沿通道方向，均匀排列的多个拱梁，每个拱梁横跨在两个所述边墙的顶端，相邻两个拱梁之间设置拱板，每块拱板横跨在两个所述边墙的顶端，且位于同一拱梁两侧的拱板互相连接；同一个拱梁的两个拱脚之间设置预应力索；每块拱板与每个边墙之间通过加强端头连接；两个所述边墙的中部设置垂直锚入两个边墙且沿通道方向均匀排列的中梁，相邻两个中梁之间设置与两个所述边墙连接的中板，且所述中梁设置在所述中板中。

优选地，所述底板和所述边墙内均设置暗梁，所述底板的内侧面与任意一个边墙的内侧面之间设置加腋梁。

优选地，所述中板与边墙连接端的两侧均设置加腋梁。

优选地，所述加强端头的固定端固定连接在与所述加强端头连接的边墙顶端，所述加强端头的朝上的轮廓线与所述拱板顶面重合，所述加强端头的朝下的轮廓线靠近边墙的部分与所述拱梁重合，然后沿45°角向上延伸与拱板闭合连接，与所述拱梁重合且靠近边墙的朝下轮廓线长度＝1.5×边墙宽度。

优选地，所述拱梁与两个边墙为一体式浇筑结构。

优选地，同一个拱梁的两个拱脚之间设置预应力索，具体为：

预应力索分别贯穿所述拱梁的两个拱脚后固定在临近的边墙上，每面边墙设置预应力索的区域设置锚锭，所述预应力索的两端分别固定在两个边墙顶端内的锚锭上，所述锚锭的主体结构为锥形体，所述锥形体上设置固定所述预应力索的紧固结构；

所述拱脚上设置一个与所述预应力索匹配的贯穿孔，所述贯穿孔的周围还设置多个备用贯穿孔，两两备用贯穿孔相对于所述贯穿孔对称设置。

优选地，每个拱梁的两个拱脚上设置1-2道所述预应力索。

本发明所述明挖型无柱大跨拱形地铁车站结构的设计施工方法，所述方法包括：

S1，在基坑某一开挖工况下，设计并施工得到两排相对设置的护坡桩，得到车站通道；

S2，在所述车站通道的底部，按预先的设计要求，施工得到带密肋暗梁的底板；然后，在所述底板上，施工得到带密肋暗梁的两个边墙，直至施工到边墙的中部；

S3，将中板、中梁与边墙同时施工，待中板、中梁施工完毕后，进行混凝土支模、浇筑和养护，将混凝土养护至预先设计的强度后，继续进行对边墙的施工，直至施工到边墙的顶部；

S3，按照预先设计的拱梁的弯矩，将拱梁、拱板、加强端头与边墙的顶端同时施工，在施工边墙与拱梁的交界面时，在边墙内部预埋入用于固定预应力索的锚锭；

S4，将预应力索贯穿同一个拱梁的两个拱脚后分别固定在两个边墙上锚锭上，然后按照对预应力索进行相向张拉至预先设计的张力要求。

优选地，所述预应力索的拉力采用公式(1)计算：

其中，T为预应力索的拉力，q为拱梁荷载设计值，l为跨度，f为失高，E、I分别为拱梁的弹模和截面惯性矩，E₁、I₁分别为预应力索的弹模和截面惯性矩。

优选地，所述拱梁的弯矩采用公式(2)计算：

其中，M为拱顶弯矩计算值，W为拱梁截面抵抗矩，b为拱梁高度的一半，f_t为混凝土抗拉强度设计值，0.8为折减系数，σ为拱梁上边缘混凝土拉应力。