[0001] 本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种硬岩中既有隧道改建地铁站施工方法。

[0002] 在城市化进程不断加快的今天，地铁作为城市公共交通的重要组成部分，其建设和发展对缓解城市交通压力、提升城市运行效率具有重要意义。然而，在城市地铁网络扩展过程中，由于土地资源紧张，既有隧道(如交通隧道、排水隧道等)的改建与扩建成为了一种经济有效的解决方案。特别是在硬岩地层中，既有隧道的改建用于建设地铁站，面临着诸多技术挑战和工程难题。

[0003] 既有隧道改建地铁站的需求主要源于城市规划和交通网络优化的需要。随着城市人口的增长和交通需求的增加，原有的隧道结构可能已无法满足新的交通功能要求，如增设换乘站点、扩大站厅面积等。同时，为了提升地铁系统的整体运营效率和服务水平，也需要对既有隧道进行改造升级。

[0004] 硬岩地层通常具有高强度、高刚度、高应力和高耐磨性等特点，这些特性使得在硬岩中进行隧道施工难度极大。在改建过程中，需要克服岩石的高抗压强度和剪切强度，同时保证隧道的稳定性和安全性。此外，硬岩地层的复杂性还可能导致施工过程中的地质灾害，如岩爆、塌方等，进一步增加了施工难度和风险。

[0005] 目前，针对硬岩中既有隧道改建地铁站的技术研究尚不充分，存在以下不足：

[0006] 1、缺乏针对性设计：现有技术往往缺乏对硬岩地层特性的深入研究，导致设计方案缺乏针对性和科学性。

[0007] 2、施工效率低：由于硬岩地层的施工难度大，现有技术往往导致施工效率低下，增加了施工成本和工期。

[0008] 3、安全风险高：在硬岩地层中进行隧道改建，施工过程中的安全风险较高，容易发生地质灾害和安全事故。

[0009] 为了克服上述技术难题，我们提出一种硬岩中既有隧道改建地铁站施工方法。

[0039] 下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0040] 一种硬岩中既有隧道改建地铁站的施工方法，包括以下步骤：

[0041] 施工准备，包括现场清理、材料准备、设备检查及安全措施的布置；

[0042] 区间临时加固，在需要破除的洞门两侧安装临时钢架，并用混凝土填充临时钢架与衬砌混凝土之间的空隙，待洞门混凝土浇筑完成后并达到100％强度后方可拆除临时钢架；

[0043] 洞门拆除，采用水钻切割混凝土，并预留人工凿除区域；

[0044] 站台导洞开挖及支护，沿洞门轮廓线布设减震孔，沿洞门中线方向进行开挖，控制开挖进尺，并及时进行拱部喷锚支护；

[0045] 其余洞门绳锯拆除，在站台导洞开挖完成后，利用金刚石绳锯对剩余的洞门进行静力切割；

[0046] 完成上述步骤后，进行站台衬砌结构的施工。

[0047] 上述方案针对硬岩地层中既有隧道改建为地铁站的施工过程，详细规划了一系列步骤，旨在确保施工安全、高效，并最大限度地减少对既有隧道结构的影响，开创硬岩中既有隧道改建地铁站施工先例，为今后城市发展规划须要在既有地铁线路增加站点建设提供了一手资料。主要体现在以下几个方面：

[0048] 施工准备阶段：通过现场清理、材料准备、设备检查及安全措施的布置，为后续施工创造有利条件。此举不仅确保了施工环境的整洁有序，还保障了施工材料的及时供应、设备的稳定运行，并有效提升了施工人员的安全意识与作业规范。

[0049] 区间临时加固措施：在需要破除的洞门两侧安装临时钢架，并用混凝土填充空隙，形成稳定的支撑结构。这一步骤的目的是在洞门拆除前，增强洞门周围结构的稳定性，防止因拆除过程中产生的应力集中而导致结构破坏，从而避免对既有隧道结构的改建造成不利影响。

[0050] 洞门拆除：创新采用水钻切割技术，对洞门混凝土进行精细化分割，同时巧妙预留人工凿除区域。水钻切割的精准性确保了切割位置的准确无误与切割深度的严格控制，最大限度地减少了对周围结构的扰动，减少对周围结构的损伤。而预留的人工凿除区域则便于后续精细处理切割边缘，确保拆除效果，并为后续衬砌钢筋的锚固提供了便利条件。

[0051] 站台导洞开挖及支护：沿洞门轮廓线布设减震孔，通过控制开挖进尺和及时进行拱部喷锚支护，有效的减少了爆破振动对既有隧道的影响，并确保开挖过程中的隧道稳定性。减震孔的设置，能够吸收并分散爆破产生的能量波动，降低了振动波的传播范围与强度，保障了开挖过程中的隧道稳定性，提高了施工的安全性。

[0052] 其余洞门绳锯拆除：利用金刚石绳锯对剩余的洞门进行静力切割。绳锯拆除具有精度高、振动小、对既有结构影响小的优点，能够确保洞门拆除过程的平稳进行，有助于保护洞门周围的建筑物、道路和管线等基础设施的安全，能够最大限度地减少对洞门及周边结构的破坏，降低修复成本。

[0053] 站台衬砌结构施工：在完成上述步骤后，进行站台衬砌结构的施工。作为地铁站建设的核心环节之一，站台衬砌结构的施工质量直接关系到地铁站的使用功能与长期安全性。因此，此阶段施工需严格遵循设计要求与施工规范，确保每一道工序的精准到位与整体质量的卓越可靠。

[0054] 按照这种方法进行施工，能够得到的有益效果如下：

[0055] 提高施工安全性：通过区间临时加固、减震孔设置、静力切割等措施，有效降低了施工过程中的安全风险，减少了地质灾害的发生概率。

[0056] 保护既有隧道结构：采用精确控制的水钻切割和静力绳锯拆除技术，最大限度地减少了对既有隧道结构的损伤，确保了隧道改建后的稳定性和安全性。

[0057] 提高施工效率：通过合理规划和精心组织施工步骤，降低了施工难度，实现了施工过程的连续性和高效性，缩短了施工周期。

[0058] 改善施工环境：施工准备阶段对现场进行清理和布置，提高了施工环境的整洁度，有利于施工人员的身心健康和施工质量的提升。

[0059] 增强地铁站使用功能：通过改建后的地铁站，能够满足城市规划和交通网络优化的需求，提升地铁系统的整体运营效率和服务水平，为市民提供更加便捷、舒适的出行体验。

[0060] 在本实施例中，所述区间临时加固步骤中，临时钢架采用双拼25工字钢加工，并使用钢管纵向连接成整体，增加支撑稳定性，临时钢架与衬砌混凝土之间的空隙采用C20细石混凝土填充。

[0061] 采用这种加固方式，双拼25工字钢临时钢架与钢管的配合，形成了一个稳固的支撑体系，使得整个结构在应对施工期间产生的复杂荷载和拆除过程中的动态应力时，展现出更高的抵抗能力和可靠性。在临时钢架与既有衬砌混凝土之间的空隙处理上，选用了C20细石混凝土进行填充。这种混凝土因其细腻的颗粒和良好的流动性，能够更紧密地填充到狭小的空间中，减少空洞和缝隙的存在。同时，C20细石混凝土的强度等级也保证了填充层在固化后能够具备一定的承载能力，进一步增强了支撑结构的整体稳定性。此外，临时钢架和钢管的设计考虑到了拆除的便捷性和材料的回收再利用性。在施工完成后，这些临时结构可以相对容易地进行拆除，并且其材料具有较高的回收价值，符合绿色施工和可持续发展的理念。

[0062] 在本实施例中，所述洞门拆除步骤中，水钻采用直径为100mm的钻头，每个孔之间咬合10mm，轮廓周边预留600mm采用人工凿除，以便于后期衬砌钢筋锚固。

[0063] 在洞门拆除的过程中，选用了直径为100mm的钻头进行精确打孔作业，这种尺寸的钻头确保了打孔的准确性和效率。为了确保切割面的连续性和稳定性，特意设计了孔与孔之间10mm的咬合部分，这样能够有效防止切割过程中产生的碎片脱落或结构松动。同时，为了兼顾后期施工的便利性和衬砌结构的稳固性，通过在洞门轮廓的周边特意预留了600mm的宽度区域进行人工凿除，这一步骤不仅为施工人员提供了更灵活的操作空间，更重要的是，它使得后期衬砌钢筋的锚固工作能够更加顺利和精确地进行，从而增强了整个改建工程的结构安全性和稳定性。这种水钻切割与人工凿除相结合的方式，在有效控制拆除范围、保护既有结构、提高施工效率和质量以及降低施工风险和成本等方面均表现出了显著的优势。

[0064] 在本实施例中，所述洞门拆除步骤中，水钻切割的方法如下：

[0065] a、切割前对切割部分进行规划标线，为方便吊装运输，切割块体不大于1×1m，组块切割，并在切割前在规划好的范围内凿除砼，露出主筋，外露主筋大小满足吊装拖拽卡环固定；

[0066] b、使用水钻采用φ100@90密排切割，为防止切割体的自然失稳脱落，切割体预留部分砼，预留部分为衬砌纵横向钢筋范围内素砼部分；

[0067] c、切割完成，在切割体外露主筋位置安装卡环及钢丝绳；

[0068] d、切割范围内区间底板衬砌上方铺30cm后砂石并排放木方，防止切割体掉落损坏原有衬砌底板混凝土；

[0069] e、使用挖掘机与钢丝绳的另一头相连，拖拽切割体，完成切割体自衬砌主体结构上分离；

[0070] f、逐块完成洞门范围内的切割体，并装运至渣场。

[0071] 洞门拆除步骤中采用的水钻切割技术方案，其有益效果主要体现在以下几个方面：

[0072] 精确规划与切割：通过切割前的规划标线，确保了切割作业的精确性，避免了不必要的材料浪费和结构损伤。同时，将切割块体控制在不大于1×1m的范围内，便于后续的吊装运输，提高了施工效率。

[0073] 结构稳定性保障：在切割过程中，通过预留部分素砼，且主要在衬砌纵横向钢筋范围内，有效防止了切割体的自然失稳脱落，确保了施工过程中的结构安全性。

[0074] 吊装便捷性：外露主筋的大小经过精心设计，满足了吊装拖拽卡环固定的需求，使得切割体能够轻松、安全地被吊装和运输，减少了人力物力的投入。

[0075] 保护措施完善：在切割范围内区间底板衬砌上方铺设30cm厚的砂石并排放木方，这一措施有效防止了切割体掉落时可能造成的原有衬砌底板混凝土损坏，保护了既有结构的完整性。

[0076] 高效分离与清理：使用挖掘机与钢丝绳相连拖拽切割体，实现了切割体从衬砌主体结构上的快速、安全分离。随后，逐块完成洞门范围内的切割体分离，并装运至渣场，保证了施工现场的整洁和有序。

[0077] 综上所述，该水钻切割技术方案在洞门拆除过程中展现出了精确性、安全性、便捷性和高效性等多重优势，为整个改建工程的顺利进行提供了有力保障。

[0078] 值得一提的是，水钻切割技术方案实施过程中，应严格执行以下安全防范措施：

[0079] (1)对切割范围内设置安全护栏，由专人看守，无关人员禁止入内。

[0080] (2)登高人员配备安全绳、安全帽、防滑鞋等安全防护用品。

[0081] (3)按照切割顺序，自上而下逐个逐块切除，不得整体切除，不得上下同时进行，更不能自下而上逆向切割，并且切割前先凿出主筋。

[0082] (4)使用挖掘机拖拽时，要缓慢均匀拖拽，并持续关注钢丝绳及连接卡环的受力变化情况，严禁冲击猛拽。

[0083] (5)拖拽期间无关人员全部撤离。

[0084] (6)拖拽时钢丝绳及卡环受力过大，且切割体无脱落现象时，停止拖拽，有挖掘机顶住切割体后，方可进行检查。

[0085] 在本实施例中，所述站台导洞开挖及支护步骤中，在靠近既有隧道衬砌结构处布设减震孔，并进行分区小导洞先行爆破，以形成临空面后再进行外侧扩挖爆破，同时预留光爆层进行光面爆破，以此降低爆破振动对既有隧道的影响。

[0086] 减震孔的设置能够有效吸收和分散爆破产生的能量，显著降低爆破振动对既有隧道衬砌结构的冲击，通过减少爆破振动对既有隧道的影响，可以降低施工过程中的安全风险，确保施工人员的安全。而分区小导洞先行爆破能够提前形成临空面，为后续的外侧扩挖爆破提供有利条件，使爆破能量得到更好的释放和利用，通过分区爆破，可以将大规模的爆破作业分解为多个小规模的爆破作业，有利于控制爆破规模，减少单次爆破对既有隧道的影响。此外，光面爆破技术能够减少对围岩的扰动，保持开挖面的平整和光滑，从而减少对既有隧道衬砌结构的破坏，光面爆破能够降低超挖和欠挖量，提高开挖精度和施工质量，为后续的支护和衬砌施工提供更好的条件。上述措施的综合应用能够显著降低爆破施工对既有隧道衬砌结构的影响，保护其结构安全和稳定。

[0087] 在本实施例中，所述站台导洞开挖及支护步骤中，所述减震孔以梅花型布置，孔径为10cm，间距为30cm，长度为30m，且相邻孔之间搭接5m；小导洞超前于主洞室开挖面1‑2m；分区爆破时，光面爆破起爆顺序从辅助眼开始逐层向外推进至周边孔；减震孔区域采用机械开挖，并及时进行初期支护。

[0088] 通过上述设计，减震孔以梅花型布置，孔径为10cm，间距为30cm，这种布置方式能够最大限度地吸收和分散爆破产生的能量，有效降低爆破振动对既有隧道衬砌结构的冲击，保护其结构安全。而减震孔长度为30m，且相邻孔之间搭接5m，这种设计能够形成稳定的减震区域，进一步提高减震效果，同时增强开挖区域的稳定性。小导洞超前于主洞室开挖面1‑2m进行开挖，能够提前形成临空面，为后续的爆破作业提供有利条件，使爆破能量得到更好的释放和利用。此外，分区爆破时，光面爆破起爆顺序从辅助眼开始逐层向外推进至周边孔，这种起爆顺序能够减少爆破振动对围岩的扰动，保持开挖面的平整和光滑。减震孔区域采用机械开挖，避免了爆破作业对该区域的潜在影响，并及时进行初期支护能够迅速加固开挖区域，提高开挖面的稳定性，为后续的施工提供安全保障。

[0089] 在本实施例中，所述站台导洞开挖及支护步骤中，减震孔直径为100mm，间距为300mm，每次开挖进尺为50cm。

[0090] 减震孔直径为100mm，间距为300mm，合理的布置减震孔的直径和间距，能够形成有效的减震区域，充分吸收和分散爆破产生的能量，显著降低爆破振动对既有隧道衬砌结构的冲击。而每次开挖进尺为50cm，这种小进尺开挖方式有利于控制开挖精度，减少超挖和欠挖现象，保持开挖面的平整度和垂直度，使得支护作业能够紧跟开挖面进行，及时对开挖区域进行加固和支护，提高整体支护效果。

[0091] 在本实施例中，所述其余洞门绳锯拆除步骤中，金刚石绳锯通过调整绳锯机位置及导向轮的位置方向实现金刚石绳锯的拉紧、纵向切割与水平切割的转换，以完成洞门的静力切割。

[0092] 通过采用金刚石绳锯通过调整绳锯机位置及导向轮的位置方向来实现金刚石绳锯的拉紧、纵向切割与水平切割的转换，以完成洞门的静力切割，不仅灵活性高，能够精准控制切割方向，还能够连续进行作业，提高施工效率。

[0093] 在本实施例中，还包括监控量测步骤，该步骤包括在拱顶、拱腰、初支及衬砌结构处设置观测点，监测拱顶沉降、净空收敛、初支及衬砌应力和爆破震速，以确保施工安全和质量。

[0094] 通过设置观测点，来监测拱顶沉降、净空收敛、初支及衬砌应力和爆破震速的措施，在隧道施工中具有重要的意义和作用。它不仅能够及时发现并预警潜在风险、优化施工方案和支护参数、提高施工质量和效率、保障施工人员安全，还能够确保施工过程符合规范和标准。

[0095] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。