CN119737160A - 一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构及施工方法，涉及轨道交通技术领域，包括若干相对称的预制桩基，预制桩基的顶部均连接有预制承台梁，预制承台梁的顶部均连接有若干预制钢筋混凝土二衬直墙，预制承台梁的内侧均设置预制排水边沟，两组预制排水边沟之间设置有既有线轨道组件，预制钢筋混凝土二衬直墙的顶部连接有弧形预制空腔薄壁拱顶构件。本发明可以在不中断既有线运营的条件下，使其能够持续发挥线路运营功能基础上，能够快速更快速地完成改造施工，缩短改造施工的影响周期。

Description

一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构及施工方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体来说，涉及一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构及施工方法。

背景技术

在广义既有线轨道交通工程中，大部分工程线路敷设于城市主城区及城市核心区域内，部分线路敷设于城市副中心或主副城连接走廊，其成因多与城市化进程速度快，线路规划与城市发展速度未能稳步协调有关。

广义类的轨道交通，即国家铁路、地方铁路、城际铁路、市域郊铁路、厂矿专用线、城市轨道交通、景区轨道交通等，因其大部分线路轨道系统采用路基、路堑在城市中穿行的线路条件严重影像了城市发展和规划，对现状交通和环境也带来了不同程度的影响和干扰。如何解决既有线工程造成的上述问题，如何对既有广义轨道交通，且正在发挥运输作用，却因其狭长线形分布带来的对城市割裂和环境影响造成的问题提出技术创新解决方案，显得尤为有现实意义。在部分山地地区也分布大量的深路堑线路轨道系统、栈道式线路明洞路基轨道系统等，对自然灾害抵御和防护能力较低，时常因山体落石、洪水等造成线路运输中断，且同一路线采用单一轨道式交通，未形成立体式交通，也存在着运输资源浪费和不可再开发的窘境。

对于上述由广义轨道交通工程近地面线路分布造成的问题，多采用中断运营，实施技术改造，其带来的问题是改造工程成本大，中断运营造成的经济损失代价大，以至于对确有必要的、影响较大的既有广义轨道交通近地面线路轨道工程改造的现状影响及实施难度是巨大的。

国内已有的类似项目改造技术的实施步骤一般采用两种：

1、中断运营方案：在一定周期内，中断既有线运营，对原场地进行既有轨道拆改和技术改造，通过路基、路堑改造、明洞改暗埋等方式，调整线路线形和轨道标高，将近地面线路改造为地下线路，以消除既有线路对城市空间隔离影响和环境影响，最后恢复线路运营。

2、不中断运营方案：采用新增临时便线（便道）提供额外的线路走向，将运营线路进行局部改造，即线路永久改迁方案，或采用临时改迁技术方案。此类方案需要提前进行改迁线路施工，同时废弃原有的线路。作为临时改迁方案，当既有线路改造完毕后，还需进行临时线路的拆除和场地复原，工程建设成本和工期影响巨大。作为永久改迁方案，当改迁后线路竣工运营后，需要对原既有线进行拆改复原，工程建设投资和工期与环境影响依然巨大。

在两种方案中，对于近地面线改造为暗埋地下线时，一般均采用浅埋深度的线路方案，以节省工程建设投资。其改造施工工法多以现场明挖现浇结构的施工工艺进行新结构整体施工。其带来的问题是改造施工工期较长，对恢复运营的周期影响大。此外，在现场施工过程中，需要占用更多的用地提供施工过程中所需的场地，且施工现场对周边环境造成了很大的干扰和不便。

现有技术方案存在的不足：

1、既有线路近地面工程改建为地下工程的现有建造实施技术：

（1）国内目前部分既有线改造为地下线路的实施案例，多为在中断行车运营条件下，在原址处按照新建工程修建隧道结构，竣工后恢复线路行车功能。

（2）既有线路改造实施案例中，有采用临时便线进行短期过渡行车，在原线路场地施工完毕后，恢复改造后线路行车，并废弃临时便线（便桥）工程。

（3）采用钢结构进行临时支撑的扣拱施工，在临时扣拱结构上施工二次浇筑结构。

（4）多采用现浇结构施工方法，或采用隧道施工台车架设施工，其带来的问题，是需要在拟改造隧道内部净空范围内架设内部支撑（筑模）临时结构，造成施工期间须中断既有线路的行车运营功能。

2、既有线路结构工程改造项目的装配式技术及施工工艺技术存在的问题

（1）在装配式隧道中，多采用“叠合式”、“复合式”装配式结构技术，其建造工艺和装配技术均存在二次施工，现场施工作业周期长，施工影响大，建造质量和进度受外界条件和工班人工影响较大。

（2）装配式结构技术及构件没有实现全结构预制装配化，多为局部结构构件的预制装配，整体施工进度和施工效率过低。部分工程中采用了预制结构，但仍存在“二次浇筑”、“叠合施工”等，装配式技术尚不完善。

（3）预制结构构件之间的连接技术多采用“湿接缝”的二次浇筑节点工艺，预制构件之间的快速连接系统技术研发不充分。预制结构构件的体量和轻量化技术创新不足，构件自重过大，施工困难。

（4）在部分铁路工程的地面线路改为明洞隧道工程，或是路堑、路基线路改为地下线工程中，也有采用小尺寸隧道管片拼装的连接技术应用，虽从一定程度上解决了装配式的结构技术问题和建造工艺问题，但隧道管片通用化程度受明洞断面形状、尺寸的限制，其通用化、应用化程度不高，多用于特定的单一工程项目中，且施工过程中，须采用隧道内施工台车进行隧道管片的辅助架设安装，此类建造工艺和装配式技术体系无法广泛地适用于既有运营线项目中。

针对相关工程的此类技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构及施工方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构，包括若干相对称的预制桩基，预制桩基的顶部均连接有预制承台梁，预制承台梁的顶部均连接有若干预制钢筋混凝土二衬直墙，预制承台梁的内侧均设置预制排水边沟，两组预制排水边沟之间设置有既有线轨道组件，预制钢筋混凝土二衬直墙的顶部连接有弧形预制空腔薄壁拱顶构件。

进一步的，预制钢筋混凝土二衬直墙的内顶部开设有顶端预应力紧固张拉孔道，预制钢筋混凝土二衬直墙内底部均开设有两个相对称的墙身预应力紧固张拉孔道。

进一步的，预制钢筋混凝土二衬直墙的内部且位于两个墙身预应力紧固张拉孔道的顶部均设置有墙身拼装抗剪凸榫，预制钢筋混凝土二衬直墙的顶端设置有墙顶拼装抗剪凸榫。

进一步的，预制钢筋混凝土二衬直墙的顶部一侧设置有隧道内轨旁检修牛腿，预制钢筋混凝土二衬直墙的顶部远离墙顶拼装抗剪凸榫的一侧设置有拱顶拼装定位紧固螺栓预埋栓套筒。

进一步的，预制排水边沟的顶端设置有排水沟盖板。

进一步的，既有线轨道组件包括设置在两组预制排水边沟之间的既有线路路基道床，既有线路路基道床的顶端对称设置有既有线路轨道。

进一步的，弧形预制空腔薄壁拱顶构件的内底部两侧均开设有拱顶脚部预应力张拉孔道，弧形预制空腔薄壁拱顶构件内顶中部开设有拱顶中部预应力张拉孔道，弧形预制空腔薄壁拱顶构件底部两侧均开设有与预制钢筋混凝土二衬直墙相配合的高强钢筋螺栓预留孔。

进一步的，弧形预制空腔薄壁拱顶构件的底部两侧弧形外壁均开设有定位紧固螺栓作业槽，定位紧固螺栓作业槽的两侧壁均开设有模块纵向间紧固连接螺栓孔道一，弧形预制空腔薄壁拱顶构件的端面顶部设置有若干预制拱顶拼装定位抗剪凸榫，弧形预制空腔薄壁拱顶构件的顶部设置有拱顶紧固连接拼装作业台座，拱顶紧固连接拼装作业台座内部开设有模块纵向间紧固连接螺栓孔道二。

进一步的，弧形预制空腔薄壁拱顶构件一端侧壁内部开设有相对称的预制结构端面铺贴防水胶条槽道，弧形预制空腔薄壁拱顶构件的端面顶部开设有若干与预制拱顶拼装定位抗剪凸榫相配合的空腔薄壁拱顶结构内部空腔，弧形预制空腔薄壁拱顶构件的顶部弧形外壁设置有若干预制拱顶预埋多向吊环，弧形预制空腔薄壁拱顶构件的底端两侧均开设有与墙顶拼装抗剪凸榫相配合的拱顶脚部竖向拼装定位抗剪槽，弧形预制空腔薄壁拱顶构件内拱顶内侧中部对称设置有拱顶内侧预埋接触网安装螺栓套。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种适用既有运营线路改造的装配式隧道施工方法，该适用既有运营线路改造的装配式隧道施工方法包括以下步骤：

S1、对预制桩基作业施工，线路方向按线路供电接触网立杆间距控制纵向施工单元长度，并保留运营线路电气及供电牵引的既有设备设施不变；

S2、当预制桩基施工完成后，对预制承台梁进行施工，并做好预制钢筋混凝土二衬直墙安装预留条件；

S3、安装预制钢筋混凝土二衬直墙，安装完毕后，分步进行墙外侧土回填；

S4、当既有线路路基道床两侧的预制钢筋混凝土二衬直墙的墙外回填土施工完毕后，于墙外侧架设桥式龙门起重机；

S5、通过桥式龙门起重机对弧形预制空腔薄壁拱顶构件进行吊运安装就位，并将弧形预制空腔薄壁拱顶构件的环向安装缝与预制钢筋混凝土二衬直墙的环向安装缝采用错缝对位安装；

S6、弧形预制空腔薄壁拱顶构件与预制钢筋混凝土二衬直墙安装施工后，利用既有线路运营的中断时间进行电力设备移位改造，并拆除废弃电力设备；

S7、全部改造隧道施工完毕后，施工外包防水和保护层结构，并根据规划要求和设计要求进行隧道周边覆土回填施工。

本发明的有益效果为：

1、本发明本采用的新工艺，可以在不中断既有线运营的条件下，使其能够持续发挥线路运营功能基础上，通过一种特殊的预制装配式技术和施工工艺，同时结合改造工程技术特点创新结构体系和连接技术，能够快速更快速地完成改造施工，缩短改造施工的影响周期。实现“明”改“暗”，从而提供更多的用地空间，形成空间复合交通体系或综合开发体系，打通轨道交通既有明线造成的区块“鸿沟”对城市带来的不利影响。

2、本发明采用的新结构体系为装配式隧道结构体系，现场施工阶段对运营线路及周边环境的影响很小，整体拼装施工速度快，对运营线的行车不产生行车干扰，从而避免了中断既有线运营功能再实施改造的工艺工法，解决了既有线路改造为地下线的结构体系技术和施工工艺技术及流程问题，极大地降低了施工影响，避免了以往施工工艺造成的工程浪费和施工工期过长的问题。

3、采用本发明所述技术的既有线路的“明改暗”改造工程，在改造后的地下线路隧道顶部在覆土回填后，可提供新的待开发地块，可作为原线路两侧的地面联通带状平台，创造并提供了土地开发和实现新发展规划的作用。也可同时进行一体化上盖开发，提供线路上方的二次开发条件，带来经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是根据本发明实施例的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构的横剖面图；

图3是根据本发明实施例的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构的侧视图；

图4是根据本发明实施例的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构中预制钢筋混凝土二衬直墙的正视图；

图5是根据本发明实施例的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构中预制钢筋混凝土二衬直墙的侧视图；

图6是根据本发明实施例的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构中弧形预制空腔薄壁拱顶构件的俯视图；

图7是根据本发明实施例的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构中弧形预制空腔薄壁拱顶构件的切断面图；

图8是根据本发明实施例的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构中弧形预制空腔薄壁拱顶构件的侧视图；

图9是本发明实施例的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构空腔薄壁拱顶结构内部空腔示意图；

图10是根据本发明实施例的既有供电接触网使用下的纵向单元预制拱顶拼装示意；

图11是根据本发明实施例的施工期间的纵向施工单元组拼示意图；

图12是根据本发明实施例的拆除既有接触网完成纵向最后“一环”结构后浇筑施工；

图13是根据本发明实施例的纵向组拼完成后的回填撤场效果示意图；

图14是根据本发明实施例的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道施工方法的流程图；

图15是根据本发明实施例的装配式隧道结构横向施工步序示意图之一；

图16是根据本发明实施例的装配式隧道结构横向施工步序示意图之二；

图17是根据本发明实施例的装配式隧道结构横向施工步序示意图之三；

图18是根据本发明实施例的装配式隧道结构横向施工步序示意图之四；

图19是根据本发明实施例的装配式隧道结构横向施工步序示意图之五；

图20是根据本发明实施例的装配式隧道结构横向施工步序示意图之六；

图21是根据本发明实施例的装配式隧道结构横向施工步序示意图之七；

图22是根据本发明实施例的装配式隧道结构横向施工步序示意图之八。

图中：

1、预制桩基；2、预制承台梁；3、预制钢筋混凝土二衬直墙；301、顶端预应力紧固张拉孔道；302、墙身预应力紧固张拉孔道；303、墙身拼装抗剪凸榫；304、墙顶拼装抗剪凸榫；305、隧道内轨旁检修牛腿；306、拱顶拼装定位紧固螺栓预埋栓套筒；4、预制排水边沟；401、排水沟盖板；5、既有线轨道组件；501、既有线路路基道床；502、既有线路轨道；6、弧形预制空腔薄壁拱顶构件；601、拱顶脚部预应力张拉孔道；602、拱顶中部预应力张拉孔道；603、钢筋螺栓预留孔；604、定位紧固螺栓作业槽；605、模块纵向间紧固连接螺栓孔道一；606、预制拱顶拼装定位抗剪凸榫；607、拱顶紧固连接拼装作业台座；608、模块纵向间紧固连接螺栓孔道二；609、预制结构端面铺贴防水胶条槽道；6010、空腔薄壁拱顶结构内部空腔；6011、预制拱顶预埋多向吊环；6012、拱顶脚部竖向拼装定位抗剪槽；6013、拱顶内侧预埋接触网安装螺栓套筒。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构及施工方法。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-图9所示，根据本发明实施例的适用既有运营线路改造的装配式隧道结构，包括若干相对称的预制桩基1，预制桩基1的顶部均连接有预制承台梁2，预制承台梁2的顶部均连接有若干预制钢筋混凝土二衬直墙3，预制承台梁2的内侧均设置预制排水边沟4，两组预制排水边沟4之间设置有既有线轨道组件5，预制钢筋混凝土二衬直墙3的顶部连接有弧形预制空腔薄壁拱顶构件6。

需要解释说明的是，预制桩基1为桩基础，采用预制管桩原位静压施工，预制桩基1的桩头部分与预制承台梁2形成插入嵌固，预制承台梁2为承台条形梁，采用纵向分段预制拼装，接缝处采用局部后浇带处理。

需要解释说明的是，预制钢筋混凝土二衬直墙3采用吊车吊运就位安装，与预制承台梁2预留孔形成灌浆插筋式连接，预制钢筋混凝土二衬直墙3和预制承台梁2就位后需进行后注浆作业，在预制钢筋混凝土二衬直墙3底部进行座浆，预制钢筋混凝土二衬直墙3底部范围预留套筒，与预制承台梁2的预留插筋进行穿孔插入就位施工，之后进行套筒内UHPC注浆工艺，至强度满足后完成底部预制桩基1、预制承台梁2及预制钢筋混凝土二衬直墙3的全部施工。

需要解释说明的是，预制钢筋混凝土二衬直墙3与弧形预制空腔薄壁拱顶构件6采用竖向错缝拼装连接构造。预制钢筋混凝土二衬直墙3的墙顶拼装抗剪凸榫304处，半侧凸榫设计，当两个相邻预制钢筋混凝土二衬直墙3拼装完成，形成一个整体的上凸榫，用以与弧形预制空腔薄壁拱顶构件6的凹槽进行咬合安装。当弧形预制空腔薄壁拱顶构件6安装后，可形成对下部两组相邻预制钢筋混凝土二衬直墙3的接缝定位挤压，避免相对位移的产生，更有利于拼装结构形成整体，不产生相对差异变形。

优选地，预制钢筋混凝土二衬直墙3的内顶部开设有顶端预应力紧固张拉孔道301，预制钢筋混凝土二衬直墙3内底部均开设有两个相对称的墙身预应力紧固张拉孔道302。

需要解释说明的是，预制钢筋混凝土二衬直墙3为下部结构侧墙，起承重及后期挡土防水等作用。预制钢筋混凝土二衬直墙3，为预制模块，与预制承台梁2采用灌浆套筒结合墙体底部的齿槽进行连接，为钢筋贯通式等同现浇结构。

优选地，预制钢筋混凝土二衬直墙3的内部且位于两个墙身预应力紧固张拉孔道302的顶部均设置有墙身拼装抗剪凸榫303，预制钢筋混凝土二衬直墙3的顶端设置有墙顶拼装抗剪凸榫304。

优选地，预制钢筋混凝土二衬直墙3的顶部一侧设置有隧道内轨旁检修牛腿305，预制钢筋混凝土二衬直墙3的顶部远离墙顶拼装抗剪凸榫304的一侧设置有拱顶拼装定位紧固螺栓预埋栓套筒306。

需要解释说明的是，隧道内轨旁检修牛腿305为隧道内侧墙壁牛腿，其构造满足洞内运行列车安全限界，作用是为了隧道内拱顶检修安装时，可作为后续发明的检修台车的轨道平台，提供走行面，此外，还可作为隧道内管线铺设路径，以及隧道照明系统安装支座。

需要解释说明的是，拱顶拼装定位紧固螺栓预埋栓套筒306为构件预埋的连接螺栓套筒，拱顶内侧预埋接触网安装螺栓套6013，用于快速连接拼装，以及后续的洞内接触网快速安装施工。

优选地，预制排水边沟4的顶端设置有排水沟盖板401。

优选地，既有线轨道组件5包括设置在两组预制排水边沟4之间的既有线路路基道床501，既有线路路基道床501的顶端对称设置有既有线路轨道502。

优选地，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6的内底部两侧均开设有拱顶脚部预应力张拉孔道601，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6内顶中部开设有拱顶中部预应力张拉孔道602，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6底部两侧均开设有与预制钢筋混凝土二衬直墙3相配合的高强钢筋螺栓预留孔603。

需要解释说明的是，高强钢筋螺栓预留孔603作为拱顶结构与侧墙结构初步拼装的调平定位紧固连接系统，拱顶脚部预应力张拉孔道601及拱顶中部预应力张拉孔道602作为拱顶预制构件纵向连接的精细调平挤压精确连接紧固系统。

需要解释说明的是，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6，为预制弧形拱顶结构，采用内空腔结构和“弧拱形”构造，最大程度地减小上部覆土荷载和跨度过大造成的构件设计截面过大的问题。采用“拱形”可在满足隧道内运营空间情况下节省预制钢筋混凝土二衬直墙3墙体的高度，从而节省构件制造、运输、吊装等一系列成本。弧形预制空腔薄壁拱顶构件6弧形拱顶结构，同时可将上部荷载作用产生的大弯矩内力转化为两端“拱脚”的水平推力，该水平推力传递至预制钢筋混凝土二衬直墙3，可起到抵消或减小预制钢筋混凝土二衬直墙3外侧土体向内造成的推力变形荷载影响，更符合整体结构的受力平衡原理。

需要解释说明的是，拱顶脚部预应力张拉孔道601为拱顶结构纵向拼装后的预应力孔道，用于施工段结束后的纵向无粘结式后张拉作业，起到对若干拱顶结构，即弧形预制空腔薄壁拱顶构件6拼装接缝的挤压，形成整体受力单元，同时对连接缝处进行防水构造挤压，起到止水作用，防水挤压胶条为预制结构端面铺贴防水胶条槽道609处，即在弧形预制空腔薄壁拱顶构件6的侧断面混凝土表面预留凹槽，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6制作完后，在预制结构端面铺贴防水胶条槽道609内铺贴橡胶止水胶条，通过拱顶脚部预应力张拉孔道601纵向挤压张拉后，形成对胶条的挤压密实，同时弧形预制空腔薄壁拱顶构件6之间可完成混凝土面贴合。

需要解释说明的是，拱顶脚部预应力张拉孔道601、拱顶中部预应力张拉孔道602为多组弧形预制空腔薄壁拱顶构件6安装就位并完成初紧固后的预应力张拉构造，拱顶脚部预应力张拉孔道601为弧形预制空腔薄壁拱顶构件6两端部拱脚处的预应力张拉孔道，拱顶中部预应力张拉孔道602为拱顶上部中心方向的预应力张拉孔道构造。当一个纵向施工单元多组预制弧形预制空腔薄壁拱顶构件6完成初步组拼后，通过拱顶脚部预应力张拉孔道601、拱顶中部预应力张拉孔道602进行预应力钢筋（钢绞线）穿束，并进行无粘结后张拉施工，通过构件接缝检测和定位测量，合格后对预应力进行锁定。每个施工单元不超过50m，视具体工程情况决定。

需要解释及说明的是，钢筋螺栓预留孔603为弧形预制空腔薄壁拱顶构件6与预制钢筋混凝土二衬直墙3顶面的钢筋螺栓预留孔，用于弧形预制空腔薄壁拱顶构件6至于两侧预制钢筋混凝土二衬直墙3顶面后，对弧形预制空腔薄壁拱顶构件6与预制钢筋混凝土二衬直墙3的竖向紧固施工之用，以满足构件连接和止水缝密封效果。在预制钢筋混凝土二衬直墙3顶部，即墙顶拼装抗剪凸榫304，采用凸榫，与弧形预制空腔薄壁拱顶构件6底面凹槽进行定位，贴合面处采用预留水平向的凹槽槽道设计，用于铺贴橡胶止水胶条，同预制结构端面铺贴防水胶条槽道609做法和功能。

优选地，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6的底部两侧弧形外壁均开设有定位紧固螺栓作业槽604，定位紧固螺栓作业槽604的两侧壁均开设有模块纵向间紧固连接螺栓孔道一605，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6的端面顶部设置有若干预制拱顶拼装定位抗剪凸榫606，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6的顶部设置有拱顶紧固连接拼装作业台座607，拱顶紧固连接拼装作业台座607内部开设有模块纵向间紧固连接螺栓孔道二608。

需要解释说明是，模块纵向间紧固连接螺栓孔道一605及拱顶紧固连接拼装作业台座607均作为拱顶结构纵向连接的粗调初步定位紧固连接系统；模块纵向间紧固连接螺栓孔道二608作为拱顶构件纵向连接的精细调平挤压精确连接紧固系统。

需要解释说明的是，模块纵向间紧固连接螺栓孔道一605为相邻两个弧形预制空腔薄壁拱顶构件6沿线路方向双拼时的钢筋螺栓连接构造，在弧形预制空腔薄壁拱顶构件6两端的拱脚外侧预留定位紧固螺栓作业槽604，模块纵向间紧固连接螺栓孔道一605在定位紧固螺栓作业槽604两侧翼臂墙上预留孔道，当两个相邻弧形预制空腔薄壁拱顶构件6就位后，穿入钢筋螺栓，对螺栓螺母施加预定扭矩，形成初张拉紧固作用。

需要解释说明的是，预制拱顶拼装定位抗剪凸榫606为弧形预制空腔薄壁拱顶构件6相邻拼装时的榫槽构造，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6的两侧分别按凹槽和凸榫构造设计，相邻两组弧形预制空腔薄壁拱顶构件6在水平拼接时可形成榫槽啮合，提供整体连接性能、抗剪性能、变形协调性能以及定位安装功能。

需要解释说明的是，拱顶紧固连接拼装作业台座607、模块纵向间紧固连接螺栓孔道二608为弧形预制空腔薄壁拱顶构件6顶部外侧相邻构件初步紧固构造连接系统，相邻弧形预制空腔薄壁拱顶构件6组拼时，通过顶部的模块纵向间紧固连接螺栓孔道二608预留的安装螺栓作业槽进行螺栓安装和紧固，螺栓孔到拱顶紧固连接拼装作业台座607，作用和做法同模块纵向间紧固连接螺栓孔道一605连接系统。

需要解释说明的是，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6相邻组拼时，通过拱顶一处、拱脚二处的初紧固连接系统，即模块纵向间紧固连接螺栓孔道一605、拱顶紧固连接拼装作业台座607以及施工单元最终张拉锁紧系统拱顶脚部预应力张拉孔道601、拱顶中部预应力张拉孔道602，完成纵向水平拼装紧固施工。相应的紧固作业槽，即构造定位紧固螺栓作业槽604、模块纵向间紧固连接螺栓孔道二608，在施工单元完成后，在拱顶外侧进行混凝土后浇筑施工，填实施工作业槽，并起到对钢筋孔和钢筋的预加力的封锚和防水作用。

优选地，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6一端侧壁内部开设有相对称的预制结构端面铺贴防水胶条槽道609，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6的端面顶部开设有若干与预制拱顶拼装定位抗剪凸榫606相配合的空腔薄壁拱顶结构内部空腔6010，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6的顶部弧形外壁设置有若干预制拱顶预埋多向吊环6011，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6的底端两侧均开设有与墙顶拼装抗剪凸榫304相配合的拱顶脚部竖向拼装定位抗剪槽6012，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6内拱顶内侧中部对称设置有拱顶内侧预埋接触网安装螺栓套6013。

需要解释说明的是，预制拱顶预埋多向吊环6011为弧形预制空腔薄壁拱顶构件6的吊装预埋万向吊环系统，万向吊环系统设置在弧形预制空腔薄壁拱顶构件6的实心混凝土结构位置，保障构件吊运的承载能力。单个弧形预制空腔薄壁拱顶构件6，在外侧共计设置六处万向吊环吊点。

需要解释说明的是，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6内部空腔系统构造，分为横切面和顺向切面图示空腔构造。所有侧壁混凝土构造最小厚度不得小于250mm厚，满足防水和强度要求。沿着弧形预制空腔薄壁拱顶构件6的形状走向进行空腔设计。空腔设计，不但减小构件自重，同时对构件受力不产生影响。在空腔薄壁拱顶结构内部空腔6010的空腔（以虚线表示）与空腔间隔处，设置预制拱顶预埋多向吊环6011预埋万向吊环系统。

根据本发明的另一个实施例，如图12所示，还提供了一种适用既有运营线路改造的装配式隧道施工方法，该适用既有运营线路改造的装配式隧道施工方法包括以下步骤：

S1、对预制桩基1作业施工，沿线路方向按城轨接触网立杆间距控制纵向施工单元长度，并保留运营线路电气及供电牵引的既有设备设施不变；

需要解释说明的是，对预制桩基1作业施工（或路基侧挖孔桩施工），沿线路方向按电气化铁路或城轨接触网立杆间距控制纵向施工单元长度，并保留电气供电既有设备设施不变。

S2、当预制桩基1施工完成后，对预制承台梁2进行施工，并做好预制钢筋混凝土二衬直墙3安装预留条件；

S3、安装预制钢筋混凝土二衬直墙3，安装完毕后，分步进行墙外侧土回填；

S4、当既有线路路基道床501（路堑）两侧预制钢筋混凝土二衬直墙3的墙外回填土施工完毕后，架设桥式龙门起重机（亦或汽车吊）；

S5、通过桥式龙门起重机对弧形预制空腔薄壁拱顶构件6进行吊运安装就位，并将弧形预制空腔薄壁拱顶构件6的环向安装缝与预制钢筋混凝土二衬直墙3的环向安装缝采用错缝对位安装；

需要解释说明的是，弧形预制空腔薄壁拱顶构件6与预制钢筋混凝土二衬直墙3之间通过“定位销钉”和高强钢筋紧固螺栓进行定位粗调和精调紧固进行竖向连接。弧形预制空腔薄壁拱顶构件6沿线路方向的拼装缝连接采用“榫卯槽”、高强钢筋预紧固螺栓、多幅构件串联的张拉预应力筋进行纵向构件连接。

S6、弧形预制空腔薄壁拱顶构件6与预制钢筋混凝土二衬直墙3安装施工后，利用既有线路运营的中断时间进行电力设备移位改造，并拆除废弃电力设备；

需要解释说明的是，对于电气化铁路、城轨接触网供电系统构件，在上述施工段纵向单元预制拼装施工后，利用既有线路运营中断“天窗期”进行电力设备移位改造，于隧道内壁预留安装处施工吊挂接触网等供电、信号设备及线缆。

S7、全部改造隧道施工完毕后，施工外包防水和保护层结构，并根据规划要求和设计要求进行隧道周边覆土回填施工，亦可实现盖上整体开发功能。

需要解释说明是，拆除废弃电力设备，在已施工完毕的沿线路的纵向施工单元之间，即废弃电力电杆、信号设备拆除后的区段进行局部最后“一环”结构后浇筑施工，全部改造隧道施工完毕后，施工外包防水和保护层结构，之后根据规划要求和设计要求进行隧道周边覆土回填施工，完成既有“明线”改“暗线”。

需要解释说明的是，如图13-图20所示，为本发明的结构横向断面施工顺序。

需要解释说明的是，全部施工工艺均为在运营线路条件下进行施工，施工作业期间不中断行车。在电气化线路条件下，仅在扣拱封闭结构顶拱后，利用夜间非运营“天窗期”进行电气化接触导线施工和接入施工。

需要解释说明的是，以下所指的“原技术方案”为：非标准化的构件整体预制与钢筋连接后浇筑工艺的装配式建造结构体系。

预制构件轻量化指标：同类型结构相同部位构件的70%-85%；

拱顶构件模块起吊重量：为原有技术条件下起平顶构件或实体构件吊重量的70%；

构件之间连接安装施工用时，相较现浇施工技术可以缩短现场施工周期70%-80%；

不需要封闭既有线，不中断既有线行车，对行车造成的中断时间影响为“零”，列车经过施工区段时仅需按安全旅速进行降速通过即可；

现浇明挖隧道结构双线单公里建设工期一般为十六个月，采用本发明技术后，因不中断行车，可提升运营效益十六个月，单公里建设改造长度内，可增加十六个月的运营收益经济指标。

施工占用场地含存放、吊运等场地面积，为现有封闭现浇式式技术施工用地的50%-60%；

现场施工排放（废水、建筑垃圾）约为现浇施工技术方案的10%，为现有装配式湿接（后浇）工艺技术的20%；

现场施工作业人工较现浇施工能节省人工80%以上；同样施工速率下，相较于现有的装配式施工技术能节省人工20%以上。

现场吊运、安装等施工受季节、气候的影响，较原技术方案的影响程度为40%。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，可提升现场装配施工速度与效率。通过对现有装配式吊装施工调研，采用现有的汽车吊（龙门吊）进行吊升，本发明在结构体系及构件发明时，引入了“限重值设计理念”，即最大构件重量小于40t（以往类似结构基本为50t-70t），单台汽车吊车即可完成。这使吊装施工更加灵活，减小了起吊重量，预制构件运输平板车也更加小型化，预制厂及施工场地内，更容易存放预制构件。按一般吊装施工设备和施工工艺测算，单构件吊装就位、安装组拼仅需要一小时以内，大大减少了安装时间，且不需要进行节点处的混凝土浇筑。相较于一般的类似结构，单构件吊运安装时间缩小两小时以上。本发明的节点连接安装后，通过初步紧固即可实现结构自稳定，较采用筑模、浇筑、早期混凝土达标的总时间可缩短五天以上。综上，从吊运安装过程，到节点连接，均有明显的缩短工期的效果。采用本发明构件构造制造技术，能大幅度提高拱顶结构构件的强度和抗变形能力，大大缩小构件截面尺寸，进一步实现构件轻量化，实现轻量化比例超过20%以上。在大型构件运输阶段，可以提升运输效率，运输路径方案更加多样化。在构件吊装施工时，因构件采用了轻量化设计创新，起吊重量较以往构件减少20%以上，可提升起吊效率，提升吊装安全度，构件安装就位更加精确。采用高精度模板制造的预制构件，加工精度可达到±1mm误差以内，对安装阶段的拼缝精度更能保障安装裕量控制。实现了施工速度快，且不中断既有线行车运营，全部施工均在既有线安全控制限界范围以外施工的工艺技术。

本发明创新研发了装配式结构的模块划分方式和预制构件的设计，使隧道结构具有更加轻量化的预制拼装模块，能够解决类似结构体系因施工场地条件限制无法采用大型构件装配施工的难题，丰富了既有线改造工程、全装配式隧道结构的技术应用场景。对于现场拼装施工环节，因预制构件模块更加轻量化，可使用小型化起重设备与吊装设备，不占用更多的施工场地，作业回转半径更小，施工组织及施工工序更加灵活，更能提升施工安全度及装配精度。通过采用节点紧固连接技术、榫槽咬合技术、齿状抗剪槽、高分子聚合物胶条嵌缝挤压精度控制、上层预制构件二次配重等新技术，提升了结构的整体稳定性能和组装拼接施工效率。本发明采用干式连接体系，采用了精度要求较高的初紧固连接系统，“榫卯”类结构构件咬合挤压连接，预应力张拉调平及预压连接，高强螺栓连接拼接，限位卡槽剪力传递构造等系列连接体系，实现了全结构拼装装配施工。以上连接方式，需采用制造误差在±1.0mm以内的预制构件，就位精度在5mm以内，挤压紧固后构件连接精度在2mm以内。实现了高效的拼装精度（非受力接缝缝宽+2mm）传力缝挤压紧固后的缝宽在1mm，构件贴合面敷设高分子橡胶贴合挤压胶带，通过施加压力挤压胶条，达到构件安装控制精度的要求。该项技术，要求预制构件的制造加工需要达到盾构管片级制造精度，这就能进一步提升了整体拼装结构质量达标率，发展创新了高架结构与轨道交通结构全装配式设计建造的模块化新型结构体系。本发明的整体结构架构体系受力清晰，传力明确，解决了地下结构侧土压力和水压对侧壁造成的大偏心构件受力问题。通过加设拱形构造的拱顶结构，即减小了拱顶结构上方附图荷载造成的大变形，同时将拱形上方荷载转化为拱脚推力，以抵消侧墙因承担侧向水、土压力造成的强度和变形问题。通过拱顶与侧墙的错缝拼接和纵向张拉以及榫卯限位等综合技术体系，将拼装结构更好的形成整体受力结构，变形更加协调，避免单一构件发生相对变形破坏的几率，整体结构体系实现了最优化的全装配式组装结构。采用本发明成果，可进一步使整体结构得到轻量化优化性能，预制构件模块体量更小，更便于制造加工、城市运输、现场吊装，更能保证吊装精调施工操作精度。为装配式轨道交通技术应用提供了更多的应用场景的可能。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”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，除非另有明确的限定，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发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (10)

1.一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构，包括若干相对称的预制桩基（1），其特征在于，所述预制桩基（1）的顶部均连接有预制承台梁（2），所述预制承台梁（2）的顶部均连接有若干预制钢筋混凝土二衬直墙（3），所述预制承台梁（2）的内侧均设置预制排水边沟（4），两组所述预制排水边沟（4）之间设置有既有线轨道组件（5），所述预制钢筋混凝土二衬直墙（3）的顶部连接有弧形预制空腔薄壁拱顶构件（6）。

2.根据权利要求1所述的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构，其特征在于，所述预制钢筋混凝土二衬直墙（3）的内顶部开设有顶端预应力紧固张拉孔道（301），所述预制钢筋混凝土二衬直墙（3）内底部均开设有两个相对称的墙身预应力紧固张拉孔道（302）。

3.根据权利要求2所述的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构，其特征在于，所述预制钢筋混凝土二衬直墙（3）的内部且位于两个所述墙身预应力紧固张拉孔道（302）的顶部均设置有墙身拼装抗剪凸榫（303），所述预制钢筋混凝土二衬直墙（3）的顶端设置有墙顶拼装抗剪凸榫（304）。

4.根据权利要求3所述的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构，其特征在于，所述预制钢筋混凝土二衬直墙（3）的顶部一侧设置有隧道内轨旁检修牛腿（305），所述预制钢筋混凝土二衬直墙（3）的顶部远离所述墙顶拼装抗剪凸榫（304）的一侧设置有拱顶拼装定位紧固螺栓预埋栓套筒（306）。

5.根据权利要求4所述的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构，其特征在于，所述预制排水边沟（4）的顶端设置有排水沟盖板（401）。

6.根据权利要求5所述的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构，其特征在于，所述既有线轨道组件（5）包括设置在两组所述预制排水边沟（4）之间的既有线路路基道床（501），所述既有线路路基道床（501）的顶端对称设置有既有线路轨道（502）。

7.根据权利要求6所述的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构，其特征在于，所述弧形预制空腔薄壁拱顶构件（6）的内底部两侧均开设有拱顶脚部预应力张拉孔道（601），所述弧形预制空腔薄壁拱顶构件（6）内顶中部开设有拱顶中部预应力张拉孔道（602），所述弧形预制空腔薄壁拱顶构件（6）底部两侧均开设有与所述预制钢筋混凝土二衬直墙（3）相配合的高强钢筋螺栓预留孔（603）。

8.根据权利要求7所述的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构，其特征在于，所述弧形预制空腔薄壁拱顶构件（6）的底部两侧弧形外壁均开设有定位紧固螺栓作业槽（604），所述定位紧固螺栓作业槽（604）的两侧壁均开设有模块纵向间紧固连接螺栓孔道一（605），所述弧形预制空腔薄壁拱顶构件（6）的端面顶部设置有若干预制拱顶拼装定位抗剪凸榫（606）；

所述弧形预制空腔薄壁拱顶构件（6）的顶部设置有拱顶紧固连接拼装作业台座（607），所述拱顶紧固连接拼装作业台座（607）内部开设有模块纵向间紧固连接螺栓孔道二（608）。

9.根据权利要求8所述的一种适用既有运营线路改造的装配式隧道结构，其特征在于，所述弧形预制空腔薄壁拱顶构件（6）一端侧壁内部开设有相对称的预制结构端面铺贴防水胶条槽道（609），所述弧形预制空腔薄壁拱顶构件（6）的端面顶部开设有若干与所述预制拱顶拼装定位抗剪凸榫（606）相配合的空腔薄壁拱顶结构内部空腔（6010），所述弧形预制空腔薄壁拱顶构件（6）的顶部弧形外壁设置有若干预制拱顶预埋多向吊环（6011）；

所述弧形预制空腔薄壁拱顶构件（6）的底端两侧均开设有与所述墙顶拼装抗剪凸榫（304）相配合的拱顶脚部竖向拼装定位抗剪槽（6012），所述弧形预制空腔薄壁拱顶构件（6）内拱顶内侧中部对称设置有拱顶内侧预埋接触网安装螺栓套（6013）。

10.一种适用既有运营线路改造的装配式隧道施工方法，用于实现权利要求1-9中任一项所述的适用既有运营线路改造的装配式隧道结构的施工，其特征在于，该适用既有运营线路改造的装配式隧道施工方法包括以下步骤：

S1、对预制桩基（1）作业施工，沿线路方向按线路供电接触网立杆间距控制纵向施工单元长度，并保留运营线路电气及供电牵引的既有设备设施不变；

S2、当预制桩基（1）施工完成后，对预制承台梁（2）进行施工，并做好预制钢筋混凝土二衬直墙（3）安装预留条件；

S3、安装预制钢筋混凝土二衬直墙（3），安装完毕后，分步进行墙外侧土回填；

S4、当既有线路路基道床（501）两侧的预制钢筋混凝土二衬直墙（3）的墙外回填土施工完毕后，于墙外侧架设桥式龙门起重机；

S5、通过桥式龙门起重机对弧形预制空腔薄壁拱顶构件（6）进行吊运安装就位，并将弧形预制空腔薄壁拱顶构件（6）的环向安装缝与预制钢筋混凝土二衬直墙（3）的环向安装缝采用错缝对位安装；

S6、弧形预制空腔薄壁拱顶构件（6）与预制钢筋混凝土二衬直墙（3）安装施工后，利用既有线路运营的中断时间进行电力设备移位改造，并拆除废弃电力设备；

S7、全部改造隧道施工完毕后，施工外包防水和保护层结构，并根据规划要求和设计要求进行隧道周边覆土回填施工。