地鐵蓋挖法采用軍用梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算與分析

韓 超

(沈陽鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧沈陽 110013)

地鐵蓋挖法采用軍用梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算與分析

韓 超

(沈陽鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧沈陽 110013)

沈陽地鐵九號(hào)線怒江公園站采用蓋挖順作的施工方法，其鋪蓋體系由單層式加強(qiáng)型六四軍用梁和預(yù)制混凝土板構(gòu)成，本文介紹了鋪蓋體系的構(gòu)造，并運(yùn)用Midas Civil軟件驗(yàn)算軍用梁的強(qiáng)度及剛度，從而確認(rèn)了本方案設(shè)計(jì)的可行性和合理性，希望為同類工程提供借鑒和參考。

軍用梁 Midas Civil 蓋挖車站 強(qiáng)度及剛度驗(yàn)算

1 工程概況

怒江公園站為沈陽地鐵九號(hào)線一期工程的起點(diǎn)站，該車站又是遠(yuǎn)期規(guī)劃六號(hào)線的換乘車站，九號(hào)線和規(guī)劃六號(hào)線在西江街與規(guī)劃路的交叉路口以北處平行設(shè)置。西江街道路紅線寬30 m，現(xiàn)狀道路寬22 m。由于此處交通導(dǎo)改條件困難，故本站采用蓋挖法施工，施工期間需對(duì)車站上方的地下管線進(jìn)行臨時(shí)改移。站后設(shè)有列車停放、折返線，折返線設(shè)在車站主體內(nèi)，上方空間作為物業(yè)開發(fā)。

車站總長211.65 m，其中車站主體結(jié)構(gòu)為二層三跨島式站臺(tái)車站，有效站臺(tái)長118.0 m，車站標(biāo)準(zhǔn)段總寬20.7 m，有效站臺(tái)寬度12.0 m。車站底板埋深約17.85 m，頂板覆土約4.1 m，采用蓋挖法施工。車站小里程端為蓋挖區(qū)間，大里程端為暗挖區(qū)間。主體結(jié)構(gòu)采用蓋挖順作法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁φ800@1200，設(shè)置3道支撐(除第1道為混凝土支撐外，其余2道為鋼支撐)加1道倒換鋼支撐，采用坑外降水方案。

2 設(shè)計(jì)方案

怒江公園站基坑寬度為20.7～21.7 m，設(shè)計(jì)采用跨度22 m的加強(qiáng)型六四單層式軍用梁，兩端為3.0 m輔助端構(gòu)架，中間采用4片4.0 m跨度的加強(qiáng)三角(代號(hào)21)。沿道路方向主桁架中心距為1.2 m。軍用梁中主桁各片間設(shè)聯(lián)結(jié)系，以確保軍用梁的整體穩(wěn)定。

軍用梁上鋪設(shè)170 mm厚預(yù)制混凝土蓋板，蓋板上為100 mm厚瀝青路面，從而形成蓋挖臨時(shí)路面體系，蓋挖路面橫斷面見圖1。

圖1 蓋挖路面橫斷面(單位：cm)

3 鋪蓋體系的空間受力模型

3.1 材料特性

輔助端構(gòu)架與加強(qiáng)三角(代號(hào)21)的材料特性如表1所示。

采用上述鋼材和所用焊接材料的焊縫設(shè)計(jì)基本容許應(yīng)力如表2所示。

3.2 邊界條件

本模型將軍用梁模擬為簡支梁，一端設(shè)置一個(gè)固定支座，相鄰的支座設(shè)置為橫向可動(dòng)、縱向固定的單向活動(dòng)支座，另一端設(shè)置一個(gè)縱向活動(dòng)支座(與固定支座相對(duì)應(yīng))，其余均設(shè)置多向活動(dòng)支座。

表1 輔助端構(gòu)架與加強(qiáng)三角桿件材料特征

表2 鋼材及焊縫的基本容許應(yīng)力 MPa

3.3 計(jì)算荷載

3.3.1 靜力荷載

本設(shè)計(jì)每片軍用梁靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值包括：

加強(qiáng)三角4片(4.82 kN/片);

3.0 m輔助端構(gòu)架2片(5.62 kN/片);

加強(qiáng)弦桿5片(2.4 kN/片);

圖2 結(jié)構(gòu)移動(dòng)荷載

路面板自重為0.17×25=4.25 kN/m(鋼筋混凝土構(gòu)件重度25 kN/m3);

路面面層自重0.1×20=2.0 kN/m(路面面層重度20 kN/m3)。

考慮到每榀軍用梁的間距1.2 m，軍用梁的跨度22 m，則靜力荷載 =4.82×4+5.62×2+2.4×5+(4.25+2)×1.2×22=207.52 kN，換算為每延米的靜力荷載q=207.52/22=9.433 kN/m。

3.3.2 移動(dòng)荷載

汽車荷載為城市A級(jí)車輛荷載，輪間距1.8 m，車道間距1.3 m。軍用梁沿主體基坑橫向布置，蓋挖路面設(shè)置4個(gè)機(jī)動(dòng)車道。計(jì)算取最不利荷載情況，即4個(gè)車道中，重車同時(shí)出現(xiàn)在同一個(gè)斷面的情況(圖2)，計(jì)算時(shí)取重車車輪所在斷面。

多車道的汽車荷載考慮多車道折減，折減后的效應(yīng)不得小于兩設(shè)計(jì)車道的荷載效應(yīng)。橫向折減系數(shù)如表3所示。

表3 橫向折減系數(shù)

4 桿件強(qiáng)度計(jì)算

結(jié)構(gòu)采用Midas空間結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析計(jì)算，模擬實(shí)際車道加載情況，軍用梁采用桁架單元結(jié)構(gòu)模擬。計(jì)算采用荷載組合：(軍用梁自重+二期恒載)×1.2+移動(dòng)荷載×1.4。由于采用聯(lián)結(jié)系對(duì)軍用梁進(jìn)行橫向聯(lián)結(jié)，車輛軸重的最不利布置可由相鄰兩榀軍用梁聯(lián)合承擔(dān)。計(jì)算模型見圖3。

圖3 軍用梁空間結(jié)構(gòu)模型

桿件強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果詳見表4。

綜上所述，軍用梁中的各桿件均滿足承載力要求，其中加強(qiáng)三角21中的N4豎桿是控制桿件。

5 軍用梁整體剛度計(jì)算

軍用梁整體剛度計(jì)算結(jié)果見圖4。

表4 桿件強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

圖4 軍用梁各節(jié)點(diǎn)的位移(單位：mm)

經(jīng)計(jì)算可得，結(jié)構(gòu)最大位移為54 mm＜［δ］=L/400=22 000/400=55 mm，滿足要求。

6 結(jié)語

沈陽地鐵在一號(hào)線九標(biāo)段南京街站和沈陽地鐵二號(hào)線二標(biāo)段陵西站均采用蓋挖順作法施工，為本車站的施工積累了許多經(jīng)驗(yàn)。軍用梁鋪蓋系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，安全可靠，增大作業(yè)空間，有效緩解了施工與交通需求的矛盾。軍用梁按照規(guī)定的使用方式，輔以專門的聯(lián)結(jié)系，具有較強(qiáng)的承載能力，能夠滿足路面汽車荷載的受力要求。

從社會(huì)效益來說，蓋挖法施工占地非常小，最大限度降低了對(duì)社會(huì)交通的影響，可以改變以往地鐵車站施工期間導(dǎo)致相鄰地區(qū)交通擁堵的現(xiàn)象，提高人們的出行效率。

綜上所述，蓋挖法有著廣泛的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，在城市地鐵車站建沒中有著廣泛的應(yīng)用前景，有必要進(jìn)行積極的引導(dǎo)推廣。

［1］中華人民共和國建設(shè)部．GBJ 50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京：中國計(jì)劃出版社，2003．

［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．CJJ 11—2011 城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011．

［3］劉暉．地鐵蓋挖車站軍用梁鋪蓋體系應(yīng)用及工況分析［J］．隧道建設(shè)，2007(3)：35-39．

［4］張艷萍，伊洪建，李海超，等．單層六四式鐵路軍用梁在現(xiàn)行鐵路活載條件下的使用研究［J］．鐵道建筑，2007(4)：9-10．

［5］符強(qiáng)，李延強(qiáng)．ANSYS在貝雷梁施工支架檢算及變形量預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究［J］．鐵道建筑，2012(6)：30-33．

［6］楊偉新．地鐵車站軍用梁鋪蓋法施工設(shè)計(jì)［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2006(11)：53-55．

［7］秦海燕．深圳地鐵車站蓋挖順作施工技術(shù)［J］．銅業(yè)工程，2007(4)：72-76．

［8］趙巨川，詹黎明．鋪蓋法在城市地鐵車站施工中的應(yīng)用［J］．鐵道建筑技術(shù)，2002(2)：15-16．

TU94+3．9

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2014．02．15

1003-1995(2014)02-0044-03

2013-07-15;

2013-10-16

韓超(1981— )，男，遼寧沈陽人，工程師。

(責(zé)任審編 孟慶伶)