南京地鐵3號(hào)線浦珠路站滿足大直徑盾構(gòu)整體始發(fā)結(jié)構(gòu)托換技術(shù)研究

劉方明

（中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300133）

南京地鐵3號(hào)線浦珠路站滿足大直徑盾構(gòu)整體始發(fā)結(jié)構(gòu)托換技術(shù)研究

劉方明

（中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300133）

為滿足南京地鐵3號(hào)線浦珠路站大直徑盾構(gòu)整體始發(fā)的需要，對(duì)該站原分體始發(fā)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。通過分析大直徑盾構(gòu)整體始發(fā)技術(shù)對(duì)地鐵車站的影響，總結(jié)出地鐵車站在大盾構(gòu)整體始發(fā)條件下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的處理方法及難點(diǎn)。根據(jù)車站工程地質(zhì)，利用混凝土梁柱臨時(shí)托換體系滿足始發(fā)要求，并采用SAP2000有限元軟件建立二維及三維模型進(jìn)行模擬分析，提出轉(zhuǎn)換始發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。得出采用臨時(shí)結(jié)構(gòu)托換技術(shù)解決大直徑盾構(gòu)整體始發(fā)技術(shù)是可行的，且臨時(shí)結(jié)構(gòu)托換體系對(duì)原結(jié)構(gòu)尺寸未產(chǎn)生影響。通過分析驗(yàn)證了混凝土梁柱體系在在地鐵車站結(jié)構(gòu)受力體系臨時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)的適用性。

大直徑盾構(gòu)；整體始發(fā)；地鐵車站；臨時(shí)托換體系；數(shù)值模擬

0 引言

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市軌道交通已成為一種城市建設(shè)的趨勢(shì)，而城市發(fā)展也需要修建更多的地鐵。地鐵一般多位于地下，因此地鐵在修建過程中不可避免地需要穿越江河湖海。就南京地鐵而言，目前修建的3，10號(hào)線等均需穿越長(zhǎng)江。從經(jīng)濟(jì)及風(fēng)險(xiǎn)角度考慮，優(yōu)先采用大直徑盾構(gòu)穿越。李懷洪［1］在大直徑泥水平衡盾構(gòu)的分體始發(fā)技術(shù)中指出：大直徑泥水平衡盾構(gòu)的分體始發(fā)，相對(duì)于中小直徑土壓平衡盾構(gòu)而言，其轉(zhuǎn)換施工風(fēng)險(xiǎn)較大，主要體現(xiàn)在臺(tái)車臨時(shí)轉(zhuǎn)換的盾構(gòu)掘進(jìn)施工階段和恢復(fù)臺(tái)車的掘進(jìn)停頓階段，土艙內(nèi)的切口水壓難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制，復(fù)雜的設(shè)備系統(tǒng)在施工環(huán)境趨于惡劣的不利情況下，較難保證其運(yùn)行穩(wěn)定性。因此，整體始發(fā)技術(shù)相對(duì)安全。綜上所述，由于整體始發(fā)，對(duì)地下空間要求相對(duì)較高，若車站結(jié)構(gòu)需滿足建筑功能要求，無法按大盾構(gòu)整體始發(fā)要求的空間進(jìn)行布置時(shí)，就需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。由于本方案調(diào)整處于施工圖階段，調(diào)整時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)已實(shí)施，因此無法對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，只能通過結(jié)構(gòu)托換形式進(jìn)行處理。

目前關(guān)于托換技術(shù)的研究有：康直［2］在對(duì)既有人防商場(chǎng)下進(jìn)行結(jié)構(gòu)托換的可行性分析中，主要考慮對(duì)既有人防商場(chǎng)結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行托換處理，在人防商場(chǎng)下修建新的地鐵車站，與本工程一樣采用的是混凝土梁柱形式；胡新紅等［3］介紹了大跨度框架結(jié)構(gòu)的托梁換柱施工技術(shù)，并驗(yàn)證采用應(yīng)變和頂升量雙控法對(duì)大跨度框架柱進(jìn)行托換和控制的可靠性；張新中等［4］主要研究鋼結(jié)構(gòu)在墻托換和柱托換中的應(yīng)用；劉建宏［5］通過對(duì)鋼筋混凝土柱托換梁節(jié)點(diǎn)進(jìn)行承載能力試驗(yàn)研究，探討了在柱表面光滑和鑿毛2種界面情況下的受力特點(diǎn)、破壞機(jī)制，提出鋼筋混凝土柱托換設(shè)計(jì)中的主要控制參數(shù)；漆敬群［6］介紹結(jié)構(gòu)托換施工的工序流程、預(yù)應(yīng)力臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)的方案優(yōu)化和施工設(shè)計(jì)、新舊鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的界面處理和困難條件下的托換大梁結(jié)構(gòu)施工技術(shù)；桂曉光［7］通過對(duì)結(jié)構(gòu)托換所涉及的技術(shù)問題，控制因素分析、結(jié)構(gòu)處理，施工要求及監(jiān)控等進(jìn)行了系統(tǒng)地分析、介紹；甘屹［8］介紹了托換技術(shù)的設(shè)計(jì)方法，結(jié)合運(yùn)用托換技術(shù)加固某框架結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例，重點(diǎn)探討了托換技術(shù)的計(jì)算設(shè)計(jì)、施工工藝和構(gòu)造措施；袁健等［9］為保證人民大會(huì)堂中會(huì)堂在施工期間安全及正常使用，通過對(duì)既有建筑結(jié)構(gòu)體系分析后，制定出既能保護(hù)原有建筑，又不影響基坑施工的結(jié)構(gòu)托換方案。本文通過對(duì)比鋼結(jié)構(gòu)梁柱托換體系和混凝土梁柱托換體系的優(yōu)缺點(diǎn)，研究混凝土梁柱托換體系在地鐵車站結(jié)構(gòu)受力體系臨時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)的適用性。

1 工程概況

1.1 區(qū)間概況

南京地鐵3號(hào)線浦珠路—濱江路區(qū)間北起浦珠路站，先下穿威尼斯水城，再向南下穿江北大堤后下穿長(zhǎng)江及江南大堤，到達(dá)濱江路站。區(qū)間穿越地層主要為②－4d〈3－2〉粉砂、細(xì)砂、②－5d〈2－1〉粉砂、細(xì)砂、③－4d〈2－1〉礫砂、含礫中粗砂地、②－4b〈4－3〉流塑狀粉質(zhì)黏土、②－5b〈4－3〉軟塑－流塑狀粉質(zhì)黏土地層、②－3b〈4－3〉軟塑－流塑狀粉質(zhì)黏土（夾粉砂薄層）。隧道右線長(zhǎng)3 353.945 m，采用德國(guó)海瑞克泥水氣壓平衡式盾構(gòu)施工。盾構(gòu)總長(zhǎng)113 m，機(jī)頭長(zhǎng)12.7 m，盾構(gòu)井設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度13.5 m，盾構(gòu)直徑11.2 m。浦珠路—濱江路區(qū)間盾構(gòu)從浦珠路站始發(fā)，在浦珠路南端頭設(shè)置盾構(gòu)始發(fā)井。

1.2 車站概況

浦珠路站是南京地鐵3號(hào)線的中間站，是3號(hào)線大盾構(gòu)過長(zhǎng)江段的江北站，需為大盾構(gòu)過江提供始發(fā)井。車站斜跨柳州路和浦珠北路交叉路口，大致呈東西向設(shè)置。車站共設(shè)4個(gè)出入口，2組風(fēng)亭。車站采用明挖順作法施工（跨路口段采用蓋挖順作法施工）。車站受過江段大盾構(gòu)區(qū)間影響，為地下二層楔形側(cè)式站臺(tái)形式，地下一層為站廳層，地下二層為楔形站臺(tái)層，為雙層雙跨單柱箱型框架結(jié)構(gòu)。車站主體基坑長(zhǎng)172.3 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬24 m，深19.876 m，左端盾構(gòu)井深21.096 m，右端盾構(gòu)井深24.214 m。車站主體結(jié)構(gòu)大致分為3段，分別為左端盾構(gòu)井段、中間標(biāo)準(zhǔn)段、右端盾構(gòu)井段。車站站廳層層高6.15 m，站臺(tái)層層高6.56 m。

1.3 車站受大盾構(gòu)整體始發(fā)影響情況

大盾構(gòu)始發(fā)原設(shè)計(jì)為分體始發(fā)，考慮到大直徑泥水盾構(gòu)分體始發(fā)難度大、工期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)高，難以實(shí)施，調(diào)為整體始發(fā)。

原車站結(jié)構(gòu)方案按分體始發(fā)考慮，車站設(shè)計(jì)為單柱結(jié)構(gòu)。如圖1和圖2所示，大盾構(gòu)本體及各車架總長(zhǎng)度為113 m，在車體中間設(shè)置電機(jī)車運(yùn)輸軌道，供預(yù)制混凝土運(yùn)輸。

圖1 整體始發(fā)影響范圍平面布置圖Fig.1 Plan sketch showing influence scope of integral launching of shield machine

圖2 整體始發(fā)影響范圍縱斷面布置圖Fig.2 Profile showing influence scope of integral launching of shield machine

根據(jù)圖1和圖2所示，大盾構(gòu)車架設(shè)置所需空間要求如下：

1）盾構(gòu)車架凈高度適應(yīng)車站站臺(tái)層層高設(shè)置，即車架高6.1 m。因此，車架設(shè)置范圍內(nèi)底縱梁高出底板部分需下翻或后澆。

2）大盾構(gòu)車體范圍內(nèi)中柱需后澆。

3）大盾構(gòu)車體橫向?qū)挾燃s9.2 m，因此托換體系需避開此范圍設(shè)置。

因此，需占用車站地下二層空間，即在施工階段，需對(duì)車站地下二層結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。整體始發(fā)影響段標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖3，整體始發(fā)影響段梁、柱平面布置見圖4。

圖3 整體始發(fā)影響段標(biāo)準(zhǔn)斷面圖（單位：mm）Fig.3 Typical cross-section of Metro station influenced by integral launching of shield machine（mm）

圖4 整體始發(fā)影響段梁、柱平面布置圖Fig.4 Plan layout of beams and columns of Metro station influenced by integral launching of shield machine

在施工階段需對(duì)結(jié)構(gòu)做如下處理：

1）原車站底板縱梁上翻部位改為二次施作，通過增加結(jié)構(gòu)鋼筋滿足受力計(jì)算，首次施工時(shí)下半部分縱梁箍筋預(yù)留搭接長(zhǎng)度，待大盾構(gòu)整體始發(fā)后二次施作上半部分縱梁。同時(shí)，需考慮底板的抗浮和裂縫計(jì)算，以及二次澆注對(duì)縱梁結(jié)構(gòu)受力的影響。

2）由于盾構(gòu)整體始發(fā)車架的空間要求，車站內(nèi)結(jié)構(gòu)柱地下二層段后澆。另由于地下二層段結(jié)構(gòu)柱后澆，此時(shí)中縱梁下無支點(diǎn)，因此，在盾構(gòu)整體始發(fā)階段，中縱梁不考慮受力，地下一層段結(jié)構(gòu)柱也設(shè)置托換體系對(duì)其進(jìn)行托換。方案為采用臨時(shí)設(shè)置梁柱受力體系對(duì)其進(jìn)行托換，待大盾構(gòu)整體始發(fā)后施作結(jié)構(gòu)柱，再拆除臨時(shí)柱網(wǎng)體系，從而達(dá)到托換的目的。

對(duì)結(jié)構(gòu)而言，其設(shè)計(jì)重點(diǎn)是建立相應(yīng)的托換體系和合理的步序來進(jìn)行托換處理。托換流程如下：

1）在中柱兩側(cè)約5 m處設(shè)置2排臨時(shí)梁柱體系，作為原車站梁柱體系的托換體系。

2）待盾構(gòu)始發(fā)完成后，后澆原車站梁柱體系。

3）待原車站梁柱體系達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除臨時(shí)梁柱體系。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

見表1。

表1 各土層物理指標(biāo)平均值表Table 1 Mean values of physical parameters of different strata

根據(jù)地下水賦存條件，本車站地下水類型主要為松散巖類孔隙水及基巖裂隙水?？紫稘撍陂L(zhǎng)江漫灘平原區(qū)廣泛分布，含水層巖性由全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、粉土及粉砂層組成，厚11～18 m。微承壓水在長(zhǎng)江漫灘、邊灘及河道區(qū)廣泛分布。其沉積物多呈二元或多元結(jié)構(gòu)，上細(xì)下粗，含水層巖性由粉細(xì)砂、中細(xì)砂、含礫中粗砂、卵礫石組成，砂層厚度一般在20～45 m。

勘察期間孔隙潛水水位埋深1.0～1.5 m，長(zhǎng)江北岸標(biāo)高為4.90～6.25 m，水位變化主要受大氣降水和長(zhǎng)江水位的影響，年水位變幅一般為0.5～1.0 m。微承壓水水位埋深1.0～3.0 m，標(biāo)高為4.00～5.50 m。

3 托換方案

3.1 托換方案比選

施工期間在車站內(nèi)盾構(gòu)設(shè)備兩側(cè)臨時(shí)施作2排梁柱體系以滿足車站受力要求，待永久梁柱施工完成后再拆除臨時(shí)梁柱體系。臨時(shí)梁柱體系可選用2種形式，即：鋼梁及鋼管柱體系托換和混凝土梁柱體系。

鋼梁及鋼管柱托換體系采用φ800 mm，t＝16 mm的臨時(shí)鋼管柱，柱間距3 m。頂、中、底梁采用3個(gè)HN700 mm×300 mm×24 mm×13 mm型鋼，上下采用20 mm厚綴板焊接而成。具體布置如圖5和圖6所示。節(jié)點(diǎn)布置如圖7所示。

圖5 整體始發(fā)段臨時(shí)鋼梁柱托換橫斷面圖（單位：mm）Fig.5 Profile showing temporary underpinning steel beams and columns of Metro station influenced by integral launching of shield machine（mm）

圖6 整體始發(fā)段臨時(shí)鋼梁柱托換平面布置圖Fig.6 Plan showing temporary underpinning steel beams and columns of Metro station influenced by integral launching of shield machine

混凝土梁柱托換體系主要構(gòu)件尺寸擬定為：頂托換梁900 mm×1 500 mm，中托換梁900 mm×600 mm，底托換梁900 mm×1600 mm，托換柱800 mm×1 000 mm，柱間距6 m。具體布置如圖8和圖9所示。

鋼管立柱與鋼梁體系造價(jià)約563萬元，混凝土梁柱體系造價(jià)約366萬元。另由于臨時(shí)托換鋼管立柱與鋼梁體系安裝精度要求較高、焊接質(zhì)量無法保證、且在施工過程中吊裝不方便，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較難控制，對(duì)結(jié)構(gòu)安全不利。因此，考慮選用混凝土梁柱體系進(jìn)行托換。

圖7 整體始發(fā)段臨時(shí)鋼梁柱托換節(jié)點(diǎn)布置圖（單位：mm）Fig.7 Layout of nodes of temporary underpinning steel beams and columns of Metro station influenced by integral launching of shield machine（mm）

圖8 整體始發(fā)段臨時(shí)混凝土梁柱托換橫斷面圖（單位：mm）Fig.8 Profile showing temporary underpinning concrete beams and columns of Metro station influenced by integral launching of shield machine（mm）

圖9 整體始發(fā)階段臨時(shí)混凝土梁柱托換平面布置圖Fig.9 Plan showing temporary underpinning concrete beams and columns of Metro station influenced by integral launching of shield machine

3.2 托換體系與永久結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換步序

見圖10。

鑿除順序均按遠(yuǎn)離盾構(gòu)井一端向盾構(gòu)井一端進(jìn)行。

圖10 托換體系與永久結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換步序Fig.10 Underpinning sequence

4 托換體系計(jì)算

4.1 托換體系控制標(biāo)準(zhǔn)

1）車站主體結(jié)構(gòu)工程主要構(gòu)件設(shè)計(jì)使用年限為100年，次要構(gòu)件設(shè)計(jì)使用年限為50年。

2）車站主體結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為一級(jí)，在進(jìn)行承載力計(jì)算時(shí)，構(gòu)件的重要性系數(shù)取1.1。

3）南京地區(qū)的地震設(shè)防烈度為7度（地震加速度0.10g和地震分組為第一組），抗震等級(jí)為三級(jí)，結(jié)構(gòu)需采用相應(yīng)的構(gòu)造措施。

4）工程環(huán)境類別屬Ⅰ－B類。

5）地下結(jié)構(gòu)須具有戰(zhàn)時(shí)防護(hù)功能。在規(guī)定的設(shè)防部位，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按6級(jí)人防的抗力標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)算，并設(shè)置相應(yīng)的防護(hù)設(shè)施。

6）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級(jí)為三級(jí)，即構(gòu)件允許出現(xiàn)裂縫。裂縫寬度限值≤0.3 mm（頂板臨土側(cè)為0.2 mm）。

7）結(jié)構(gòu)抗浮驗(yàn)算取最不利工況，當(dāng)不考慮側(cè)壁摩阻力時(shí)，其抗浮安全系數(shù)應(yīng)大于1.05，當(dāng)計(jì)算不滿足要求時(shí)，應(yīng)采用抗浮措施，其抗浮安全系數(shù)應(yīng)大于1.15。

8）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)采用防止雜散電流腐蝕的措施。鋼結(jié)構(gòu)及鋼連接件應(yīng)進(jìn)行防銹處理。

9）結(jié)構(gòu)防水等級(jí)為一級(jí)。

10）結(jié)構(gòu)耐火等級(jí)為一級(jí)。

4.2 主體結(jié)構(gòu)尺寸的擬定

主體結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件尺寸擬定為：頂板厚900 mm，頂縱梁1 200 mm×2 100 mm，中板厚450 mm，中縱梁900 mm×900 mm，底板厚1 000 mm，底縱梁1 200 mm× 2 400 mm，立柱800 mm×1 300 mm，側(cè)墻700 mm。

4.3 計(jì)算原則

1）臨時(shí)混凝土梁柱根據(jù)施工階段承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算和穩(wěn)定性、變形驗(yàn)算。永久結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)使用階段承載力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的要求，分別進(jìn)行承載能力的計(jì)算和穩(wěn)定性、變形及裂縫寬度驗(yàn)算。

2）車站結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)大盾構(gòu)始發(fā)工況、車站使用階段承載力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的要求，分別進(jìn)行承載能力的計(jì)算和穩(wěn)定性、變形驗(yàn)算。

3）受彎構(gòu)件的最大撓度不應(yīng)超過l/400～l/300，懸臂構(gòu)件的允許撓度取2（l/400～l/300）。

4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作條件，并反映結(jié)構(gòu)與周圍地層的相互作用。

5）結(jié)構(gòu)的凈空尺寸應(yīng)滿足大盾構(gòu)整體始發(fā)的凈空及施工工藝的要求。

6）結(jié)構(gòu)計(jì)算采用SAP2000軟件，采用“荷載－結(jié)構(gòu)”模型，圍護(hù)樁和內(nèi)襯墻之間設(shè)防水層，二者之間只能傳遞壓力而不能傳遞拉力、剪力、彎矩，按重合墻考慮。按平面桿系有限單元法、三維模式分別進(jìn)行計(jì)算。

4.4 計(jì)算荷載

4.4.1 荷載類型

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所考慮的計(jì)算荷載主要有3種：永久荷載、可變荷載和偶然荷載。

表2 荷載分類表Table 2 Load classification

4.4.2 荷載組合

根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50009—2001《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》及GB 50157—2003《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范規(guī)定的可能出現(xiàn)的最不利情況確定不同荷載組合時(shí)的荷載分項(xiàng)系數(shù)。荷載組合形式有基本組合、標(biāo)準(zhǔn)組合和偶然組合3種。

對(duì)于承載能力極限狀態(tài)，應(yīng)按荷載效應(yīng)的基本組合或偶然組合進(jìn)行荷載效應(yīng)組合，不同組合的荷載分項(xiàng)系數(shù)按規(guī)范要求取值；對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)使用功能要求，采用標(biāo)準(zhǔn)組合，進(jìn)行裂縫、變形驗(yàn)算，荷載分項(xiàng)系數(shù)按規(guī)范取值。

4.4.3 主要計(jì)算參數(shù)

1）地層的物理力學(xué)指標(biāo)依據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告取值。

2）設(shè)備區(qū)樓面荷載一般按8 kPa計(jì)算，超過8 kPa按設(shè)備實(shí)際重力及其運(yùn)輸路線計(jì)算。集散區(qū)樓面人群荷載4 kPa，地面活荷載20 kPa。

3）水壓力按全水頭考慮，水位取現(xiàn)狀地面線。4）結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)指標(biāo)根據(jù)規(guī)范選用。

4.5 平面桿系有限單元法計(jì)算結(jié)果

大盾構(gòu)整體始發(fā)階段臨時(shí)梁柱體系為地下雙層三跨鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，計(jì)算時(shí)沿車站縱向取1 m寬結(jié)構(gòu)作為分析單元，按底板支承在彈性地基上的平面框架進(jìn)行內(nèi)力分析。

4.5.1 計(jì)算工況及計(jì)算簡(jiǎn)圖

大盾構(gòu)整體始發(fā)段臨時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖11。

圖11 整體始發(fā)段臨時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig.11 Calculation sketch of temporary concrete structure of Metro station influenced by integral launching of shield machine

大盾構(gòu)整體始發(fā)段使用階段混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖12。

圖12 整體始發(fā)段使用階段混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig.12 Calculation sketch of concrete structure of Metro station influenced by integral launching of shield machine during shield launching

4.5.2 計(jì)算結(jié)果及分析

大盾構(gòu)整體始發(fā)段臨時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)力圖見圖13。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，分別取各控制斷面進(jìn)行配筋計(jì)算，由于臨時(shí)梁柱體系僅在施工階段起作用，故僅按照承載能力極限狀態(tài)核算內(nèi)力。將大盾構(gòu)始發(fā)施工階段臨時(shí)梁柱結(jié)構(gòu)體系基本組合彎矩值與永久結(jié)構(gòu)正常使用階段基本組合彎矩值進(jìn)行比較，取其較大值作為承載能力極限狀態(tài)彎矩值。內(nèi)力對(duì)比分析見表3。

從表3可以看出，臨時(shí)結(jié)構(gòu)承載能力控制組合不控制板墻配筋。經(jīng)檢算，配筋后，強(qiáng)度及裂縫滿足規(guī)范要求。

4.6 三維計(jì)算結(jié)果

取大盾構(gòu)整體始發(fā)階段臨時(shí)梁柱體系地下雙層三跨鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)三維模型，計(jì)算時(shí)根據(jù)車站出入口設(shè)置需要，在側(cè)墻兩側(cè)開設(shè)洞口，按底板支承在彈性地基上考慮，兩側(cè)約束橫向位移后進(jìn)行內(nèi)力分析。

圖13 大盾構(gòu)整體始發(fā)段臨時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)力圖Fig.13 Calculation of internal forces of temporary concrete structure of Metro station influenced by integral launching of shield machine

4.6.1 三維計(jì)算模型

采用SAP2000進(jìn)行三維計(jì)算，計(jì)算時(shí)，先建立三維模型。其相關(guān)材料如下：臨時(shí)托換結(jié)構(gòu)梁混凝土結(jié)構(gòu)采用C35鋼筋混凝土，主體結(jié)構(gòu)梁、板、內(nèi)襯墻混凝土結(jié)構(gòu)采用C35鋼筋混凝土，永久結(jié)構(gòu)中柱子采用C60鋼筋混凝土，臨時(shí)立柱采用C50鋼筋混凝土。根據(jù)工程各土層物理指標(biāo)平均值表，對(duì)模型進(jìn)行加載。

表3 內(nèi)力對(duì)比分析Table 3 Comparison and contrast among internal forces of different structures of Metro station

大盾構(gòu)整體始發(fā)段臨時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)三維計(jì)算模型見圖14。

圖14 整體始發(fā)段臨時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)三維計(jì)算模型Fig.14 3D calculation model of temporary concrete structure of Metrostationinfluencedbyintegrallaunchingof shield machine

4.6.2 三維計(jì)算結(jié)果及分析

見圖15。

圖15 三維計(jì)算結(jié)果Fig.15 3D numerical simulation result

根據(jù)三維計(jì)算結(jié)果顯示，經(jīng)檢算，配筋后強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

5 臨時(shí)結(jié)構(gòu)破除后對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

從以上受力計(jì)算分析結(jié)果可以看出，臨時(shí)托換體系轉(zhuǎn)換為永久受力體系后，對(duì)板墻而言，其受力最不利位置差別較大。從圖15可以看出，臨時(shí)托換體系會(huì)在永久體系的接近跨中位置出現(xiàn)負(fù)彎矩，而在永久體系的中柱處出現(xiàn)正彎矩；因此在設(shè)計(jì)時(shí)，需取兩者的包絡(luò)圖。通過計(jì)算分析可知，臨時(shí)體系的建立，并未對(duì)板墻的厚度產(chǎn)生影響，只是局部根據(jù)受力需要，加強(qiáng)配筋。另為確保受力體系安全轉(zhuǎn)換，需待永久結(jié)構(gòu)梁、柱混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%后，拆除臨時(shí)混凝土立柱以及站廳板、結(jié)構(gòu)底板臨時(shí)混凝土縱梁上翻部分。

6 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果分析

根據(jù)托換體系與永久結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換過程對(duì)板的監(jiān)測(cè)要求，在實(shí)際施工過程中，對(duì)頂板、中板豎向位移分別進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)到的豎向位移值為11 mm（含施工期間的施工誤差），根據(jù)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》3.4.3條規(guī)定，結(jié)構(gòu)允許撓度限值為l/300（l/400）［10］，按從嚴(yán)控制，約為27.5 mm，因此結(jié)構(gòu)實(shí)際變形能滿足規(guī)范要求。另根據(jù)裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果，頂、底板內(nèi)側(cè)裂縫、中板上下側(cè)裂縫均未超過0.3 mm，也滿足規(guī)范要求。

7 結(jié)論與討論

從以上計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果分析可知，臨時(shí)結(jié)構(gòu)托換技術(shù)解決大直徑盾構(gòu)整體始發(fā)對(duì)地鐵車站結(jié)構(gòu)的影響問題是可行的，另臨時(shí)結(jié)構(gòu)托換體系對(duì)原結(jié)構(gòu)尺寸未產(chǎn)生影響。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，還需注意加強(qiáng)臨時(shí)托換體系狀態(tài)下的受力對(duì)原結(jié)構(gòu)的裂縫及強(qiáng)度影響分析。結(jié)合以上結(jié)論，處理這類問題有以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：

1）本結(jié)構(gòu)處理的關(guān)鍵點(diǎn)是托換體系的選擇、結(jié)構(gòu)計(jì)算及施工過程中的轉(zhuǎn)換步序的控制。在計(jì)算過程中要考慮托換結(jié)構(gòu)在施工期間產(chǎn)生的短期變形，以及托換完成后使用階段的長(zhǎng)期變形。

2）由于大盾構(gòu)托換體系采用的是混凝土結(jié)構(gòu)體系，因此，在使用階段需對(duì)其進(jìn)行鑿除，鑿除施工時(shí)，柱頭向下50 cm左右進(jìn)行人工破除掉，破除完后，再采用施工機(jī)械進(jìn)行破除，這樣對(duì)永久結(jié)構(gòu)影響相對(duì)較小。

3）本站由于大盾構(gòu)方案確定采用整體始發(fā)已在施工圖設(shè)計(jì)階段，因此只能通過調(diào)整結(jié)構(gòu)來滿足大盾構(gòu)整體始發(fā)需要。建議在以后的工程設(shè)計(jì)中，可在方案階段考慮，通過方案階段結(jié)構(gòu)調(diào)整，來滿足大盾構(gòu)整體始發(fā)需要。

（References）：

［1］ 李懷洪.大直徑泥水平衡盾構(gòu)的分體始發(fā)技術(shù)［J］.建筑施工，2011，33（12）：1113－1114.（LI Huaihong.Technology for separate launching of large diameter slurry balanced shield machine［J］.Building Construction，2011，33（12）：1113－1114.（in Chinese））

［2］ 康直.對(duì)既有人防商場(chǎng)下進(jìn)行結(jié)構(gòu)托換的可行性分析［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2007（4）：108－112.（KANG Zhi. Feasibility study of the underpinning method under civil air defense marketplace［J］.Journal of Railway Engineering Society，2007（4）：108－112.（in Chinese））

［3］ 胡新紅，簡(jiǎn)要.大跨度框架結(jié)構(gòu)托梁換柱技術(shù)的設(shè)計(jì)與施工［J］.建筑施工，2012（8）：786－787，794.（HU Xinhong，JIAN Yao.Design and construction of supporting beams replacing columns technology for long-span framed structure ［J］.Building Construction，2012（8）：786－787，794.（in Chinese））

［4］ 張新中，王桂英，楊宏杰.鋼結(jié)構(gòu)在托換技術(shù)中的應(yīng)用［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2007（7）：241－243.（ZHANG Xinzhong，WANG Guiying，YANG Hongjie.Appllcation of steel structure in underpinning technology［J］.Building Structure，2007（7）：241－243.（in Chinese））

［5］ 劉建宏.鋼筋混凝土柱托換梁的試驗(yàn)研究［J］.山西建筑，2012，38（7）：47－48.（LIU Jianhong.Experimental research on the underpinned beam of steel reinforced concrete column［J］.Shanxi Architecture，2012，38（7）：47－48.（in Chinese））

［6］ 漆敬群.南國(guó)影院鋼筋混凝土大梁托換施工分析［J］.施工技術(shù)，2008，37（7）：78－80.（QI Jingqun.Construction analysis on underpinning reinforced concrete beam of Nanguo Cinema［J］.Construction Technology，2008，37（7）：78－80.（in Chinese））

［7］ 桂曉光.隧道與既有高架橋相遇時(shí)高架橋橋墩托換技術(shù)［J］.中國(guó)市政工程，2009（4）：34－35.（GUI Xiaoguang.On viaduct pier underpinning technology when the tunnels under construction meeting the existing viaducts［J］.China Municipal Engineering，2009（4）：34－35.（in Chinese））

［8］ 甘屹.對(duì)建筑結(jié)構(gòu)托換技術(shù)的探討［J］.山西建筑，2008，34（15）：127－128.（GAN Yi.Discussion of shifed technology in building structure［J］.Shanxi Architecture，2008，34（15）：127－128.（in Chinese））

［9］ 袁健，姜峰，蔡毅強(qiáng)，等.既有結(jié)構(gòu)柱位于擬建建筑基坑內(nèi)的托換施工技術(shù)［J］.建筑施工，2009，31（3）：172－174.（YUAN Jian，JIANG Feng，CAI Yiqiang，et al.Construction technology for foundation pit underpinned by existing structural columns［J］.Building Construction，2009，31 （3）：172－174.（in Chinese））

［10］ 趙基達(dá)，徐有玲.GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011：10－11.

Study on Underpinning of Puzhulu Metro Station on Line 3 of Nanjing Metro to Achieve Integral Launching of Large-diameter Shield Machine

LIU Fangming
（China Railway Tunnel Survey＆Design Institute Co.，Ltd.，Tianjin 300133，China）

According to the original design，separate launching of a large diameter shield machine is to be made at Puzhulu Station on Line 3 of Nanjing Metro.In the later stage，however，it is decided that integral shield machine launching is to be implemented to replace the original separate launching.Therefore，the structure of the Metro station should be treated.In the paper，the influence of the integral launching of the large diameter shield machine on the Metro station is analyzed，the key points of the treatment of the structure of the Metro station are summarized，solution of underpinning by concrete beams and columns is proposed，and calculation is made for the underpinning system by means of 2D and 3D models based on SAP2000 finite element software.Conclusion is drawn that the underpinning system adopted for the Metro station is feasible and rational.

large-diameter shield machine；integral launching；Metro station；temporary underpinning system；numerical simulation

10.3973/j.issn.1672－741X.2014.04.009

U 45

A

1672－741X（2014）04－0343－08

2014－01－06；

2014－02－25

劉方明（1983—），女，浙江東陽(yáng)人，2005年畢業(yè)于武漢化工學(xué)院，交通土建專業(yè)，本科，工程師，從事隧道及地下結(jié)構(gòu)工程方面設(shè)計(jì)工作。