門洞式支架在地鐵軌頂風(fēng)道施工中的應(yīng)用

耿生春，張 杰，扶 杰

（中鐵四局集團第三建設(shè)有限公司，天津 300163）

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，交通擁堵問題已嚴(yán)重影響了城市的可持續(xù)發(fā)展，地鐵建設(shè)是解決城市交通擁堵的有效途徑，地鐵建設(shè)過程中，車站軌頂風(fēng)道與區(qū)間盾構(gòu)掘進(jìn)不可避免的存在交叉作業(yè)，使風(fēng)道支架搭設(shè)與盾構(gòu)施工電瓶車運行在空間上相沖突，為解決此問題，需要對傳統(tǒng)的滿堂支架進(jìn)行優(yōu)化，使軌頂風(fēng)道架體搭設(shè)后能夠滿足電瓶車的運行條件。

1 工程概況

天津地鐵4號線徐州道站為地下雙層雙柱明挖島式結(jié)構(gòu)，全長220.8 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬20.7 m、高13.51 m，兩端均為盾構(gòu)始發(fā)。軌頂風(fēng)道采用C35混凝土澆筑，板厚200 mm，除中心里程附近風(fēng)道端墻為200 mm厚以外，其余軌頂風(fēng)道端墻、側(cè)墻厚度均為250 mm，風(fēng)道內(nèi)部凈空高度為850 mm，為滿足盾構(gòu)始發(fā)過程中后配套設(shè)備凈空要求，軌頂風(fēng)道采用二次澆筑，在盾構(gòu)完成、配套設(shè)備完全進(jìn)洞后進(jìn)行車站軌頂風(fēng)道施工。

2 支架方案選擇

對于盾構(gòu)始發(fā)車站，如果軌頂風(fēng)道提前施工會造成車站凈空高度小于盾構(gòu)機高度，勢必會影響盾構(gòu)機的推進(jìn)；因此軌頂風(fēng)道往往待盾構(gòu)機完全過站后與盾構(gòu)施工穿插進(jìn)行，盾構(gòu)施工電瓶車運行軌道位于軌頂風(fēng)道下方，為保證軌頂風(fēng)道施工的同時盾構(gòu)電瓶車正常運行，軌頂風(fēng)道施作須采用門洞式支架［1］，門洞式支架一般有兩種搭設(shè)方案。

1）盤扣式支架。通過預(yù)留門洞，以便電瓶車通行軌頂風(fēng)道［2］。支架立桿間距1.2 m×1.2 m，步距1.5 m，門洞挑空立桿采用扣件鋼管扣接，共布置2道間距500 mm的水平鋼管，在立桿兩側(cè)布置2道上升斜桿，斜桿角度為45°～60°［3］，斜桿與立桿交點處采用旋轉(zhuǎn)扣件連接。主龍骨采用14#工字鋼，沿風(fēng)道橫向布置，間距1.2 m；次龍骨采用8 cm×8 cm的方木，沿風(fēng)道縱向布置，間距24 cm。面板采用厚度為15 mm的竹膠板，單塊尺寸1.22 m×2.44 m。見圖1。

圖1 門洞式盤扣支架

2）定制門式鋼架。門式鋼架下部能夠滿足電瓶車運行條件，底部設(shè)置絲杠，能夠調(diào)整支架體系整體高度，其中立柱為108 mm×5 mm鋼管，主龍骨采用工14工字鋼，每跨長1.8 m，縱向上部按照30 cm間距縱向鋪設(shè)8 cm×8 cm方木［4］。見圖2。

圖2 門式鋼架

2.1 方案比選

2.1.1 適用性

軌頂風(fēng)道斷面形式較多，單一形式的門式鋼架無法滿足整個車站軌頂風(fēng)道的施工要求，局部必須輔以鋼管支架，會降低整體施工效率；另外，門式鋼架設(shè)計從底部采用底托調(diào)整標(biāo)高，但門式鋼架整體性較強，調(diào)整難度較大。門洞式盤扣支架搭設(shè)速率較快且模板高度易調(diào)整，可根據(jù)風(fēng)道斷面形式靈活搭設(shè)。

2.1.2 效益

天津地鐵4號線徐州道站軌頂風(fēng)道以20 m為單元區(qū)段進(jìn)行分段施工，結(jié)合車站情況共分為20區(qū)段。兩種方案各配備一套材料進(jìn)行周轉(zhuǎn)。每段施工周期計劃為7 d。

1）盤扣式支架方案共投入43 701.17元。見表1和表2。

表1 盤扣支架費用

表2 盤扣支架人工費用

2）定制門式鋼架共投入52 466.744元。見表3和表4。

表3 定制門式鋼架制作費用

表4 定制門式鋼架人工費用

2.2 方案確定

經(jīng)分析，盤扣支架相比門式鋼架無論是技術(shù)和經(jīng)濟方面都具有明顯的優(yōu)勢，徐州道車站軌頂風(fēng)道采用盤扣支架［5］。

2.3 支架驗算

采用midas civil 2017有限元分析軟件建立盤扣支架結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行空間仿真分析，次龍骨方木、主龍骨工字鋼、支架立桿、水平桿、斜桿采用梁單元。根據(jù)荷載條件及材料特性取值，進(jìn)行了相應(yīng)荷載設(shè)置，邊界約束主要為[6]：面板與次龍骨之間采用彈性連接；次龍骨與主龍骨之間、立桿與主龍骨之間采用彈性連接；立桿底部采用一般約束，D-ALL全開，R-ALL不開；盤扣立桿與水平桿之間、盤扣立桿與扣件鋼管之間采用剛接。對支架穩(wěn)定性及各構(gòu)件強度剛度進(jìn)行驗算。

1）穩(wěn)定性。經(jīng)屈曲分析，特征值為3.83，滿足建議特征值為3～8的要求。

2）剛度。支架變形見圖3和表5。

表5 支架體系變形驗算結(jié)果mm

圖3 支架體系變形

3）強度。支架強度見圖4和表6。

圖4 支架體系強度

有限元分析結(jié)果說明，該支架體系符合相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工規(guī)范，支架的剛度、強度、穩(wěn)定性均滿足要求。

3 施工質(zhì)量控制措施

3.1 鋼筋工程

軌頂風(fēng)道鋼筋綁扎較為簡單，要求與原來預(yù)留的鋼筋按設(shè)計及規(guī)范要求進(jìn)行焊接，嚴(yán)格按設(shè)計要求進(jìn)行配筋。施工完成后必須按有關(guān)的設(shè)計圖及規(guī)范要求進(jìn)行驗收。綁扎雙層鋼筋網(wǎng)時，鋼筋骨架以梅花狀綁扎并設(shè)足夠數(shù)量的架立筋，保證鋼筋位置準(zhǔn)確。鋼筋網(wǎng)片成形后不得在其上堆置重物。

3.2 支架搭設(shè)及模板安裝

支架搭設(shè)到頂時，應(yīng)組織技術(shù)、安全、施工人員對整個架體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢查和驗收，及時解決存在的結(jié)構(gòu)缺陷，模板及支架必須具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性。

軌頂風(fēng)道模板用膠合板制作，施工前必須進(jìn)行分塊，垂直施工縫端頭采用模板收口，下一個分塊施工前對收口位置進(jìn)行鑿毛處理。為防止風(fēng)道底板與主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻節(jié)點位置混凝土出現(xiàn)“爛根”現(xiàn)象，安裝后用水泥砂漿將模板腳處封閉。

3.3 混凝土施工

混凝土澆搗前，重點對模板進(jìn)行一次全面檢查，保證結(jié)構(gòu)尺寸準(zhǔn)確，發(fā)現(xiàn)問題及時整改。采用小直徑振搗棒，由預(yù)留澆筑孔插入結(jié)構(gòu)內(nèi)，專人振搗，振搗點間距30～40 cm。振搗時，確保不漏、不過、不少，振搗持續(xù)時間以混凝土表面浮漿無氣泡、不下沉為止。

4 結(jié)語

1）盤扣支架在徐州道地鐵站軌頂風(fēng)道施工過程中揮了重要作用，在軌頂風(fēng)道正常施工的前提下，保證了區(qū)間盾構(gòu)掘進(jìn)電瓶車正常運行，有效保證了車站結(jié)構(gòu)施工與盾構(gòu)隧道施工交叉作業(yè)，保證了總體工期。

2）盤扣支架搭設(shè)速率較快，電瓶車與支架的安全距離不滿足要求時，只需對電瓶車軌道進(jìn)行調(diào)整即可，整體方便快捷；同時可根據(jù)風(fēng)道斷面形式靈活搭設(shè)且模板高度易于調(diào)整。

3）盤扣支架側(cè)面利用架體自身搭設(shè)施工操作平臺，無需借助外架或其他措施為施工人員提供操作平臺，保證安全的同時節(jié)約了成本，取得了良好的經(jīng)濟效益。

4）利用有限元分析軟件midas civil對支架進(jìn)行優(yōu)化，在保證架體的剛度、強度、穩(wěn)定性的同時，盡可能減少支架材料的使用量，降低施工成本同時軌頂風(fēng)道混凝土的外觀質(zhì)量也得到了保障。