貝雷梁在地鐵工程施工中的應(yīng)用分析

李翠雅

（中鐵二十二局集團(tuán)軌道工程有限公司，北京 100040）

0 引言

隨著國(guó)家推進(jìn)城鎮(zhèn)化進(jìn)程，城市人口不斷膨脹，給城市交通帶來巨大壓力。由于城市軌道具有對(duì)地面交通干擾小、運(yùn)量大、便捷高效等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此許多城市大力推進(jìn)城市軌道交通建設(shè)，在近年來得到了快速發(fā)展。城市軌道交通，施工場(chǎng)地周邊管線眾多復(fù)雜，往往需要對(duì)既有的管線進(jìn)行遷改，有些尚需在地鐵完成之后再進(jìn)行回遷，反復(fù)的遷改不僅造成較長(zhǎng)工期和經(jīng)濟(jì)的浪費(fèi)，而且對(duì)本來就很緊張的城市用地和城市通行產(chǎn)生更大的影響。在這種情況下，結(jié)合實(shí)際，對(duì)于一些管線采用原位懸吊的方式解決問題，效果會(huì)更好。管線懸吊可以采用型鋼、鋼梁、鋼筋混凝土梁等多種形式，由于貝雷梁拼裝快捷、通用性強(qiáng)、安全系數(shù)高、承載力高、施工方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。本文以成都地鐵5 號(hào)線騎龍站管線懸吊工程為背景，以貝雷梁作為荷載承受主體進(jìn)行管線保護(hù)，對(duì)采用貝雷梁管線懸吊方案的主要內(nèi)容進(jìn)行論述，為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

成都地鐵5 號(hào)線工程線路北起成都市新都區(qū)香城大道南側(cè)的商貿(mào)城北站，終于正公路南側(cè)回龍路站，線路全長(zhǎng)49km，全線共設(shè)車站41 座。12 標(biāo)段騎龍站位于劍南大道和華府大道十字路口，設(shè)計(jì)為島式車站，采用單柱雙跨地下二層現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段寬度21.1m，車站總長(zhǎng)389m，設(shè)4 個(gè)出入口和兩組風(fēng)亭（見圖1）。騎龍站基坑標(biāo)準(zhǔn)段深度16.4m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為圍護(hù)樁+噴錨+鋼支撐支護(hù)方式。在劍南大道和華府大道交叉位置采用蓋挖法施工，其余采用明挖法施工（蓋挖區(qū)域橫斷面詳見圖2）。

圖1 騎龍站總平面圖

圖2 騎龍站蓋挖區(qū)域橫斷面圖（單位：mm）

根據(jù)成都市政設(shè)計(jì)院提供的騎龍站管線綜合設(shè)計(jì)圖，蓋挖區(qū)兩側(cè)管線眾多橫跨主體基坑，DN800 自來水管線位于蓋挖區(qū)南側(cè)，材質(zhì)為鋼管，東西方向橫跨基坑，跨度為25m，埋深2.2m。管線如采用遷改的方式，則需要繞基坑至對(duì)面既有位置碰口，繞行路徑遠(yuǎn)、施工周期長(zhǎng)，需要占道施工作業(yè)，而且在車站施工完畢后仍需回遷至原位，經(jīng)綜合分析論證并報(bào)相關(guān)部門審批，決定采用原位懸吊進(jìn)行保護(hù)。

2 懸吊方式選擇

DN800 自來水管線跨越基坑位置跨度為25m，跨度較大，中間不具備臨時(shí)支撐條件，工字鋼懸吊無法實(shí)現(xiàn)大跨度的懸吊；選用混凝土梁可以滿足跨度要求，但工期較長(zhǎng)且管線恢復(fù)后還需破除，造價(jià)過高；采用貝雷梁方式懸吊不僅跨度上能滿足要求，而且拼裝拆除簡(jiǎn)捷、造價(jià)較低、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，綜合分析論證，決定選用貝雷梁懸吊方式。貝雷梁采用國(guó)產(chǎn)的“321”貝雷片拼裝而成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)輸方便、架設(shè)快捷、載重量大、互換性好、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。貝雷片由上、下弦桿、豎桿及斜桿焊接而成，上下弦桿的端部有陰陽接頭，接頭上有杵架連接銷孔，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長(zhǎng)為3m，高1.5m，寬0.45m，根據(jù)跨度選擇相應(yīng)的調(diào)整節(jié)能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)要求[1-2]。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 布置形式

DN800 自來水管線采用貝雷梁進(jìn)行懸吊，貝雷梁直接兩端坐落在車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)冠梁上，并用U 型卡將貝雷梁固定在冠梁上；在自來水管線外側(cè)包裹一層麻袋，用鋼絲繩將自來水管線懸掛于貝雷梁下方，鋼絲繩間距為2000mm。貝雷架選用單層雙排型貝雷梁，鋼絲繩選用6×7+FCφ10mm 鋼絲繩[3]。

3.2 貝雷梁選型驗(yàn)算

3.2.1 貝雷片設(shè)計(jì)參數(shù)詳見表1。

表1 貝雷梁物理幾何指標(biāo)（交計(jì)發(fā)[1998]23 號(hào)文）

（1）每片貝雷梁重量：270kg。

（2）DN800 給水管重量：702kg/m。

（3）計(jì)算跨度：25m。

3.2.2 荷載計(jì)算

（1）DN800 給水管自身荷載：

（2）DN800 給水管管中水荷載：

（3）兩排貝雷梁自重荷載：

q3=(270×2+ 21×2 + 80×2 + 3×8 + 0.69×8)×10÷3= 2572N/m

（4）線荷載組合：

q=q1+q2+q3= 1948 + 4776 + 2572 = 9296N/m

（5）貝雷梁安裝拆除考慮兩個(gè)人作業(yè)，荷載：

q4= 100×2×10÷1000 = 2000N

3.2.3 結(jié)構(gòu)檢算

（1）抗彎?rùn)z算

單片貝雷片抗彎承載力[M]=788.2kN ?m

單片貝雷片抗剪承載力[V]=245.2kN

考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.35，跨中最大彎矩：

滿足要求。

（2）抗剪性能檢算

最大剪力為：

（3）撓度驗(yàn)算

雙排單層貝雷片截面抵抗矩I= 500994.4cm4

跨中最大撓度：

滿足要求。

故選用雙排單層貝雷梁滿足施工安全要求。

3.3 鋼絲繩選型

采用兩根鋼絲繩八字形吊裝，鋼絲繩水平角度控制在45°。

貝雷梁自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值:

貝雷梁自重2.6×25=65kN

安全系數(shù)取3.5，單根鋼絲繩承受荷載

查閱《重要用途鋼絲繩》（GB 8918—2006）的表9（詳見表2），選用1960MPa 6×7+FCφ10mm 鋼絲繩，承載能力為65.1kN>62kN，滿足要求。

表2 鋼絲繩選用表(6×7+FC6×7+IWS 6×9W+FC6×9W+IWR)(力學(xué)性能)

4 管線懸吊施工

4.1 施工工藝流程

人工挖槽確定管線位置—包封破除、管線前期防護(hù)—管線土方開挖—貝雷梁安裝施工—懸吊保護(hù)管線—管線監(jiān)測(cè)—懸吊保護(hù)拆除。

4.2 自來水管線土體開挖

4.2.1 土方開挖前，人工探挖出管線位置。

4.2.2 管線上部土體及兩側(cè)土體采用機(jī)械開挖，挖至距管線外皮0.3m 時(shí)改用人工開挖，根據(jù)管線綜合圖進(jìn)行人工挖探孔，開挖時(shí)要小心，用鐵锨輕輕挖掘，不得用鎬。發(fā)現(xiàn)土質(zhì)發(fā)生變化時(shí)改用木釬將覆蓋物清除干凈，并確定管線實(shí)際埋深及走向，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整管線綜合圖，以便后期施工不損壞地下管線。

4.2.3 管道穿過冠梁時(shí)，在冠梁綁鋼筋的過程中，采用長(zhǎng)方體竹膠板對(duì)管線進(jìn)行保護(hù)，之后再澆筑冠梁混凝土，長(zhǎng)方木盒尺寸為1000mm×1000mm。

4.3 貝雷梁安裝

4.3.1 冠梁澆筑混凝土前，預(yù)埋螺栓，并且要保證其位置的準(zhǔn)確?；炷吝_(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后，進(jìn)行貝雷梁架設(shè)施工。

4.3.2 貝雷梁施工安裝時(shí)注意對(duì)管線的保護(hù)，嚴(yán)禁施工機(jī)械接觸管線。管線懸吊選用2 排單層不加強(qiáng)型貝雷梁，尺寸為1.5m×0.45m×3m。在兩端基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)量放樣，定位出貝雷梁準(zhǔn)確位置。使用吊車對(duì)貝雷梁進(jìn)行架設(shè)，貝雷梁兩片分為一組，吊車吊運(yùn)安裝貝雷片，準(zhǔn)確就位后固定在基礎(chǔ)上。

4.4 管線懸吊

4.4.1 挖除自來水管線下土方時(shí)，按鋼絲繩吊環(huán)間距間隔清除管線下方土方，隔一挖一，掏槽開挖采用人工開挖，開挖過程中盡量減少對(duì)開挖面兩側(cè)土體的擾動(dòng)，防止管線沉降導(dǎo)致?lián)p壞（見圖3）。

圖3 管線下土方挖除示意圖

4.4.2 土體挖至管底后即刻進(jìn)行管線懸吊，防止因個(gè)別鋼絲繩未將管線拉緊導(dǎo)致管線沉降而造成損傷。

4.4.3 貝雷梁架設(shè)完成后，在管線下側(cè)使用鋼絲繩對(duì)管線進(jìn)行懸吊，間距2000mm，在鋼絲繩與管線之間墊麻袋，將管線懸吊在貝雷梁上（見圖4）。

圖4 管線懸吊示意圖（單位：mm）

4.4.4 貝雷梁架設(shè)完成后，進(jìn)行鋼絲繩的懸掛，采用緊線器將鋼絲繩拉緊，用繩卡鎖住。根據(jù)前述計(jì)算的撓度值再次調(diào)整鋼絲繩長(zhǎng)度以消除貝雷梁的撓度對(duì)管線的影響。

4.5 管線監(jiān)測(cè)

4.5.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有施工期間的管線沉降監(jiān)測(cè)，貝雷梁位移監(jiān)控。

4.5.2 監(jiān)測(cè)方法

在貝雷架和管線上布設(shè)沉降位移觀測(cè)點(diǎn)。沉降和位移量測(cè)主要采用全站儀采取初始值，作為沉降觀測(cè)的基準(zhǔn)值，量測(cè)各測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對(duì)高差。此次所測(cè)高差與上次所測(cè)高差相比較，差值即此次沉降值；此次所測(cè)高差與初始高差相較，差值即累計(jì)沉降值。日沉降量≤2mm，累計(jì)沉降量≤10mm。

4.5.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

（1）地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)

地表沉降測(cè)點(diǎn)在基坑外兩側(cè)3m 處，燃?xì)夤芫€上方各埋設(shè)一個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)要用φ140 的鉆機(jī)或水鉆將地面硬化層鉆透，隨即打入作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的鋼筋，使鋼筋與土體結(jié)為整體，可隨土體的變化而變。為了避免車輛對(duì)測(cè)點(diǎn)的破壞，打入的鋼筋要低于路面2cm 深度，且上面設(shè)置鋼保護(hù)蓋，保護(hù)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)在測(cè)點(diǎn)處填上細(xì)砂。

（2）貝雷梁沉降位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

土方開挖前、安裝貝雷梁時(shí)，在貝雷梁的中頂部安裝一個(gè)沉降位移觀測(cè)標(biāo)，作為貝雷梁及燃?xì)夤芫€的沉降及位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

5 結(jié)語

DN800 自來水管線懸吊保護(hù)自2017年3月開始實(shí)施，2018年1月貝雷梁懸吊體系拆除，在此期間自來水管線未發(fā)生沉降、變形預(yù)警，安全平穩(wěn)度過，達(dá)到了管線懸吊預(yù)期目標(biāo)，確保了施工正常進(jìn)行。貝雷梁對(duì)管線的變形、沉降控制效果非常好，此懸吊方案的成功實(shí)施為同類型管線懸吊保護(hù)施工積累了經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)為類似管線保護(hù)施工提供成功案例。