地鐵車站盾構(gòu)孔封閉吊模施工技術(shù)

孫兵 SUN Bing

（上海隧道工程有限公司，上海 200032）

0 引言

城市地鐵土建工程主要包含車站和區(qū)間盾構(gòu)，為滿足工期節(jié)點，兩者交叉作業(yè)常有發(fā)生。尤其是盾構(gòu)與吊裝孔封閉同步實施的工況，對安全、質(zhì)量和進度的要求更高，一般采用滿堂架門洞方案，保證盾構(gòu)推進與主體結(jié)構(gòu)同步進行[1]，若交叉作業(yè)發(fā)生在盾構(gòu)始發(fā)階段，對作業(yè)空間要求較大，則會采用門式型鋼支架[2-3]和吊模方案。吊模方案具有工期短、費用較低、同步作業(yè)風(fēng)險小等優(yōu)勢，越來越普遍被采用，盾構(gòu)吊裝孔吊模封閉的方案與理論計算也較成熟[4-6]，但對于厚度超過1m的盾構(gòu)孔封閉方案和實施過程中的節(jié)點描述較少。

本文以南京地鐵5號線山西路站停車線段盾構(gòu)吊裝孔封閉方案為例，針對盾構(gòu)始發(fā)交叉作業(yè)的需求，選用吊模方案，并細(xì)化施工流程、計算及節(jié)點措施，滿足了盾構(gòu)封閉的實施，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

南京地鐵5號線是南京市軌道交通線網(wǎng)中東南至西北方向的一條定位為城區(qū)干線的重要線路，線路穿越江寧東山副城、南部新城、夫子廟地區(qū)中心、五臺山體育中心、北京西路行政中心、山西路-湖南路商業(yè)街和濱江商務(wù)區(qū)。線路全長37.4km，全部為地下線，共設(shè)車站30座。

山西路站為地下二層島式車站，車站全長513m，站臺寬12m，站后設(shè)單停車線。主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段寬21.1m，端頭井寬：25.3m，停車線主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段寬10.4m，端頭井寬：12.6m。停車線北端頭井設(shè)置1處盾構(gòu)吊裝洞口，為盾構(gòu)下井拼裝和后續(xù)始發(fā)推進提供條件。預(yù)留盾構(gòu)洞口尺寸為10.5m×7.5m，板厚1.2m，采用C40補償收縮混凝土，抗?jié)B等級P8。預(yù)留洞口平剖面如圖1所示。

2 方案比選

盾構(gòu)吊裝孔的封閉模板支架體系，最常用的是滿堂鋼管支架方案，若存在盾構(gòu)交叉施工情況，也會采用門式型鋼支架和吊模方案，三種方案的特點如下：

①滿堂鋼管支架方案。山西路站停車線頂板采用0.9m×1.2m×1.5m承插型盤扣式鋼管支架作為支撐體系，此方案工藝成熟、操作簡單、施工速度快，施工安全和質(zhì)量有保證，同時，采用現(xiàn)成材料，不額外產(chǎn)生材料租賃費用。但滿堂支架方案施工期間，端頭井其他作業(yè)需完成或暫停，無法做到交叉施工。②門式型鋼支架方案。根據(jù)盾構(gòu)井下方交叉施工場地需求，通過采用不同規(guī)格的型鋼和調(diào)整型鋼間距，可滿足交叉施工要求。此方案需在底板預(yù)留條件，對小于4m×4m空間，經(jīng)濟性和操作性較好。若洞口的尺寸加大，則施工的難度、安全風(fēng)險、工期和造價將極大提升。③吊模方案。利用型鋼和拉條螺栓將荷載傳遞至已完成頂板上，無需在端頭井內(nèi)設(shè)置其他支架體系。此方案可將端頭井內(nèi)部空間讓出，能滿足盾構(gòu)始發(fā)期間的場地要求，增加的材料較門式型鋼支架方案少且工期可控。但對施工前的籌劃和過程中質(zhì)量和安全的精細(xì)化管理要求高。

結(jié)合本工程盾構(gòu)始發(fā)與洞口封閉交叉實施的工況，通過對比三個方案的工期、費用、風(fēng)險，最終選用吊模方案。（表1）

表1 方案比選

3 吊模施工技術(shù)

3.1 吊模施工流程

材料準(zhǔn)備（型鋼、槽鋼定位鉆孔；拉條螺栓焊接止水片）→平臺搭設(shè)→上部扁擔(dān)梁定位和安裝→拉條螺栓安裝（滿足施工階段荷載即可）→槽鋼主楞安裝和固定→鋼管及方木次楞鋪設(shè)→模板安裝并在剩余拉條螺栓處開孔→盾構(gòu)口鋼筋綁扎和焊接→剩余拉條螺栓安裝→放樣和通過螺栓調(diào)整模板標(biāo)高→混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護等強→型鋼及模板支架體系拆除。

3.2 吊模材料選取、方案制定和荷載驗算

結(jié)合現(xiàn)場已有材料，并滿足吊模施工要求，本方案主要采用材料為：型鋼平臺雙拼12＃工字鋼，扁擔(dān)梁50＃工字鋼（間距0.85m），拉條螺栓直徑14mm（間距0.85m×0.5m），主楞10＃槽鋼（間距0.85m），次楞Ф48鋼管（間距0.15m）。具體吊模方案見圖2和圖3。

荷載和驗算具體過程如下：

①荷載取值。

模板及鋼管荷載取值0.5kN/m2，10#槽鋼取0.3kN/m2；頂板厚1200mm混凝土自重取28.8kN/m2（即1.2m×24kN/m3）；施工均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值取3kN/m2；混凝土振搗對水平模板荷載標(biāo)準(zhǔn)值取2kN/m2；板鋼筋荷載取1.32kN/m2。

②模板驗算。

強度Mmax=q1l2/8=43.336×0.152/8=0.122kN·m

σ=Mmax/W=0.122×106/37500=3.25N/mm2≤[f]=15N/mm2

撓度νmax=5ql4/（384EI）=5×33.22×1504/（384×10000×281250）=0.078mm

νmax=0.078mm≤min{150/150，10}=1mm

③鋼管次楞驗算。

強度M1=0.107q1靜L2+0.121q1活L2=0.107×5.932×0.852+0.121×0.608×0.852=0.512kN·m

M2=q1L12/2=6.539×0.152/2=0.074kN·m

Mmax=max[M1，M2]=max[0.512，0.074]=0.512kN·m

σ=Mmax/W=0.512×106/4250=120.398N/mm2≤[f]=205N/mm2

抗剪V1=0.607q1靜L+0.62q1活L=0.607×5.932×0.85+0.62×0.608×0.85=3.381kN

V2=q1L1=6.539×0.15=0.981kN

Vmax=max[V1，V2]=max[3.381，0.981]=3.381kN

τmax=2Vmax/A=2×3.381×1000/398=16.989N/mm2≤[τ]=125N/mm2

撓度Q=（γG（G1k+（G2k+G3k）×h）+γQ×γL×Q1k）×b=（1×（0.3+（24+1.1）×1.2）+1×1×3）×0.15=5.013kN/m

νmax=0.632qL4/（100EI）=0.632×5.013×8504/（100×206000×10.19×104）=0.788mm≤[ν]=min（L/150，10）=min（850/150，10）=5.667mm；

④槽鋼主楞驗算。

抗彎σ=Mmax/W=1.061×106/39700=26.726N/mm2≤[f]=205N/mm2

抗剪τmax=Vmax/（8Izδ）[bh02-（b-δ）h2]=12.866×1000×[48×1002-（48-3）×832]/（8×1983000×5.3）=28.438N/mm2≤[τ]=125N/mm2

撓度νmax=0.027mm≤[ν]=min{500/150，10}=3.333mm

⑤拉條螺栓驗算。

受拉強度σ=F/A=0.85*0.5*（37.1+7）*103/153.86=121.8N/mm2＜205N/mm2

⑥上部型鋼扁擔(dān)梁驗算。

抗彎Mmax=P×L2/24=39.176×7.52/24=91.819kN·m

σ=Mmax/（γxW）=91.819×106/（1.05×1860×1000）=47.014N/mm2≤[f]=215N/mm2

抗剪Vmax=P×L/2=39.176×7.5/2=146.91kN

τmax=Vmax[bh02-（b-δ）h2]/(8Izδ)=146.91×1000×[158×5002-（158-12）×4602]/（8×46470×10000×12）=28.342N/mm2≤[τ]=125N/mm2

撓 度νmax=P×L4/（384×E×Ix）=31.48×75004/（384×206000×464700000）=2.71mm≤[ν]=L/250=7.5×1000/250=30mm

3.3 吊模施工節(jié)點與關(guān)鍵技術(shù)

①搭設(shè)型鋼平臺抬高扁擔(dān)梁標(biāo)高、拉條螺栓分階段安裝，滿足施工空間要求，方便現(xiàn)場實施。若將吊模的50#工字鋼扁擔(dān)梁直接架設(shè)頂板上，支點處存在受力集中問題，不利于對已完結(jié)構(gòu)的保護，同時，上排鋼筋綁扎空間僅45mm，施工難度大且質(zhì)量難以保證。為此，通過在扁擔(dān)梁下方設(shè)置雙拼12#工字鋼平臺，將扁擔(dān)梁抬高，確保結(jié)構(gòu)保護和方便施工。根據(jù)吊模方案計算結(jié)果，拉條螺栓的間距為0.85m×0.5m，但在此空間內(nèi)基本無法完成模板和鋼筋施工。針對此問題，將拉條螺栓調(diào)整為兩次實施，第一次在槽鋼主楞施工期間，間隔兩根設(shè)置拉條螺栓，間距為0.85m×1.5m（通過計算可滿足混凝土澆筑前的荷載要求），待模板和鋼筋施工完成后，再補足剩余拉條螺栓。②對槽鋼主楞和拉條螺栓進行固定、模板接縫下采用方木作為次楞、頂板預(yù)留起拱，滿足施工質(zhì)量。吊模受力體系，在施工過程和混凝土澆筑階段，容易產(chǎn)生晃動不利于工程質(zhì)量的控制，在鋼筋綁扎完成后，對槽鋼主楞進行水平方向的固定，并將拉條螺栓與洞口鋼筋焊接固定（焊接點位于止水片下方），提高受力體系的穩(wěn)定性，保證結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。本方案采用采用48mm鋼管作為次楞，在模板接縫處容易出現(xiàn)漏漿情況，造成混凝土蜂窩麻面，針對這個問題，在模板接縫底部安裝一根與模板等長，寬度80mm，高度48mm的方木，方木與模板用鐵釘連接，方木兩邊需緊貼兩根鋼管固定。在鋼筋綁扎完成后，通過拉條螺栓將底模緊靠已完成結(jié)構(gòu)底部，同時復(fù)核底模標(biāo)高，并考慮1cm的起拱，確?；炷两Y(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。③型鋼平臺、扁擔(dān)梁和槽鋼主楞搭設(shè)等風(fēng)險較大的工況，加強現(xiàn)場指導(dǎo)和管控，確保過程中安全。此方案涉及型鋼吊裝、人員高空作業(yè)、盾構(gòu)交叉施工的情況，整個施工過程風(fēng)險較大，施工時相關(guān)技術(shù)人員必須現(xiàn)場指導(dǎo)施工，嚴(yán)格按照方案和作業(yè)指導(dǎo)書施工，在吊裝和洞口作業(yè)時，下方盾構(gòu)工作人員需臨時撤離，嚴(yán)禁此期間交叉作業(yè)。

4 實施效果與結(jié)論

南京5號線山西路站停車線盾構(gòu)孔吊模封閉方案，通過合理籌劃以及過程中對節(jié)點的精細(xì)化管理，確保了施工過程的安全和質(zhì)量，同時滿足大厚度頂板封閉時盾構(gòu)同步始發(fā)的工況條件，加快了工程的推進，可為后續(xù)類似工程提供參考。