地鐵車站蓋挖法支撐系統(tǒng)施工技術(shù)

張國亮

摘要： 佛山至東莞城際鐵路番禺大道站采用局部蓋挖順做法施工，為保證地面正常通行，采用了貝雷桁架作為主梁的臨時路面系統(tǒng)。施工實踐表明，貝雷桁架作為主梁具有足夠的承載能力和良好的安全穩(wěn)定性，可作為一種新型的路面蓋板支撐系統(tǒng)在地下車站等工程施工中推廣應(yīng)用。

Abstract： The Panyu Avenue Station of Foshan to Dongguan Intercity Railway is constructed by local cover digging. In order to ensure the normal passage of the ground， the Belee truss is used as the temporary pavement system of the main girder. Construction practice shows that the Beier truss as the main beam has enough bearing capacity and good safety and stability， and can be used as a new type of road cover support system in underground construction and other construction applications.

關(guān)鍵詞： 地下車站；蓋挖順做法；貝雷桁架；結(jié)構(gòu)設(shè)計；承載檢算

Key words： underground station；cover digging method；berets truss；structural design；carrying inspection

中圖分類號：U231+.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）20-0140-03

0 引言

為解決城市交通擁擠而建的城際鐵路車站和地鐵車站通常設(shè)置于城市的繁華街道、商業(yè)中心及重要行政中樞附近，在車流、行人密集的環(huán)境下進行地下車站施工對交通、安全及市容等提出了很高的要求。如果采用明挖法施工，施工工期較長的車站建設(shè)勢必對交通造成長期干擾，同時也嚴(yán)重影響了市容市貌；采用暗挖法，不僅工期長、造價高，且易造成地面沉陷及周邊建（構(gòu)）筑物下沉開裂等不良后果，因此逐漸趨向于先修筑地下結(jié)構(gòu)的頂板后回填，或是在車站上設(shè)置臨時路面蓋板，以保證正常的交通通行。地下車站則是在頂板或路面蓋板的保護下安全、順利的施工，即為地鐵車站的蓋挖法施工。

蓋挖法施工的關(guān)鍵是其頂蓋要具有足夠的承載能力及穩(wěn)定性以確保道路、行人的安全通行，并在工程造價方面得到有效控制。本文結(jié)合佛山至東莞城際鐵路廣州南至望洪段FGZH-1標(biāo)番禺大道站采用蓋挖法為例，對蓋挖法上蓋的結(jié)構(gòu)形式及承載檢算方法進行了一些探討。

1 工程概況

佛山至東莞城際鐵路廣州南至望洪段FGZH-1標(biāo)番禺大道站位于廣州市番禺區(qū)番禺大道上，橫跨番禺大道。車站起訖里程為DK9+345.00～+615.00，全長270m，車站站臺中心里程DK9+470。

番禺大道站位于番禺大道下方，站位與番禺大道斜交，番禺大道現(xiàn)狀路面為雙向18車道，是連接番禺區(qū)與廣州城區(qū)的一條重要快速干道，同時承載整個珠三角地區(qū)的過境交通，交通壓力比較大，施工期間需保持番禺大道正常通行。

番禺大道站主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段寬20.06m，開挖深度約28.5m，端頭井開挖深度約31.Om。車站小里程端為盾構(gòu)接收井，大里程端為盾構(gòu)始發(fā)井。車站主體為地下三層三跨的鋼筋砼箱形結(jié)構(gòu)（縱體系）。

經(jīng)對施工方案進行綜合評估及比選，決定對番禺大道路面部分車站采用蓋挖順作法施工。

2 蓋挖法臨時路面系統(tǒng)支撐體系方案的選取

目前，城際鐵路及地鐵的地下車站建設(shè)時常使用型鋼制作蓋挖法的路面鋪蓋系統(tǒng)，其缺點在于：結(jié)構(gòu)設(shè)計工作量大；所有構(gòu)件均要進行現(xiàn)場加工、焊接，施工工期長；因需在現(xiàn)場制作及焊接的工作量大，施工質(zhì)量控制難度大，易留下安全隱患；需要使用大量的型材，及大型機械吊裝，施工成本高；因此采取型鋼作路面鋪蓋支撐系統(tǒng)不是最優(yōu)選擇。經(jīng)過多方案比選，本項目決定采用貝雷桁架作蓋挖法的路面鋪蓋支撐系統(tǒng)的主梁，貝雷桁架有如下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)合理、承載能力強、重量輕、運輸方便、組裝簡便；為制式器材，在各專業(yè)施工中得到大量使用，資源豐富，使用成本低；貝雷桁架采用插銷連接，施工時不需進行太多現(xiàn)場構(gòu)件加工及焊接，減少了工期，降低了工程造價。

番禺大道站采用1000mm厚地下連續(xù)+頂部砼冠梁+內(nèi)支撐進行基坑圍護（第一道支撐為800×800mm砼支撐、臨時路面鋪蓋下支撐為800×1400mm砼支撐，第二、四、五道支撐為？準(zhǔn)609、t=16mm鋼支撐，第三道支撐為1000×1400mm砼支撐）。臨時路面鋪蓋系統(tǒng)主要由：冠梁（1600×1600mm），貝雷桁架主梁、I36b蓋板梁，路面預(yù)制砼蓋板及路面面層等組成。

路面預(yù)制蓋板上鋪設(shè)一層土工布，然后澆筑C20砼調(diào)平層以利排水，最后鋪設(shè)瀝青砼路面層。蓋挖臨時路面鋪蓋系統(tǒng)示意圖見圖2。

3 鋪蓋體系構(gòu)造方案

蓋挖法的路面鋪蓋體系主要由蓋板、水平承載梁及豎直承載構(gòu)件等組成。

本項目豎直支撐承載則由圍護結(jié)構(gòu)的連續(xù)墻及臨時鋼支柱作為鋪蓋體系的豎向支撐構(gòu)件。蓋板采用標(biāo)準(zhǔn)化及模數(shù)化的構(gòu)件。水平的蓋板梁采用I36b工字鋼制成。主梁采用間距為0.8m的貝雷桁架梁片構(gòu)成。

3.1 蓋板構(gòu)造

本項目采用C30鋼筋砼蓋板，為了利于制作及安裝，將蓋板設(shè)計成標(biāo)準(zhǔn)化尺寸，標(biāo)準(zhǔn)化蓋板的設(shè)計尺寸為300cm×100cm×25cm。并另外制作了少部分小尺寸蓋板以適應(yīng)基坑邊緣不規(guī)則尺寸的需要，小尺寸蓋板為200cm×100cm×25cm、100cm×100cm×25cm兩種。在蓋板邊緣每隔35cm預(yù)留？準(zhǔn)20mm孔洞，蓋板安裝后采用？準(zhǔn)16鋼筋制成的“U”鋼筋分別插入相鄰兩塊蓋板間的預(yù)留孔洞中，使蓋板間聯(lián)結(jié)成結(jié)構(gòu)整體。蓋板擱置在I36b工字鋼蓋板梁上，蓋板與蓋板梁間設(shè)2mm厚橡膠墊片。

經(jīng)過承載檢算后的蓋板配筋如圖3所示。

3.2 蓋板梁

蓋板梁采用I36b工字鋼。工字鋼上焊接限位塊，以限制蓋板水平滑移。

采用特制的扣件，將工字鋼蓋板梁與貝雷桁架主梁聯(lián)結(jié)固定。

3.3 水平主梁

采用加強型的貝雷桁架按上承式結(jié)構(gòu)形式作為承受路面荷載的主梁，貝雷桁架相對于車站基坑為斜向布置，斜角為63°。每片貝雷桁架梁片長24m，貝雷桁架梁按等間距布設(shè)，梁片的中心距為80cm，總寬度為130m。兩側(cè)欄桿也采用貝雷桁架。貝雷桁架兩端擱置在連續(xù)墻的冠梁上，并在支座位置準(zhǔn)確埋設(shè)？準(zhǔn)22mm螺栓，以便貝雷桁架與冠梁通過螺栓聯(lián)結(jié)牢固。

貝雷桁架接頭處安裝支撐架，將貝雷桁架梁片聯(lián)結(jié)成承載能力強的整體結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)承載檢算：

鋪蓋體系設(shè)計時，各承載結(jié)構(gòu)均在力學(xué)檢算的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化及方案確定。確保在荷載作用時能夠提供安全有效的支撐作用的同時，且其變形撓度滿足要求。因篇幅有限，本文僅以路面鋪蓋結(jié)構(gòu)的貝雷桁架主梁為例，簡要闡述結(jié)構(gòu)承載檢算的方法。

①主要技術(shù)參數(shù)。貝雷桁架采用16Mn鋼材制成，其容許抗彎拉壓應(yīng)力[σ]=273MPa。

貝雷桁架主梁長24m，跨度為23.2m。

其中活載為汽車荷載，根據(jù)《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》（CJJ11-2011）中的相關(guān)規(guī)定，按城-A級汽車荷載計算。

②結(jié)構(gòu)檢算。因兩側(cè)人行道的貝雷桁架設(shè)計構(gòu)造形式與行車道處相同，而行人荷載相對于行車道的汽車荷要小很多，故僅對行車道的貝雷桁架主梁承載情況進行檢算即可。

③荷載組合。單片貝雷桁架主梁所承受的恒載按線性均布荷載進行計算，得qG=8.6kN/m。

活荷按城-A級汽車荷載。本項目采用車行道荷載進行計算，根據(jù)《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》，車行道活載可簡化成均布荷載+一個跨中集中荷載形式。均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值的取值為10.5kN/m。如果計算跨徑≤5m時，集中荷載取值為180kN，計算跨度≥50m時，集中荷載取值為360kN，計算跨度在5m～50m范圍時，取值按直線內(nèi)插法計算，本項目計算得198.6kN；進行剪力效應(yīng)計算時，集中荷載值乘以1.2的系數(shù)。

④貝雷桁架主梁承載檢算。

1）抗彎拉及搞剪強度。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)及參數(shù)計算得：單片貝雷桁架梁跨中最大彎矩Mmax=925.8kN/m，最大剪力Qmax=152.6kN。

查閱《裝配式公路鋼橋使用手冊》得，單片加強型貝雷桁架的容許彎矩[M]=1687.5kN>Mmax=925.8kN/m；容許剪力[Q]=245.2kN>Qmax=152.6kN。

2）撓度。

靜載撓度f1計算：f1=5q1l4/384EI=1.25cm

活載撓度f2計算：f2=5q2l4/384EI+Pl3/48EI=2.14cm

總撓度f=f1+f2=3.39cm<2320/150=15.47cm

由檢算結(jié)果可得，貝雷桁架主梁抗彎拉強度、抗剪強度及撓度均滿足要求。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

①冠梁施工。連續(xù)墻上的冠梁作為蓋板體系中主梁的支撐點，在進行冠梁鋼筋砼結(jié)構(gòu)施工時，要注意確保表面標(biāo)高及平整度，按設(shè)計要求位置準(zhǔn)確進行？準(zhǔn)22mm螺栓的預(yù)埋。

②貝雷桁架梁的架設(shè)。貝雷桁架梁拼裝前，認(rèn)真檢查質(zhì)量。對于嚴(yán)重變形或生銹的桁架節(jié)段堅決不能使用。

貝雷桁架在基坑旁拼裝場上拼裝至設(shè)計長度后（24m），采用40t汽吊直接吊裝到位，貝雷桁架梁與冠梁頂面間設(shè)置一層竹膠板墊片，并采用預(yù)埋在冠梁上的？準(zhǔn)22mm螺栓將雷桁架梁與冠梁聯(lián)結(jié)固定。相鄰貝雷桁架梁片間采用[8槽鋼支撐架連接固定成整體，支撐架每隔一節(jié)桁架設(shè)置一個。安裝時注意調(diào)整貝雷桁架的垂直度，以確保其垂直承載。

③蓋板梁及蓋板施工。貝雷桁架主梁安裝完畢后，在其頂面鋪設(shè)I36b工字鋼蓋板梁，其間距按蓋板尺寸要求，擺放位置和間距必須準(zhǔn)確，以確保蓋板的順利安裝，貝雷桁架梁與工字鋼蓋板梁通過扣件連接。

蓋板擱置在蓋板梁，蓋板與蓋板梁間設(shè)置2mm厚橡膠墊片。蓋板吊裝至設(shè)計要求的位置后，將？準(zhǔn)16“U”鋼筋插入蓋板周邊的預(yù)留孔洞中，并進行錨固，使相鄰蓋板聯(lián)結(jié)在一起，形成承載能力強的整體。

④路面面層施工。在砼蓋板上鋪設(shè)一層土工布，然后澆筑C20砼調(diào)平層以利排水，最后再按施工要求鋪設(shè)瀝青砼路面層。

⑤防護措施及警示標(biāo)志。將路面蓋板系統(tǒng)兩側(cè)的貝雷桁架接高一層，作為防護欄桿。在貝雷桁架底部及兩側(cè)掛設(shè)細(xì)目安全網(wǎng)，以確保車站內(nèi)施工的安全。

地鐵車站施工期間，在路面鋪蓋結(jié)構(gòu)的兩端按交通管理的要求布設(shè)限速、禁停等標(biāo)牌；夜間在欄桿頂面安裝警示燈，以確保道路暢通和交通安全。

⑥試通車及正式通車。路面蓋板系統(tǒng)施工完成后，按照規(guī)范要求的城市-A級汽車荷載的標(biāo)準(zhǔn)進行試通車，對蓋板系統(tǒng)進行全面的監(jiān)控量測；試通車檢驗合格后，再次對鋪蓋系統(tǒng)的構(gòu)件安裝情況進行一次全面檢查，確保無隱患后方可正式通車。

5 施工時期間蓋板系統(tǒng)的監(jiān)測

施工期間為確保蓋板系統(tǒng)上通行車輛及站內(nèi)施工人員的安全，進行鋪蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形監(jiān)控量測及安全巡察。頻率為：通車第1周監(jiān)測1次/天，第2周監(jiān)測3次/天，第3周監(jiān)測2次/天，以后每周監(jiān)測1次。并對監(jiān)測數(shù)據(jù)的進行了分析研究。

本項目所有監(jiān)測項目的應(yīng)力值均應(yīng)小于允許應(yīng)力值，最大撓度也是遠小于允許值。

6 結(jié)束語

本項目在施工期間的監(jiān)控量測結(jié)果表明，采用貝雷桁架、工字鋼蓋板梁、砼蓋板組成的路面鋪蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，能夠滿足道路通車的強度、剛度及穩(wěn)定性要求。此類型的鋪蓋系統(tǒng)具有在城際鐵路、地鐵等地下車站蓋挖法施工中推廣應(yīng)用的價值。

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