地鐵車站門洞式支架的快速裝配化方案

王祥亮 李家林 向偉

摘 要：目前在解決地鐵車站結構施工與盾構機始發(fā)的工序矛盾時多采用門洞式支架，但目前所用的門洞式支架存在結構復雜、費料耗材，而且安裝精度要求高、安裝周期長、安裝質(zhì)量難以控制等問題。通過優(yōu)化設計形成的快速裝配型門洞式支架解決了上述問題，在工期、成本、安裝風險控制等上具有一定的優(yōu)勢，并且可以循環(huán)利用。

關鍵詞：地鐵車站；盾構始發(fā)；門洞式支架；快速裝配型

中圖分類號：U231 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）26-0117-03

Abstract： At present， in order to solve the contradiction between the construction of subway station structure and the starting process of shield machine， the portal support is often used， but the portal support used at present has complicated structure and consumes materials and materials. Moreover， the installation accuracy is high， the installation period is long， the installation quality is difficult to control and so on. By optimizing the design of the rapid assembly portal support， we solved the above-mentioned problems， and this material， with its advantages in time limit， cost， and installation risk control， can be recycled.

Keywords： subway station； shield starting； portal support； rapid assembly type

1 背景資料

近幾年我國的城市軌道交通建設快速發(fā)展，多個城市均有軌道交通建設和規(guī)劃，軌道交通通行里程快速增加。

地鐵建設加速的同時，遇到的問題也層出不窮，從而促進地鐵施工技術的不斷發(fā)展。施工技術的發(fā)展又不斷加快地鐵工程的施工速度。

目前地鐵線路多由地鐵車站和盾構區(qū)間組成。

地鐵車站的土建施工有其施工工序和安全規(guī)范要求。車站明挖順做法施工工序為底板→-2層側墻→中板→-1層側墻→頂板。結構多采用滿堂支架施工。在頂板未達到設計強度前，該段頂板以下支架均不得拆除。

盾構區(qū)間采用盾構機施工，盾構機的組裝、始發(fā)通常在車站-2層底板上，而盾構施工的渣土池等配套設施通常會布置在車站結構頂板上。因此盾構機組裝、始發(fā)需在車站完成一段長度的結構后方可進行，長度通常為90多米。

而現(xiàn)實施工中盾構始發(fā)時，車站結構完成長度未能達到始發(fā)需求，從而導致盾構始發(fā)時間推遲。

2 目前的解決方案及問題

目前解決這一矛盾采取的方案多為將盾構機組裝區(qū)域的滿堂支架變更門洞式支架，盾構機在門洞式支架提供的空間內(nèi)進行組裝作業(yè)，車站結構施工與盾構組裝、始發(fā)同時進行，互不交叉。

門洞式支架多采用梁柱式。采用大直徑（例如420mm、500mm、609mm）鋼管作為立柱，立柱頂縱向設置2道支承梁（例如工45工字鋼），支承縱梁上橫向設置工字鋼橫梁，其上再鋪設10mm后鋼板作為滿堂支架的搭設平臺。底板預埋錨筋鋼板用于固定立柱，各構件采用焊接固定。

這種方案很好的解決了地鐵車站結構施工與盾構始發(fā)作業(yè)的沖突，但也存在著預埋件預埋精度高、鋼材消耗量大、結構相對復雜、安裝定位困難且精度要求高、現(xiàn)場焊接工作量大、安裝工序多、安裝時間長、拆除困難并伴有鋼材損耗的問題。如何尋找或優(yōu)化一種門洞支架方案能夠克服或減少以上問題是本方案的目標。

3 優(yōu)化方案

通過對車站結構設計、盾構機始發(fā)組裝布置設計資料的對比分析，結合其他施工經(jīng)驗，自行優(yōu)化設計了快速裝配型門洞式支架，并在車站-2層進行應用。

解決思路在兩個方面：

（1）提供空間。通過I25b型鋼制作的門洞式支架代替盾構機組裝區(qū)域的滿堂碗扣式支架，為盾構機下井組裝提供作業(yè)空間，同時不影響車站結構的施工與安全。

（2）快速裝配化。以往的門洞式支架存在預埋件多、預埋精度要求高，組裝焊接量大，安裝操作困難，耗時費力。此次通過優(yōu)化型鋼支架構造，模塊化生產(chǎn)，需焊接部件都在工廠內(nèi)完成，焊接質(zhì)量高。模塊間連接均采用螺栓連接，快速組裝。每榀支架間通過定型橫梁連接，只需完成首榀支架的定位找正，其后的支架均不需再校正。組裝完成后現(xiàn)場進行支架打眼固定，快速且減少了預埋件的錯誤率。

3.1 快速裝配型門洞式支架設計

本次門洞式支架設計為型鋼支架。即主要構件由25b工字鋼和[10#槽鋼構成。

支架為單榀型，支架榀間距0.9m。每榀支架由立柱、橫梁及斜撐、橫撐組成。立柱、橫梁采用25b工字鋼，斜撐、橫撐采用[10#槽鋼。立柱與橫梁、斜撐與立柱橫梁、橫撐與立柱等節(jié)點部位均焊接有連接板。各構件均采用M20螺栓快速連接。如圖1-2所示。

每兩榀支架的立柱間設置橫撐，每側上下各設置2道，共4道，橫撐采用[10槽鋼制作。如圖3-5所示。

立柱底部焊接10mm鋼板，鋼板鉆有螺栓孔，支架定位后用電鉆在孔內(nèi)鉆眼，楔入M20膨脹螺栓固定支架。如圖6所示。

因需在門洞支架上搭設滿堂支架，為方便搭設并確保連接牢固，直接在橫梁上按滿堂支架立桿間距要求焊接φ48mm鋼管，支架安裝后直接在鋼管上插入頂托和扣接水平桿即可完成滿堂支架安裝。如圖7所示。

3.2 裝配式支架的安裝

（1）在地面將立柱、橫梁、斜撐組成撐單榀支架，而后用汽車吊將支架這 提下放至結構底板上。

（2）在汽車吊的協(xié)助下，將首榀支架進行定位、找正，校正垂直度，并進行臨時固定。而后用電鉆在立柱固定板的螺栓孔內(nèi)打眼，楔入M20膨脹螺栓進行固定。

（3）下放第二榀支架，初步定位后，安裝橫撐，而后校核支架位置，楔入固定螺栓。因首榀支架已校核垂直度及橫撐為固定間距，所以第二榀支架不需再校核垂直度。

（4）同上安裝第三榀支架。三榀支架固定后，即可拆除臨時固定措施。每安裝五榀支架后總體進行位置校核。

（5）安裝橫梁頂支架。一段型鋼支架安裝后，在橫梁頂立桿上安裝縱橫向水平桿，水平桿采用普通鋼管扣接在立桿上。而后安裝頂托、主楞、次楞及模板。

3.3 快速裝配式的創(chuàng)新

本工程結合其他施工經(jīng)驗進行了以下創(chuàng)新：

（1）模塊化設計、工廠化生產(chǎn)。參照隧道型鋼支架的特點，將每榀支架劃分為3個主要構件和若干標準化配件，而后進行工廠化生產(chǎn)。所有的焊接部位均在工廠作業(yè)，施工現(xiàn)場實現(xiàn)零焊接作業(yè)。既保證了焊接質(zhì)量也提高了焊接效率。

（2）螺栓式連接。首先每榀支架各部件間均設置了連接法蘭，采用高強螺栓進行快速連接。各支架間采用橫撐連接，橫撐與立柱間也通過螺栓、法蘭連接。

（3）膨脹螺栓固定立柱。在立柱底焊接鋼板，鋼板上預留螺栓孔。待支架定位找正后，采用電鉆在螺栓孔內(nèi)打眼，眼深10公分，楔入膨脹螺栓，將立柱鋼板進行固定。根據(jù)實際孔位確定固定點位，實現(xiàn)固定錨栓的零誤差。

（4）地面組裝，整體下放。在地面上將每榀支架構件組裝成成品，而后采用吊車整體下放，安裝橫撐后稍微校正后即可打眼定位。

（5）快速定位。支架間距0.9m，支架橫撐長度固定。只需將首榀支架定位、找正、找平后固定，后續(xù)榀支架通過橫撐固定，基本不再需要定位、找正，實現(xiàn)了快速安裝。

（6）鋼管支架與門洞式支架一體化。因門洞支架橫梁上仍需配置滿堂鋼管支架。為保證鋼管支架的快速安裝和減少現(xiàn)場焊接量，在橫梁上按鋼管支架橫向間距（0.6m）焊接φ48.3×3.5mm鋼管立桿。支架安裝好后直接在立桿上用扣件固定水平鋼管，完成滿堂支架安裝。

（7）優(yōu)化支架用量。通過上述優(yōu)化設計，相對原方案取消了支撐縱梁和鋼板，減少了支架消耗量。

4 效果檢驗

經(jīng)過現(xiàn)場的安裝和實際應用，快速裝配式門洞支架達到了設定預期目標：

（1）滿足了盾構組裝和始發(fā)的需求。在不

需結構達到設計強度和拆除支架的情況，順利完成盾構機構件下放與組裝調(diào)試作業(yè)。較常規(guī)工序節(jié)約工期2個月。

（2）節(jié)約了安裝工期；降低了安裝風險。通過各種優(yōu)化措施，提高了安裝效率，實際現(xiàn)場安裝每榀支架僅需20分鐘。優(yōu)化了現(xiàn)場焊接作業(yè)，取消了高空作業(yè)環(huán)節(jié)，極大的消除了安全隱患。

（3）縮減了支架費用?？焖傺b配式門洞支架從設計上優(yōu)化了支撐縱梁、上覆鋼板、預埋鋼板部件，在保證質(zhì)量、安全的情況下，減少支架鋼材消耗量52.7t，直接節(jié)約材料費用18.5萬。

（4）拆除方便且循環(huán)利用。施工完成后，拆除螺栓后即可解體回收，不需進行切割，保證各構配件100%回收利用。針對同類型盾構機組及車站均可直接使用。

5 結束語

目前在地鐵施工行業(yè)受制于外部影響（環(huán)境管控），有效施工期不斷受到壓縮，搶工、趕工現(xiàn)象越來越常見。車站主體結構施工與盾構組裝始發(fā)的沖突越發(fā)普遍?？焖傺b配式門洞支架不僅解決了這一沖突，而且以其工廠化加工、模塊化構件、快速化組裝、輕量化設計、循環(huán)利用的特點在實際運用中取得了良好的效果，具備了較廣泛的借鑒和推廣價值。

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