地鐵蓋挖法采用軍用梁結構的計算與分析

韓 超

(沈陽鐵道勘察設計院有限公司，遼寧沈陽 110013)

地鐵蓋挖法采用軍用梁結構的計算與分析

韓 超

(沈陽鐵道勘察設計院有限公司，遼寧沈陽 110013)

沈陽地鐵九號線怒江公園站采用蓋挖順作的施工方法，其鋪蓋體系由單層式加強型六四軍用梁和預制混凝土板構成，本文介紹了鋪蓋體系的構造，并運用Midas Civil軟件驗算軍用梁的強度及剛度，從而確認了本方案設計的可行性和合理性，希望為同類工程提供借鑒和參考。

軍用梁 Midas Civil 蓋挖車站 強度及剛度驗算

1 工程概況

怒江公園站為沈陽地鐵九號線一期工程的起點站，該車站又是遠期規劃六號線的換乘車站，九號線和規劃六號線在西江街與規劃路的交叉路口以北處平行設置。西江街道路紅線寬30 m，現狀道路寬22 m。由于此處交通導改條件困難，故本站采用蓋挖法施工，施工期間需對車站上方的地下管線進行臨時改移。站后設有列車停放、折返線，折返線設在車站主體內，上方空間作為物業開發。

車站總長211.65 m，其中車站主體結構為二層三跨島式站臺車站，有效站臺長118.0 m，車站標準段總寬20.7 m，有效站臺寬度12.0 m。車站底板埋深約17.85 m，頂板覆土約4.1 m，采用蓋挖法施工。車站小里程端為蓋挖區間，大里程端為暗挖區間。主體結構采用蓋挖順作法施工，圍護結構采用鉆孔灌注樁φ800@1200，設置3道支撐(除第1道為混凝土支撐外，其余2道為鋼支撐)加1道倒換鋼支撐，采用坑外降水方案。

2 設計方案

怒江公園站基坑寬度為20.7～21.7 m，設計采用跨度22 m的加強型六四單層式軍用梁，兩端為3.0 m輔助端構架，中間采用4片4.0 m跨度的加強三角(代號21)。沿道路方向主桁架中心距為1.2 m。軍用梁中主桁各片間設聯結系，以確保軍用梁的整體穩定。

軍用梁上鋪設170 mm厚預制混凝土蓋板，蓋板上為100 mm厚瀝青路面，從而形成蓋挖臨時路面體系，蓋挖路面橫斷面見圖1。

圖1 蓋挖路面橫斷面(單位：cm)

3 鋪蓋體系的空間受力模型

3.1 材料特性

輔助端構架與加強三角(代號21)的材料特性如表1所示。

采用上述鋼材和所用焊接材料的焊縫設計基本容許應力如表2所示。

3.2 邊界條件

本模型將軍用梁模擬為簡支梁，一端設置一個固定支座，相鄰的支座設置為橫向可動、縱向固定的單向活動支座，另一端設置一個縱向活動支座(與固定支座相對應)，其余均設置多向活動支座。

表1 輔助端構架與加強三角桿件材料特征

表2 鋼材及焊縫的基本容許應力 MPa

3.3 計算荷載

3.3.1 靜力荷載

本設計每片軍用梁靜荷載標準值包括：

加強三角4片(4.82 kN/片);

3.0 m輔助端構架2片(5.62 kN/片);

加強弦桿5片(2.4 kN/片);

圖2 結構移動荷載

路面板自重為0.17×25=4.25 kN/m(鋼筋混凝土構件重度25 kN/m3);

路面面層自重0.1×20=2.0 kN/m(路面面層重度20 kN/m3)。

考慮到每榀軍用梁的間距1.2 m，軍用梁的跨度22 m，則靜力荷載 =4.82×4+5.62×2+2.4×5+(4.25+2)×1.2×22=207.52 kN，換算為每延米的靜力荷載q=207.52/22=9.433 kN/m。

3.3.2 移動荷載

汽車荷載為城市A級車輛荷載，輪間距1.8 m，車道間距1.3 m。軍用梁沿主體基坑橫向布置，蓋挖路面設置4個機動車道。計算取最不利荷載情況，即4個車道中，重車同時出現在同一個斷面的情況(圖2)，計算時取重車車輪所在斷面。

多車道的汽車荷載考慮多車道折減，折減后的效應不得小于兩設計車道的荷載效應。橫向折減系數如表3所示。

表3 橫向折減系數

4 桿件強度計算

結構采用Midas空間結構模型進行分析計算，模擬實際車道加載情況，軍用梁采用桁架單元結構模擬。計算采用荷載組合：(軍用梁自重+二期恒載)×1.2+移動荷載×1.4。由于采用聯結系對軍用梁進行橫向聯結，車輛軸重的最不利布置可由相鄰兩榀軍用梁聯合承擔。計算模型見圖3。

圖3 軍用梁空間結構模型

桿件強度計算結果詳見表4。

綜上所述，軍用梁中的各桿件均滿足承載力要求，其中加強三角21中的N4豎桿是控制桿件。

5 軍用梁整體剛度計算

軍用梁整體剛度計算結果見圖4。

表4 桿件強度計算結果

圖4 軍用梁各節點的位移(單位：mm)

經計算可得，結構最大位移為54 mm＜［δ］=L/400=22 000/400=55 mm，滿足要求。

6 結語

沈陽地鐵在一號線九標段南京街站和沈陽地鐵二號線二標段陵西站均采用蓋挖順作法施工，為本車站的施工積累了許多經驗。軍用梁鋪蓋系統設計結構合理，安全可靠，增大作業空間，有效緩解了施工與交通需求的矛盾。軍用梁按照規定的使用方式，輔以專門的聯結系，具有較強的承載能力，能夠滿足路面汽車荷載的受力要求。

從社會效益來說，蓋挖法施工占地非常小，最大限度降低了對社會交通的影響，可以改變以往地鐵車站施工期間導致相鄰地區交通擁堵的現象，提高人們的出行效率。

綜上所述，蓋挖法有著廣泛的社會效益和經濟效益，在城市地鐵車站建沒中有著廣泛的應用前景，有必要進行積極的引導推廣。

［1］中華人民共和國建設部．GBJ 50017—2003 鋼結構設計規范［S］．北京：中國計劃出版社，2003．

［2］中華人民共和國住房和城鄉建設部．CJJ 11—2011 城市橋梁設計規范［S］．北京：中國建筑工業出版社，2011．

［3］劉暉．地鐵蓋挖車站軍用梁鋪蓋體系應用及工況分析［J］．隧道建設，2007(3)：35-39．

［4］張艷萍，伊洪建，李海超，等．單層六四式鐵路軍用梁在現行鐵路活載條件下的使用研究［J］．鐵道建筑，2007(4)：9-10．

［5］符強，李延強．ANSYS在貝雷梁施工支架檢算及變形量預測中的應用研究［J］．鐵道建筑，2012(6)：30-33．

［6］楊偉新．地鐵車站軍用梁鋪蓋法施工設計［J］．鐵道標準設計，2006(11)：53-55．

［7］秦海燕．深圳地鐵車站蓋挖順作施工技術［J］．銅業工程，2007(4)：72-76．

［8］趙巨川，詹黎明．鋪蓋法在城市地鐵車站施工中的應用［J］．鐵道建筑技術，2002(2)：15-16．

TU94+3．9

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2014．02．15

1003-1995(2014)02-0044-03

2013-07-15;

2013-10-16

韓超(1981— )，男，遼寧沈陽人，工程師。

(責任審編 孟慶伶)