地鐵車站滿堂碗扣式腳手架門洞的設計與施工

徐林有 龔 杰

中建三局基礎設施工程有限公司 湖北 武漢 430064

1 工程概況

百步亭花園路站為武漢市軌道交通21號線工程的第2個車站，與遠期軌交14號線換乘。

本站為地下2層島式站臺車站，采用明挖法施工，車站總建筑面積為17 153.9 m2，車站外包長度為206 m，標準段寬22.3 m，車站標準段基坑深約18.1 m，端頭井段基坑深19.2 m，寬31.3 m，頂板覆土約2.75 m。本站共設4個出入口、2組風亭（圖1）。

圖1 百步亭花園路站平面位置示意

2 車站主體結構傳統滿堂架施工方法

車站主體結構縱向劃分為11個施工段流水施工，每個施工段長20 m左右，按照底板、地下2層部分側墻、地下2層剩余側墻及中板、地下1層側墻及頂板的施工順序豎向分4段進行施工。采用滿堂腳手架施工，立桿縱橫向間距0.6 m×0.9 m，為防止中板和頂板混凝土開裂，必須在頂板混凝土達到設計強度后才能拆除地下2層的支架，造成地下2層滿堂架使用時間較長，每個施工節段從搭設滿堂架開始到拆除完成需要60 d左右。

3 盾構始發條件

盾構法是暗挖法施工中的一種全機械化施工方法，它是將盾構機械在地中推進，通過盾構外殼和管片支承四周圍巖，防止發生往隧道內的坍塌，同時在開挖面前方用切削裝置進行土體開挖，通過出土機械將土運出洞外，靠千斤頂在后部加壓頂進，并拼裝預制混凝土管片，形成隧道結構的一種機械化施工方法。

綜合考慮安全、工效和成本因素，盾構一般采用整體始發，但盾構整體始發需滿足相應的條件。

盾構機主要包括刀盤、前盾、中盾、尾盾、螺旋機、后配套臺車等，本工程采用盾構機裝機完成后整體長度80 m，車站主體結構作為盾構始發場地，必須保證這段主體結構施工完成，包括架體拆除完成。

另外，盾構機還配套有運輸列車編組：1輛45 t電瓶機車＋5節18 m3渣土車＋1節8 m3砂漿車＋2節15 t管片車，總長56 m。

盾構機及后配套安裝完成后，盾構吊裝井將被盾構機所占據，盾構始發掘進時需要的管片和產生的渣土必須從主體結構上預留的出渣口進行運輸。這就必須保證列車向后行駛的最后一節車廂能在出渣口順利裝車（圖2）。

由圖2可知，為保證東端盾構整體始發，必須保證東端主體結構完成136 m，即需完成第4～11段主體結構，并保證地下2層架體拆除完成。

圖2 盾構始發場地示意

4 滿堂架門洞設置背景

4.1 車站施工進度影響盾構機整體始發

根據本工程工期安排，百新區間右線盾構機拼裝并調試完成時，車站只能完成東端第7～11段主體結構，共計91 m，第4～6段主體結構正在進行底板、中板施工，到拆除架體需要2.5個月，該時間段地下2層的滿堂架阻礙編組列車向后移動，顯然，此時已施工好的車站主體結構有效長度遠不能滿足盾構機整體始發要求[1-2]。

4.2 傳統的2種處理方法不能滿足現場施工需要

當已施工好的車站有效長度不能滿足盾構整體始發要求時，傳統的處理辦法有以下2種：

1）車站第4～6施工段底板以上不施工，直接在底板上鋪設好軌道，進行盾構施工，等相應的盾構區間施工好后，再進行這3段的剩余主體結構施工。此為方法一。

2）車站主體結構加快進度施工，等車站第4～6施工段施工完成后再進行盾構始發。此為方法二。

4.2.1 方法一的優、缺點

該方法雖能確保盾構如期始發，保證盾構區間的施工工期，但它具有以下缺點：

1）減小了車站主體結構施工作業面，導致窩工，影響車站施工工期。

2）側墻預留鋼筋時間過長，容易生銹，影響施工質量。

3）預留的施工段深基坑長時間暴露，僅靠鋼管支撐支護，基坑容易產生較大變形，若采取加密鋼支撐的間距，以保證盾構施工期間，長期暴露的深基坑變形滿足規范要求，則會加大鋼支撐的投入，延長鋼管支撐的使用時間，增加成本。

4.2.2 方法二的優、缺點

該方法雖能保證盾構始發時列車編組不受阻礙，也不會影響車站施工，但它具有以下缺點：

1）盾構機推遲了2.5個月左右的時間始發，延長了盾構區間的施工工期，盾構工期無法保證，同時加大了盾構施工成本。

2）在車站高大模板搶工期間，施工安全、質量很難控制，車站因搶工造成的車站施工成本加大。

從以上分析可看出，傳統的2種處理方法均不能滿足現場施工需要。由于工期緊，故必須找到一種新方法，確保在車站已施工好的有效長度不能滿足盾構機整體始發的情況下，盾構如期始發，車站主體結構同步進行施工。

5 滿堂架門洞設計

5.1 滿堂架門洞設計方案

電瓶車軌道中心距0.97 m，電瓶車寬度1.55 m，高度2.5 m，設置門洞凈寬2.05 m，凈高3 m，南北兩側門洞對稱布置。門洞頂橫梁采用雙拼10#槽鋼，長度3.9 m，間距0.6 m，橫梁上滿鋪竹膠板，腳手架立桿鋼管下墊8#槽鋼，門洞兩側第1根采用雙立桿，其余為單立桿[3-5]。

地下2層滿堂架第1根立桿距離側墻邊緣550 mm，橫梁下方的門洞兩側立桿加密，間距300 mm。門洞部位水平桿步距加密，間距600 mm。橫梁固定于頂托底座上，底座尺寸168 mm×115 mm，10#槽鋼寬度48 mm，雙拼寬度96 mm。

門洞兩側及橫梁上方設置“八”字斜桿，其中門洞兩側設置2道“八”字斜桿，與地面傾角60°，縱向間距1.2 m布置；門洞上方“八”字斜桿與地面傾角53°，縱向間距1.2 m布置。中板支模及澆筑階段，門洞內需設置剪刀撐，與地面傾角51°，間距2.4 m（圖3）。

圖3 滿堂架門洞示意

5.2 滿堂架門洞施工要點

1）中板達到設計強度前嚴禁拆除門洞支架。

2）鋼管不得伸入門洞界限范圍內，避免電瓶車通行碰撞危及支架穩定。

3）在門洞頂部及兩側設置限位標識牌、標識帶等安全標識，所有標識應有夜間反光效果。

6 滿堂架門洞支架體系驗算

6.1 荷載計算

中板厚度400 mm，頂板厚度800 mm，荷載計算按照最不利荷載工況，取橫梁以上地下2層支架、中板荷載，地下1層支架及頂板荷載，并考慮人、機荷載，混凝土傾倒、振搗荷載。

按照0.6 m×0.9 m的支架搭設參數，恒荷載G包括中板、頂板鋼筋混凝土，槽鋼，碗扣支架；活荷載Q包括人群及機具設備、混凝土澆筑和振搗。對于樓板計算，荷載組合取1.2G＋1.4Q，經計算，每根立桿作用在單根槽鋼上的荷載為10.2 kN。橫梁槽鋼、竹膠板均布荷載為0.254 kN/m。

6.2 橫梁驗算

橫梁上作用集中荷載和均布荷載，經驗算，其抗彎強度、穩定性及最大撓度均滿足要求。

6.3 立桿驗算

立桿采用φ48 mm×3.6 mm鋼管，壁厚按2.8 mm計算，支架自重標準值q=0.15 kN/m，橫梁下支架高度3 m，地下1層支架高度6.25 m。經驗算，立桿長細比、軸心受壓強度及穩定性均滿足要求。

7 滿堂架門洞運用情況

實踐證明，每一施工節段滿堂架門洞搭設僅比滿堂支架搭設多花了2 d時間，但是節約了2.5個月的整體工期，保證了盾構的順利始發，同時車站主體結構施工也未受影響。

8 結語

本工程滿堂架門洞的設計與運用，克服了滿堂支架法施工對盾構施工的影響；在確保安全和質量的前提下，確保了盾構整體始發與車站主體結構同步施工，提高了施工工效，縮短了盾構區間工期，節省了盾構施工成本，獲得了成功，可為相似工程提供借鑒和參考。