淺談新型格柵拱架對(duì)地鐵車站的支護(hù)作用

李望蛟　李明

摘 要：地鐵的修建帶動(dòng)了城市發(fā)展，對(duì)城市功能的合理布局如城市規(guī)劃、交通、經(jīng)濟(jì)乃至社會(huì)環(huán)境等能夠起到重要的作用，加速城市化進(jìn)程。而且由于它自身的優(yōu)勢(shì)，如不受地面交通條件影響、運(yùn)行速度快、時(shí)間相對(duì)固定等也在城市交通運(yùn)輸中承擔(dān)越來(lái)越重要的角色。

關(guān)鍵詞：格柵拱架；曲桿構(gòu)件；工程支護(hù)結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TU28 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

地鐵是涵蓋了城市地區(qū)各種地下與地上的路權(quán)專有、高密度、高運(yùn)量的城市軌道交通系統(tǒng)，對(duì)緩解城市交通起著決定性的作用，自始建于1863年世界上最早的（也是第一條）地鐵——英國(guó)倫敦的大都會(huì)地鐵之后，地鐵的修建得到了飛速的發(fā)展，并在近年來(lái)成為一個(gè)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的標(biāo)志。

新型格柵拱架的支護(hù)形式，首先對(duì)于整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)而言，通過(guò)采用預(yù)制構(gòu)件和現(xiàn)澆鋼筋混凝土層組成整個(gè)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)單一，統(tǒng)一生產(chǎn)，減少制造安裝的精度和難度，縮短施工工期，由于構(gòu)件的單一性避免了在生產(chǎn)、運(yùn)輸、建造過(guò)程中出現(xiàn)某些構(gòu)件的損毀而導(dǎo)致整個(gè)施工的延誤，預(yù)制構(gòu)件外部的現(xiàn)澆鋼筋混凝土層確保了整個(gè)結(jié)構(gòu)的整體性。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)的預(yù)制桿件而言整個(gè)結(jié)構(gòu)的桿件分3種形式，角部橫向桿件、拱架結(jié)構(gòu)桿件和橫向連接桿件，桿件與桿件的連接都是固定的大角度，并通過(guò)將結(jié)構(gòu)外部回填的砂土作為結(jié)構(gòu)的一部分。該結(jié)構(gòu)作為一種新型地鐵車站支護(hù)結(jié)構(gòu)，它包括①曲桿拱形結(jié)構(gòu)②封層③配置砂土。首先，建造單位曲桿拱形結(jié)構(gòu)，在單位曲桿拱形②結(jié)構(gòu)鋪設(shè)網(wǎng)片，在網(wǎng)片上鋪設(shè)封層，然后在封層和圍巖之間充填一定厚度的配置的砂土層。使3種支護(hù)結(jié)構(gòu)及材料構(gòu)成一個(gè)支護(hù)體系，為整個(gè)工程提供支護(hù)。注：①曲桿拱形結(jié)構(gòu)；②鋼筋混凝土封層；③配置砂土；④桿件節(jié)點(diǎn)；⑤建筑邊界。

2 重要技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

（1）新型格柵拱架提供一種重量輕、強(qiáng)度高的支護(hù)體系，即采用工廠預(yù)制模塊，現(xiàn)場(chǎng)組裝方式，提高施工效率，減少施工周期。結(jié)構(gòu)表面的封層采用現(xiàn)澆式，提高結(jié)構(gòu)的整體性，抗側(cè)移能力。對(duì)于高度、跨度較大的預(yù)制裝配式支護(hù)結(jié)構(gòu)，無(wú)論從運(yùn)輸、施工的難易程度以及裝配成型和維修均能取得極大經(jīng)濟(jì)效益。

（2）所有桿件的節(jié)點(diǎn)處都為大角度鈍角，節(jié)點(diǎn)處受力最大，而節(jié)點(diǎn)受力會(huì)向墊層方向發(fā)生位移，其力通過(guò)墊層，配置砂土層，圍巖分散抵消。整個(gè)結(jié)構(gòu)不會(huì)因受到擠壓而向內(nèi)部靠攏。

（3）結(jié)構(gòu)頂部的圍巖壓力或地面超載，可以通過(guò)曲桿結(jié)構(gòu)兩側(cè)的配置砂土直接傳遞到結(jié)構(gòu)底部也可以通過(guò)配置砂土層傳遞到墊層，通過(guò)結(jié)構(gòu)傳遞到結(jié)構(gòu)底部也可以分散到側(cè)壁進(jìn)行抵消。側(cè)向圍巖壓力可通過(guò)上部壓力進(jìn)行抵消也可以傳遞到結(jié)構(gòu)上部時(shí)對(duì)上部荷載起支撐作用，使整個(gè)結(jié)構(gòu)處于壓力平衡狀態(tài)，避免應(yīng)力集中，保護(hù)結(jié)構(gòu)。

（4）整個(gè)結(jié)構(gòu)最外層是配置砂土層，其是柔性結(jié)構(gòu)，不同于現(xiàn)有支護(hù)結(jié)的剛性外層，保證了整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)能承受較大的地質(zhì)變形。

（5）所有的曲桿結(jié)構(gòu)能在地下保證獨(dú)立支撐，也可以多個(gè)曲桿結(jié)構(gòu)相互連接，施工方便快捷，經(jīng)濟(jì)。

（6）整個(gè)車站支護(hù)過(guò)程中，可以通過(guò)曲桿結(jié)構(gòu)嚴(yán)格控制建筑限界，降低隧道開挖要求。由墊層保證整個(gè)空間結(jié)構(gòu)的封閉性，防止?jié)B水漏水。配置砂土層避免結(jié)構(gòu)一點(diǎn)集中受力，并調(diào)整整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力，是結(jié)構(gòu)處于應(yīng)力環(huán)繞的狀態(tài)。

（7）若結(jié)構(gòu)在不可抗拒的作用下發(fā)生破壞，由于結(jié)構(gòu)所有的桿件都是能獨(dú)立支撐桿件，破壞的點(diǎn)只能是某些桿件或某段，而不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)的整體破壞，為人民的生命財(cái)產(chǎn)提供可靠的保障。

（8）僅在地鐵車站中，由于空間足夠大，在內(nèi)部設(shè)計(jì)中容許更多方案，為地下結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代化提供了機(jī)遇。內(nèi)部裝修在輔助結(jié)構(gòu)上面，主輔結(jié)構(gòu)分離，保障主體結(jié)構(gòu)的完整性及獨(dú)立性， 減少不確定因素。大空間無(wú)梁柱全格柵拱架的地鐵車站支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：將側(cè)面的配置砂土做成了整個(gè)結(jié)構(gòu)側(cè)墻的一部分，承擔(dān)大部分的上部荷載。首次將砂土實(shí)際考慮為建筑結(jié)構(gòu)的支撐部分，減輕主要構(gòu)件的受力。

3 實(shí)際應(yīng)用情況及施工

在整個(gè)模型處于室內(nèi)物理模型試驗(yàn)階段時(shí)，以實(shí)際工程為例，按比例縮小20倍模擬施工場(chǎng)地和現(xiàn)場(chǎng)周邊條件，保證整個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行的嚴(yán)密性，制作預(yù)制桿件和進(jìn)行加載試驗(yàn)，測(cè)定結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力。在吉林建筑大學(xué)的城市地下空間工程實(shí)驗(yàn)室通過(guò)大量的加載、振動(dòng)模型試驗(yàn)，并在側(cè)向砂土中和結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面加入應(yīng)變片，分析力在砂土和結(jié)構(gòu)中的變化，保證結(jié)構(gòu)的合理性。

施工方法包括以下步驟：

（1）在工廠預(yù)制拱架結(jié)構(gòu)構(gòu)件，鋼筋加工廠加工鋼筋；

（2）現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地基開挖，對(duì)所開挖的基坑進(jìn)行模具支護(hù)；

（3）定位橫向角撐，支腳手架，放輔助桿件，定位主支撐桿件的角度和高程，加調(diào)緊螺母，一榀拱架架設(shè)完成后，調(diào)緊螺母。一個(gè)單位完成后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)加保護(hù)構(gòu)件；

（4）橫向角撐上鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)澆筑混凝土，拱架側(cè)部和頂部鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，在內(nèi)部支模向鋼筋網(wǎng)上噴射速凝混凝土，完成后在上部用水泥砂漿找平，制作防水層，分段支模灌注混凝土，盡量一次澆筑完成，保證結(jié)構(gòu)的整體性；

（5）基坑兩側(cè)分段由下向上拆除基坑和拱架外部模板，并同時(shí)進(jìn)行回填配置好的砂土，打夯機(jī)或人工夯實(shí)，但回填到拱架結(jié)構(gòu)頂部一定程度之后用壓路機(jī)夯實(shí)，回填一般砂土，直到與地面標(biāo)高一致；

（6）拆除輔助桿件，完善內(nèi)部腳手架，修理內(nèi)壁表面，水泥砂漿抹平；

（7）完善內(nèi)部輔助設(shè)施。這種方法是先完成地下車站的主支撐機(jī)構(gòu)，然后再進(jìn)行完善內(nèi)部輔助設(shè)施，另一種施工方法是控制建筑界限，定位輔助結(jié)構(gòu)位置，先完成輔助結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行主支撐結(jié)構(gòu)的建設(shè)。前1種方法比較適用于施工段交通繁忙，時(shí)間限制較多。第2種方法減少輔助桿件，施工主要結(jié)構(gòu)一次成型，施工快，避免二次用料。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于新型格柵拱架的支護(hù)形式的運(yùn)用目前只是處于試驗(yàn)研究的階段，尚未有實(shí)際工程作為研究依據(jù)，對(duì)于該結(jié)構(gòu)而言用于實(shí)際工程可以解決目前預(yù)制構(gòu)件漏水現(xiàn)象，工廠加工構(gòu)件要求高，構(gòu)件組裝施工技術(shù)難度大，整個(gè)支撐機(jī)構(gòu)和使用功能分開使用，避免了結(jié)構(gòu)在裝修和使用過(guò)程中受到二次破壞，提高結(jié)構(gòu)的使用壽命。該新型結(jié)構(gòu)沒有實(shí)際工程作為指導(dǎo)依據(jù)，所有結(jié)構(gòu)和特性都有待更精準(zhǔn)的驗(yàn)證。

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