型鋼支架在地鐵車站施工中的創(chuàng)新應用

王祥亮 李家林 焦曉杰

摘 要：目前地鐵車站主體結構施工與盾構組裝始發(fā)經常存在沖突，本工程通過優(yōu)化設計了型鋼支架，并在地鐵車站施工中應用不僅很好的解決了這一問題，還極大的縮短了安裝工期，節(jié)約了成本，降低了安裝風險，而且可以循環(huán)利用。

關鍵詞：地鐵車站；型鋼支架；盾構組裝始發(fā)

中圖分類號：U231.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）17-0000-00

1 工程概況

鄭州市軌道交通3號線一期工程世行01標段包含2站1區(qū)間，分別為通泰路站、通泰路站～黃河東路站盾構區(qū)間、黃河東路站。

通泰路站車站為地下兩層兩跨（局部三跨）箱型框架鋼筋混凝土結構。車站長度515.5m，車站寬度20.1m。

通泰路站-黃河東路站盾構區(qū)間左線長度785.226m，含長鏈5.231m，右線長度779.995m。

通泰路站-黃河東路站區(qū)間采用盾構法施工。盾構機采用沈陽重工M161540-2維爾特土壓盾構機施工，盾構機組裝后長度87m。

通泰路站作為通-黃盾構區(qū)間的始發(fā)車站，需為盾構機組裝提供至少87m車站結構作為始發(fā)組裝空間和在頂板布置渣土池等。

車站采用滿堂碗扣式支架施工，根據規(guī)范要求在結構頂板未達到設計強度前，-1層、-2層滿堂支架均不能拆除，因此車站施工期間無法在-2層進行盾構組裝作業(yè)。

而盾構機組裝前通泰路站只完成了18m的車站結構，無法按時提供足夠的車站結構供盾構始發(fā)組裝作業(yè)，結構施工與盾構始發(fā)組裝作業(yè)存在嚴重沖突。

2 其他項目采取的解決方案

針對這一問題，目前能查證并應用的解決方案有以下兩種：

（1）第一種是梁柱式門洞結構——大直徑鋼管立柱加工字鋼橫梁型式。即在大直徑鋼管立柱上縱向布置兩道支承縱梁，支承縱梁上等間距橫向布置橫梁，然后再上覆鋼板作為滿堂支架的搭設平臺。鋼管立柱焊接固定在底板預埋鋼板上。

這種方案承載力較大，但鋼材消耗量比較大、預埋件定位精度要求高、各構件分件安裝，安裝精度要求高、各構件尺寸重量較大，安裝安全風險也大。

（2）第二種是碗扣式門洞支撐架構造。即立柱采用加密碗扣立桿，立桿間距不大于300mm且不少于4排，立桿上方先后設置橫向分配梁、縱向分配梁，縱向分配梁上再搭設通道的轉換橫梁，在轉換橫梁上鋪鋼板作為滿堂支架的搭設平臺。

這種方案搭設靈活。但搭設體系相對復雜、搭設跨度不宜超過4m、鋼材消耗量較大、搭設安全風險大。

3 本工程采取解決方案

本工程在滿足支架承載要求，符合規(guī)范安全規(guī)定的前提下，以鋼材消耗輕量化、構件加工標準化、工廠化、構件拼裝簡易化、現場安裝快速化、消除高空作業(yè)風險為原則，借鑒隧道型鋼支架的經驗，在地鐵車站施工中創(chuàng)新使用了型鋼鋼架來解決車站結構施工和盾構機組裝始發(fā)的矛盾。

通過對車站結構、盾構機始發(fā)組裝布置設計資料的對比分析，結合其他施工經驗，自行設計了型鋼支架，并在車站-2層進行應用。

3.1型鋼支架設計

結合盾構機組裝需求，型鋼支架需提供凈寬5m，凈高5.15m空間，型鋼支架使用長度87m。支架上部承受載荷為400mm厚鋼筋混凝土樓板。

基于上述要求，型鋼支架設計凈寬5m，凈高5.15m。型鋼支架榀間距0.9m。

型鋼支架由25B型工字鋼制作，每榀支架由型鋼立柱、型鋼橫梁、槽鋼斜撐、連接板構成。各榀型鋼支架間由槽鋼橫撐定位、固定。

立柱、橫梁采用25B工字鋼；斜撐采用[10#槽鋼；連接板采用10mm鋼板。

連接板與型鋼、槽鋼構件間采取焊接，焊縫高度8mm。型鋼立柱、橫梁的連接板兩翼焊接加勁肋，加勁肋規(guī)格為⊿50×50×10mm。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所示。

支架立柱與橫梁，斜撐與立柱、橫梁，橫撐與立柱接頭部位均焊接有連接板，連接板上設有φ22螺栓孔，各構件間采用M20螺栓連接組裝。如圖4、5所示。

支架立柱底焊接固定鋼板，鋼板設置螺栓孔，支架定位后用電鉆在孔內鉆眼，楔入M20膨脹螺栓固定支架。如圖6所示。

支架橫梁在工廠按支架搭設設計的立桿間距要求將立桿焊接固定于橫梁上，搭設時直接在其上插入U型頂托。鋼管切口應平直，滿焊于橫梁上，保證立桿間距及垂直度。在立桿上縱橫向布置水平桿（扣件式），將支架連成整體。如圖7所示。

圖7 橫梁上立桿焊接詳圖

3.2支架結構受力驗算

（1）計算依據：

《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009-2012；

《鋼結構設計規(guī)范》GB50017-2003；

《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2010。

（2）橫梁驗算：

橫梁采用25b工字鋼，跨度L=5000mm，間距900mm，中板厚度400mm。

梁承受荷載標準值計算：

砼自重：5×0.9×1.2×24=129.6KN；

鋼筋自重：5×0.9×1.2×1.1=5.94KN；

模板及支架自重：5×0.9×0.5=2.25KN；

機具、人員均布荷載：5×0.9×1.5=6.75KN；

混凝土傾倒：5×0.9×2=9KN；

混凝土振搗：5×0.9×2=9KN；

承受總荷載：F=（129.6+5.94+2.25）×1.35+（6.75+9+9）×1.4=220.667KN；

化為線均布荷載q=F/l=220.133/5=44.133kN/m；

①抗彎強度驗算：

橫梁所受彎矩最大值為：

Mmax=ql2/10=44.133kN/m×50002/10=110332500N·mm；

應力δ=Mmax/W=110332500/552240=199.791N/mm2

抗彎強度滿足要求！

②撓度計算：

W=q×l4/384EI=44.133×50004/（384×206000×52780000）=6.607mm<5000/400=12.5mm；

撓度滿足要求！

（3）立柱穩(wěn)定性驗算：

立柱采用25b工字鋼，高度L=5150mm，立柱縱向間距0.9m，立柱橫向間距5m。

單根立柱所受標準荷載：

砼自重：5×0.9×1.2×24=129.6KN；

鋼筋自重：5×0.9×1.2×1.1=5.94KN；

模板及支架自重：5×0.9×0.5=2.25KN；

機具、人員均布荷載：5×0.9×1.5=6.75KN；

混凝土傾倒：5×0.9×2=9KN；

混凝土振搗：5×0.9×2=9KN；

上部工字鋼自重：5.5×42=2.31KN；

單根立桿承受總荷載：F=（129.6+5.94+2.25+2.31）×1.35+（6.75+9+9）×1.4=223.785KN；

不組合風荷載立桿穩(wěn)定性按F/ A≤【 】

查工字鋼規(guī)格表【 】=170MPa；柔度λ=μl/i=1×5.46/0.09938=54.94；長度因數μ取1，慣性半徑i為0.09938；根據λ查得 為0.838；

F/ A=223.785×103÷（0.838×53.5×102）=49.915MPa<170MPa

立柱穩(wěn)定性滿足要求！

3.3型鋼支架搭設

（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鞥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。

4 效果檢驗

經過現場的安裝和實際應用，型鋼支架達到了設定預期目標：

（1）經實際使用并校驗，型鋼支架在支架強度、剛度、穩(wěn)定性等方面均滿足規(guī)范及設計要求。

（2）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試作業(yè)。較常規(guī)工序節(jié)約工期2個月。

（3）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，實際現場安裝每榀支架僅需20分鐘。優(yōu)化了現場焊接作業(yè)，取消了高空作業(yè)環(huán)節(jié)，極大的消除了安全隱患。

（4）縮減了支架費用。快速裝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。

（5）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 結語

目前在地鐵施工時車站主體結構施工與盾構組裝始發(fā)的時間沖突越發(fā)普遍。型鋼支架作為一種創(chuàng)新型方案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。

參考文獻

[1]鄧鵬，等.門洞式支架系統(tǒng)在城市軌道交通車站及盾構交叉作業(yè)中的應用[J].中國科技縱橫，2017，（12）：125-127.

[2]徐波，等.可變門洞式支架在地鐵車站施工中創(chuàng)新應用[J].大科技，2015，（4）：145-146.

收稿日期：2018-06-12

作者簡介：王祥亮（1986—），男，漢族，河南輝縣人，本科，畢業(yè)于河南理工大學，工程師，從事技術管理工作。