“型鋼門架+盤扣式腳手架”式支架在地鐵車站中的施工技術(shù)研究

李金明

(青島市市政公用工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，山東 青島 266000)

1 引 言

隨著城市化進(jìn)程的加快和城市交通量的急劇增長(zhǎng)，發(fā)展城市地鐵已成為必然的趨勢(shì)[1]。近年來隧道掘進(jìn)機(jī)(Tunnel Boring Machine，一下簡(jiǎn)稱TBM)以其施工速度塊，安全性高的優(yōu)勢(shì)，廣受施工單位的青睞，也被越來越多的運(yùn)用到城市地鐵的建設(shè)中。但是當(dāng)TBM途徑地鐵車站時(shí)，不可避免的會(huì)對(duì)車站施工造成影響，所以在建車站為了降低TBM極其后配套設(shè)施的影響，選擇合適的模板支撐體系顯得尤為重要。

2 工程概況

海泊橋站為青島地鐵4#線的第7座車站，為與青島地鐵1#線的換乘站。車站位于鞍山路與人民路交叉口東側(cè)，沿鞍山路北側(cè)設(shè)置。車站南側(cè)為海泊人家小區(qū)，為18層的高層結(jié)構(gòu)；西南側(cè)現(xiàn)狀為1#線海泊橋站明挖施工場(chǎng)地及圍擋，后期將與1#線海泊橋站一并進(jìn)行物業(yè)開發(fā)；車站北側(cè)為6～7層的住宅小區(qū)；同時(shí)本站主體緊鄰杭鞍高架主橋，大里程端部分主體結(jié)構(gòu)位于杭鞍高架人民路引橋的正下方。

車站范圍地形較為平坦，地面標(biāo)高8～10 m，車站有效站臺(tái)中心里程為YDK6+749.900，車站起點(diǎn)里程為YDK6+648.117，車站終點(diǎn)里程為YDK6+891.225。車站為大跨單拱曲墻大斷面暗挖車站，采用全包防水，車站主體結(jié)構(gòu)外包長(zhǎng)度243.1 m，有效站臺(tái)長(zhǎng)118 m。車站拱頂埋深20～22 m，開挖跨度20.9～24.3 m，高度18.9～20.22 m，拱頂以上微風(fēng)化花崗巖的厚度5～12 m。車站共設(shè)置3個(gè)出入口、2組風(fēng)亭。

3 方案比選

現(xiàn)澆中板一般采用滿堂支架進(jìn)行施工，其優(yōu)點(diǎn)是搭設(shè)靈活，裝拆方便，但是對(duì)于作業(yè)空間有限的地下車站主體施工而言，由于其桿件密集，用料多，占用空間大，容易造成通道堵塞，往往對(duì)其它工作面的人、材、機(jī)的調(diào)度帶來很多不便，尤其是當(dāng)TBM或者EPC需要過站時(shí)，無法為其提供必要的凈空，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度[2-4]。經(jīng)過對(duì)滿堂支架工法的優(yōu)化，采用“型鋼門架+盤扣式腳手架”的形式作為現(xiàn)澆中板的模板支撐系統(tǒng)，有效改善的滿堂支架的上述弊端，即保障了TBM的順利過站，又保證了車站施工的連續(xù)性。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 支架構(gòu)造

“型鋼門架+盤扣式腳手架”式支架由型鋼門架和盤扣式腳手架兩部分構(gòu)成，型鋼門架采用鋼材選用I25b工字鋼和HW250×250型鋼，均為Q235鋼，支架選用承插型盤扣式腳手架，具有節(jié)點(diǎn)抗扭能力強(qiáng)、穩(wěn)定性可靠、搭拆快捷、節(jié)約用鋼量、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)[5]，經(jīng)過驗(yàn)算和對(duì)設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化，青島地鐵4#線海泊橋車站“型鋼門架+盤扣式腳手架”模板支撐體系。

每榀鋼架間距為0.75 m，其中車站橫梁及中柱兩側(cè)設(shè)置兩榀密排鋼架，間距為0.375 m，中板荷載直接作用在型鋼門架的橫向支撐，并通過連接件和橫向支撐傳遞至兩側(cè)側(cè)墻及H250×250立柱，通過增設(shè)I25b工字鋼斜撐，增加了型鋼門架的整體穩(wěn)定性，極大地降低了受力節(jié)點(diǎn)的剪力和彎矩，并且H250×250立柱作為中板荷載的重要承載結(jié)構(gòu)，通過連接工字鋼斜撐，很好的提高了其抗彎折性能[6]。因型鋼門架與混凝土基面接觸面積較小，為防止傾覆，在橫向支撐地面增設(shè)縱向水平鋼管，鋼管長(zhǎng)3.5 m，間距75 cm，搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于1倍門架間距。

支架采用承插型盤扣式腳手架，承插型盤扣式桿件立桿縱向間距為900 mm，橫向間距為1 200 mm，局部結(jié)合中板梁支架設(shè)置為600 mm。橫向水平桿步距1.0 m，頂層水平桿步距0.5 m，中板立桿自由端超過650 mm時(shí)進(jìn)行加密調(diào)整。增設(shè)橫向水平桿采用Φ48×3.5 mm鋼管搭設(shè)，步距(高)為750 mm，鋼管通過扣件與立桿固定牢固。縱向水平桿承插型盤扣式桿件，步距1.0 m，作為掃地桿的最底處水平桿離地高度不大于55 cm[7]。

4.2 連接方式

按照型鋼門架的結(jié)構(gòu)形式，將其劃分為7個(gè)單元，見圖1。

圖1 型鋼門架單元?jiǎng)澐謭D

門型鋼架的各個(gè)節(jié)點(diǎn)采用螺栓連接和焊接連接，其中3、4、5、6單元之間采用螺栓連接，螺栓采用M22螺栓，其余節(jié)點(diǎn)均通過焊接連接。采用螺栓連接時(shí)，型鋼之間需增設(shè)連接鋼板，連接鋼板鉆孔直徑為24 mm。非螺栓連接的節(jié)點(diǎn)焊縫連接必須滿足焊縫質(zhì)量要求，設(shè)計(jì)型鋼之間采用全角焊縫滿焊，焊縫高度不小于8 mm，型鋼和支撐桿件之間的焊縫高度不小于6 mm。

4.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用有限元分析程序midas Gen2019版本，以工程設(shè)計(jì)圖為基礎(chǔ)建立有限元模型，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析以及截面強(qiáng)度校核。

根據(jù)本工程的實(shí)際情況，分析支架上作用的荷載主要有以下幾種。

(1)腳手架荷載+頂板混凝土荷載取26 kN/m；

(2)中板恒荷載取11 kN/m；

(3)中板活荷載取5 kN/m；

(4)中縱梁兩處集中恒荷載取18 kN；

(5)活荷載為取2 kN；

midas計(jì)算結(jié)果見圖2。

圖2 基本作用下豎向反力Fz圖(單位:kN)

計(jì)算顯示在基本組合作用下，柱底最大豎向反力209 kN，斜向支撐最大豎向反力192 kN，鋼梁端最大豎向力為37 kN。桿件最大應(yīng)力為1.5 MPa，在基本組合作用下，結(jié)構(gòu)件最大組合應(yīng)力均在材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度范圍內(nèi)，無超應(yīng)力構(gòu)件，滿足規(guī)范及使用要求。

結(jié)構(gòu)節(jié)最大豎向點(diǎn)位移值為-12 mm，偏小。其計(jì)算繞跨比12/3 460=1/288，表明結(jié)構(gòu)抗彎能力較強(qiáng)，滿足規(guī)范正常使用要求。

5 施工工藝

“型鋼門架+盤扣式支架”式支架施工步序?yàn)轭A(yù)埋連接鋼板→H型鋼柱搭設(shè)→工字鋼桁架安裝→盤扣式腳手架搭設(shè)[8]。

5.1 預(yù)埋連接鋼板

根據(jù)連接要求，在澆筑仰拱及側(cè)墻時(shí)，應(yīng)預(yù)先使用全站儀在相應(yīng)部位測(cè)量出連接鋼板的埋設(shè)位置，并進(jìn)行預(yù)埋，側(cè)墻處的預(yù)埋鋼板安裝時(shí)應(yīng)緊貼模板，仰拱預(yù)埋鋼板表面應(yīng)保持水平，并和混凝土表面平齊。混凝土澆筑完成后，需清除預(yù)埋鋼板表面的殘留混凝土，并進(jìn)行防腐處理，可涂刷兩道防銹漆。

5.2 h型鋼柱搭設(shè)

H型鋼柱吊裝采用16T吊車垂直吊裝施工，吊裝過程中保證立柱垂直并與仰拱預(yù)埋連接鋼板準(zhǔn)確對(duì)接。H型鋼立柱搭設(shè)之前，應(yīng)使用全站儀對(duì)仰拱預(yù)埋鋼板標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)，當(dāng)標(biāo)高不足時(shí)，可在柱腳與仰拱連接鋼板之間增設(shè)鋼板，并進(jìn)行滿焊連接，當(dāng)標(biāo)高過高時(shí)，需對(duì)立柱進(jìn)行適當(dāng)切割，降低立柱高度，考慮到預(yù)留沉降量，需保證型鋼門架頂面標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高誤差在(0，1 cm)內(nèi)。

立柱搭設(shè)過程中，應(yīng)保證其垂直度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，當(dāng)柱高H≥10 m時(shí)，柱軸線垂直度允許偏差為H/1 000，當(dāng)柱高H<10 m時(shí)，柱軸線垂直度允許偏差為H/1 000，且不大于25 mm[9]。

5.3 工字鋼桁架安裝

工字鋼桁架搭設(shè)前，應(yīng)預(yù)先搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)，使用全站儀或水準(zhǔn)儀量測(cè)出型鋼鋼架的頂面標(biāo)高并進(jìn)行放線，對(duì)于工字鋼桁架的各個(gè)單元支撐，在安裝時(shí)需控制其軸線位移，施工過程中嚴(yán)禁發(fā)生碰撞，結(jié)構(gòu)中要求緊貼的面，其接觸面積應(yīng)達(dá)到70%[10]。在焊接過程中，由于加工精度問題構(gòu)件無法有效銜接的情況，可采用鋼板進(jìn)行補(bǔ)焊。

5.4 盤扣式腳手架搭設(shè)

支架地基為混凝土，大部分平整，不設(shè)墊板，采用底托即可；局部預(yù)留孔洞等處采用墊板、方木(優(yōu)先選用200 mm×200 mm大方木)、木楔等墊平實(shí)，墊板選用200 mm×50 mm木板。支架的支撐應(yīng)從中心向兩側(cè)開始對(duì)稱搭設(shè)，依次逐排安裝，同時(shí)在支撐的中間及下部安裝縱橫拉桿，在上部安裝可調(diào)式頂托。

可調(diào)底座、頂托螺桿伸出長(zhǎng)度不超過200，插入立桿內(nèi)長(zhǎng)度不小于150 mm。可調(diào)托座伸出頂層水平桿的懸臂長(zhǎng)度嚴(yán)禁超過650 mm，且絲桿外露長(zhǎng)度嚴(yán)禁超過400 mm，可調(diào)托座插入立桿長(zhǎng)度不得小于150 mm。

連續(xù)豎向剪刀撐在支架外側(cè)周邊及內(nèi)部縱橫向設(shè)置，與地面的傾角為45°～60°，連續(xù)水平剪刀撐分別設(shè)置于支架掃地桿、豎向剪刀撐頂部交點(diǎn)平面，剪刀撐桿件的底端與地面頂緊，寬度為3～5 m，與支架縱(或橫)向夾角為45°～60°。

6 結(jié)束語

型鋼門架節(jié)點(diǎn)少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，拼裝簡(jiǎn)便，安裝效率高，由于其支撐點(diǎn)占地面積小，受地基條件影響小，有著很好的適用性。青島地鐵4#線通過前期搭設(shè)“型鋼門架+盤扣式支架”式支架，實(shí)現(xiàn)了TBM過站和地鐵車站主體中板施工的同步進(jìn)行，保證了施工的連續(xù)性，避免了窩工現(xiàn)象的發(fā)生，有效緩解了工期緊張的壓力，進(jìn)而提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于類似工程有著很好的借鑒意義。