门洞式支架系统在城市轨道交通车站及盾构交叉作业中的应用

邓鹏++张道彬++谭啸峰

摘 要：目前国内地铁建设如火如荼，部分站点由于前期征拆导致工期滞后，通过对主体结构支架系统的优化，改变以往先车站后区间的常规施工工艺，使车站主体结构与盾构区间同步进行，极大缩短了土建施工周期，弥补了前期工程对线路通车运营的影响。

关键词：门洞式支架；系统设计；盾构交叉作业

中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）12-0125-01

1 工程概况

佛山地铁2号线石湾车站为地下两层双柱三跨箱型框架结构，车站总长329m，标准段外包总宽21.7m，采用明挖顺筑法施工。车站站厅层最大高度为4950mm，站台层最大高度为6220mm，底板厚度为900mm，中板厚度为400mm，顶板厚度为800mm。车站主体结构按节段施工，单个节段长度为18～22m，其中小里程盾构掘进出土井位于N6节段（距车站小里程端头120m处）。两台美国罗宾斯盾构机计划从小里程端头站台层一前一后始发，盾构全长约90m，水平编组运输列车总长约60m。

由于施工工期紧张，在石湾站N3、N7、N8段主体结构仅完成底板结构条件下，盾构机需要下井拼装并始发。而车站常规的主体结构施工工艺采用满堂碗扣支架系统，不能满足盾构台车下放以及施工阶段编组列车水平运输的要求。因此，需要对原主体结构施工方案进行优化，在满足车站主体结构浇筑质量、安全的前提下，还要保证盾构顺利安装以及水平运输的空间，实现车站主体与盾构隧道交叉作业。

2 门洞式支架系统设计及验算

原方案N3、N7、N8段支撑系统采用600*900碗扣式钢管（Φ48×3.5mm）支架，侧墙、中板底模采用竹胶板作为模板面板，立柱采用钢模板。根据现场实际情况，N3、N7、N8段负二层采用门洞形式施工方案，其余部分保留碗扣支架作为支撑系统。

2.1 门洞支架设计

N7、N8段主要为编组列车水平运行段，负二层采用门洞形式，宽取2m、高取3m，满足编组列车空间尺寸要求，门架结构采用工字钢加钢立柱焊接搭设，门洞横梁采用I25b工字钢，沿基坑纵向按间距0.6m布置，两端支承纵梁为I45a工字钢，焊接在Φ420×6mm@4800mm钢管立柱上。门洞上部剩余空间高为2.4m，宽为3m，铺设10mm厚的钢板，在钢板上面搭设碗扣式钢管（Φ48×3.5mm），立杆横向间距900mm、纵向间距600mm、水平杆步距1200mm。

钢立柱采用直径420mm、壁厚6mm的钢管，沿基坑纵向按4.8m间距布置。立柱底座采用600×600mm*10mm方形钢板，钢板与底板混凝土上植入的Ф14的钢筋进行焊接，钢立柱与底部钢板通过100*100mm的三角板焊接固定。

N3段主要为盾构后配套台车安装区域，负二层采用门洞形式，其结构形式与N7、N8段基本相似。但由于台车高度、宽度较大，N3段门洞横梁跨度需调整为5.2m，高度4.2m，横梁采用双拼I25b工字钢。门洞上方净高约0.8m，只能采用普通脚手管（Φ48×3.5mm）进行布置，支架间距调整为600mm*600mm，主楞、次楞间距均调整为600*600mm，立柱底部钢板需增加沿钢板四周均匀布置的4根Ф14的螺纹钢进行加固。

为确保门洞立柱的稳定性，考虑在相邻两根立柱的内侧设置连接杆件。连接杆件采用[10进行焊接

考虑到门洞在施工期間的安全性，在各钢立柱上粘贴反光警示标志，防止电瓶车撞击，对电瓶车司机做好安全交底，确保支架安全。

钢板与立柱通过4块10cm*10cm三角板焊接连接，三角板沿钢立柱四周均匀布置。

2.2 门洞结构以外碗扣支架设计

门洞结构以外支架系统依然采用落地式碗扣支架系统。顶板、中板立杆横向间距900mm、纵向间距600mm、水平杆步距1200mm；中纵梁、顶纵梁下支撑体系加密，立杆横向间距300mm，纵向间距600mm。

底层纵、横向水平杆作为扫地杆，距离地面高度不大于350mm。剪刀撑采用Q235普通钢管（Φ48×3.5mm），与碗扣支架采用扣件连接。

2.3 结构验算

由于N3段门洞跨度较高、较宽，风险较大。因此，按最不利工况进行验算，以该节段受力为计算模型。

施工前应验算门洞式支架各部位受力。确保都在允许受力范围内方可进行施工，其中工字钢弹性模量：E=2.1×105MPa；抗弯强度：[σ]=205MPa。

砼自重：板恒载25×0.8=20kN/m2；模板荷载：取0.5kN/m2

施工人员、施工料具运输、堆放荷载：取K1=1KN/m2

倾倒砼及振捣砼产生的荷载：取K2=2KN/m2

工字钢横纵梁自重：I45a工字钢取0.8kN/m2，I25b取0.42kN/m2

振捣砼侧压力取1KN/m2；施工人员及设备荷载取1KN/m2；

N=1.2×q 恒+1.4×q 活=1.2×23.5+1.4×2=31KN/m2

（1）I25b工字钢横梁验算。

横梁受上部混凝土施工横、活均布荷载以及自重作用，跨中最大弯矩：

跨中剪力

1）抗弯强度验算：

2）剪应力验算：

3）挠度验算：

采用I25b工字钢作为门洞横梁满足要求，相应对I45a工字钢纵梁、支架杆件、模板进行计算，受力及变形均满足要求。

（2）门洞钢管立柱验算。

钢管立柱直径420mm，壁厚6mm，钢管高h=4.2m，回转半径截面积A=122.522 cm2

长细比<230满足轴心受压构件长细比要求。

根据长细比l0/i查阅《建筑施工模板安全技术规程》（JGJ162-2008）附录D得到：Ф=0.635

那么有

所以钢管立柱满足抗压要求。

3 结语

门洞式支架设计不但满足了车站结构施工受力的要求，保证了主体结构施工的质量，同时在空间上也能满足盾构后配套设备及编制列车的运行要求，实现了车站主体结构与盾构隧道同步施工、交叉作业的施工组织体系，从车站土方见底到盾构始发只用了仅仅4个月时间，达到了缩短土建施工总工期的目标，门洞式支架的成功使用具有较广泛的借鉴和推广价值。