型钢支架在地铁车站施工中的创新应用

王祥亮 李家林 焦晓杰

摘 要：目前地铁车站主体结构施工与盾构组装始发经常存在冲突，本工程通过优化设计了型钢支架，并在地铁车站施工中应用不仅很好的解决了这一问题，还极大的缩短了安装工期，节约了成本，降低了安装风险，而且可以循环利用。

关键词：地铁车站；型钢支架；盾构组装始发

中图分类号：U231.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）17-0000-00

1 工程概况

郑州市轨道交通3号线一期工程世行01标段包含2站1区间，分别为通泰路站、通泰路站～黄河东路站盾构区间、黄河东路站。

通泰路站车站为地下两层两跨（局部三跨）箱型框架钢筋混凝土结构。车站长度515.5m，车站宽度20.1m。

通泰路站-黄河东路站盾构区间左线长度785.226m，含长链5.231m，右线长度779.995m。

通泰路站-黄河东路站区间采用盾构法施工。盾构机采用沈阳重工M161540-2维尔特土压盾构机施工，盾构机组装后长度87m。

通泰路站作为通-黄盾构区间的始发车站，需为盾构机组装提供至少87m车站结构作为始发组装空间和在顶板布置渣土池等。

车站采用满堂碗扣式支架施工，根据规范要求在结构顶板未达到设计强度前，-1层、-2层满堂支架均不能拆除，因此车站施工期间无法在-2层进行盾构组装作业。

而盾构机组装前通泰路站只完成了18m的车站结构，无法按时提供足够的车站结构供盾构始发组装作业，结构施工与盾构始发组装作业存在严重冲突。

2 其他项目采取的解决方案

针对这一问题，目前能查证并应用的解决方案有以下两种：

（1）第一种是梁柱式门洞结构——大直径钢管立柱加工字钢横梁型式。即在大直径钢管立柱上纵向布置两道支承纵梁，支承纵梁上等间距横向布置横梁，然后再上覆钢板作为满堂支架的搭设平台。钢管立柱焊接固定在底板预埋钢板上。

这种方案承载力较大，但钢材消耗量比较大、预埋件定位精度要求高、各构件分件安装，安装精度要求高、各构件尺寸重量较大，安装安全风险也大。

（2）第二种是碗扣式门洞支撑架构造。即立柱采用加密碗扣立杆，立杆间距不大于300mm且不少于4排，立杆上方先后设置横向分配梁、纵向分配梁，纵向分配梁上再搭设通道的转换横梁，在转换横梁上铺钢板作为满堂支架的搭设平台。

这种方案搭设灵活。但搭设体系相对复杂、搭设跨度不宜超过4m、钢材消耗量较大、搭设安全风险大。

3 本工程采取解决方案

本工程在满足支架承载要求，符合规范安全规定的前提下，以钢材消耗轻量化、构件加工标准化、工厂化、构件拼装简易化、现场安装快速化、消除高空作业风险为原则，借鉴隧道型钢支架的经验，在地铁车站施工中创新使用了型钢钢架来解决车站结构施工和盾构机组装始发的矛盾。

通过对车站结构、盾构机始发组装布置设计资料的对比分析，结合其他施工经验，自行设计了型钢支架，并在车站-2层进行应用。

3.1型钢支架设计

结合盾构机组装需求，型钢支架需提供净宽5m，净高5.15m空间，型钢支架使用长度87m。支架上部承受载荷为400mm厚钢筋混凝土楼板。

基于上述要求，型钢支架设计净宽5m，净高5.15m。型钢支架榀间距0.9m。

型钢支架由25B型工字钢制作，每榀支架由型钢立柱、型钢横梁、槽钢斜撑、连接板构成。各榀型钢支架间由槽钢横撑定位、固定。

立柱、横梁采用25B工字钢；斜撑采用[10#槽钢；连接板采用10mm钢板。

连接板与型钢、槽钢构件间采取焊接，焊缝高度8mm。型钢立柱、横梁的连接板两翼焊接加劲肋，加劲肋规格为⊿50×50×10mm。如图1、2所示。

每两榀支架的立柱间设置横撑，每侧上下各设置2道，共4道，横撑采用[10槽钢制作。如图3所示。

支架立柱与横梁，斜撑与立柱、横梁，横撑与立柱接头部位均焊接有连接板，连接板上设有φ22螺栓孔，各构件间采用M20螺栓连接组装。如图4、5所示。

支架立柱底焊接固定钢板，钢板设置螺栓孔，支架定位后用电钻在孔内钻眼，楔入M20膨胀螺栓固定支架。如图6所示。

支架横梁在工厂按支架搭设设计的立杆间距要求将立杆焊接固定于横梁上，搭设时直接在其上插入U型顶托。钢管切口应平直，满焊于横梁上，保证立杆间距及垂直度。在立杆上纵横向布置水平杆（扣件式），将支架连成整体。如图7所示。

图7 横梁上立杆焊接详图

3.2支架结构受力验算

（1）计算依据：

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012；

《钢结构设计规范》GB50017-2003；

《混凝土結构设计规范》GB50010-2010。

（2）横梁验算：

横梁采用25b工字钢，跨度L=5000mm，间距900mm，中板厚度400mm。

梁承受荷载标准值计算：

砼自重：5×0.9×1.2×24=129.6KN；

钢筋自重：5×0.9×1.2×1.1=5.94KN；

模板及支架自重：5×0.9×0.5=2.25KN；

机具、人员均布荷载：5×0.9×1.5=6.75KN；

混凝土倾倒：5×0.9×2=9KN；

混凝土振捣：5×0.9×2=9KN；

承受总荷载：F=（129.6+5.94+2.25）×1.35+（6.75+9+9）×1.4=220.667KN；

化为线均布荷载q=F/l=220.133/5=44.133kN/m；

①抗弯强度验算：

横梁所受弯矩最大值为：

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

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

抗弯强度满足要求！

②挠度计算：

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

挠度满足要求！

（3）立柱稳定性验算：

立柱采用25b工字钢，高度L=5150mm，立柱纵向间距0.9m，立柱横向间距5m。

单根立柱所受标准荷载：

砼自重：5×0.9×1.2×24=129.6KN；

钢筋自重：5×0.9×1.2×1.1=5.94KN；

模板及支架自重：5×0.9×0.5=2.25KN；

机具、人员均布荷载：5×0.9×1.5=6.75KN；

混凝土倾倒：5×0.9×2=9KN；

混凝土振捣：5×0.9×2=9KN；

上部工字钢自重：5.5×42=2.31KN；

单根立杆承受总荷载：F=（129.6+5.94+2.25+2.31）×1.35+（6.75+9+9）×1.4=223.785KN；

不组合风荷载立杆稳定性按F/ A≤【 】

查工字钢规格表【 】=170MPa；柔度λ=μl/i=1×5.46/0.09938=54.94；长度因数μ取1，惯性半径i为0.09938；根据λ查得 为0.838；

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

立柱稳定性满足要求！

3.3型钢支架搭设

（1）在地面将立柱、横梁、斜撑组成撑单榀支架，而后用汽车吊将支架这鞥提下放至结构底板上。

（2）在汽车吊的协助下，将首榀支架进行定位、找正，校正垂直度，并进行临时固定。而后用电钻在立柱固定板的螺栓孔内打眼，楔入M20膨胀螺栓进行固定。

（3）下放第二榀支架，初步定位后，安装横撑，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横撑为固定间距，所以第二榀支架不需再校核垂直度。

（4）同上安装第三榀支架。三榀支架支架固定后，即可拆除临时固定措施。每安装五榀支架后总体进行位置校核。

（5）安装横梁顶支架。一段型钢支架安装后，在横梁顶立杆上安装纵横向水平杆，水平杆采用普通钢管扣接在立杆上。而后安装顶托、主楞、次楞及模板。

4 效果检验

经过现场的安装和实际应用，型钢支架达到了设定预期目标：

（1）经实际使用并校验，型钢支架在支架强度、刚度、稳定性等方面均满足规范及设计要求。

（2）满足了盾构组装和始发的需求。在不需结构达到设计强度和拆除支架的情况，顺利完成盾构机构件下放与组装调试作业。较常规工序节约工期2个月。

（3）节约了安装工期；降低了安装风险。通过各种优化措施，提高了安装效率，实际现场安装每榀支架仅需20分钟。优化了现场焊接作业，取消了高空作业环节，极大的消除了安全隐患。

（4）缩减了支架费用。快速装配式门洞支架从设计上优化了支撑纵梁、上覆钢板、预埋钢板部件，在保证质量、安全的情况下，减少支架钢材消耗量52.7t，直接节约材料费用18.5万。

（5）拆除方便且循环利用。施工完成后，拆除螺栓后即可解体回收，不需进行切割，保证各构配件100%回收利用。针对同类型盾构机组及车站均可直接使用。

5 结语

目前在地鐵施工时车站主体结构施工与盾构组装始发的时间冲突越发普遍。型钢支架作为一种创新型方案不仅解决了这一冲突，而且以其工厂化加工、模块化构件、快速化组装、轻量化设计、循环利用的特点在实际运用中取得了良好的效果，具备了较广泛的借鉴和推广价值。

参考文献

[1]邓鹏，等.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[J].中国科技纵横，2017，（12）：125-127.

[2]徐波，等.可变门洞式支架在地铁车站施工中创新应用[J].大科技，2015，（4）：145-146.

收稿日期：2018-06-12

作者简介：王祥亮（1986—），男，汉族，河南辉县人，本科，毕业于河南理工大学，工程师，从事技术管理工作。