一种地铁车站供盾构始发和电瓶车通行的型钢-满堂架组合支撑体系

2023-02-11

1 工程概况

武汉地铁11号线教育中路站为地下二层岛式站台车站, 站台宽度为12m, 结构型式为钢筋混凝土箱型框架结构。车站长约605.9m, 宽约21.10~25.20m, 起点里程为右DK41+971.699, 终点里程为右DK42+577.598, 站台中心里程为右DK42+74.000。本站点采用明挖施工, 车站东段设置盾构始发井。

由于车站主体结构施工进度缓慢、站台层满堂架不能及时拆除, 难以满足教育中路站东端盾构下井始发的节点目标。根据以往的工程经验, 可在中板浇筑7天后割除电瓶车行车限界内的脚手架并采取相应的加固措施, 但切割及加固作业工序繁琐、作业面局促、存在一定的安全风险, 通行门洞且满堂架在割除并加固后整体刚度和承载力急剧降低, 后期顶板施工荷载导致中板局部出现细微裂缝。依据车站结构形式、空间布置及以往的施工经验, 该站中板模板支撑体系采用倒L形型钢门洞和满堂架结合的组合结构形式。

2 结构设计

2.1 结构形式及设计参数

该支撑体系下部为倒L型门洞, 门洞上部依次铺设100mm×100mm方木及15mm厚的模板, 然后搭设普通满堂架支撑体系, 该型钢-满堂架支撑体系的关键在于倒L形门洞设计和节点处理。

型钢门洞主要由门洞立柱、门洞横梁、门洞纵梁组成, 宽5.2m高5m, 纵向间距0.9m, 主要构件均采用I32a工字钢加工而成, 立柱间设置45°联系梁保证结构纵向稳定性, 连系梁采用140×140×12角钢。

2.2 边界条件及力学模型

2.2.1 结构荷载

依据《建筑施工模板安全技术规范》及《建筑结构荷载规范》[1,2]施工荷载为活荷载, q=3.0k N/m2;

梁下单根立杆恒载F1=1×25×0.9×0.3=6.75k N;

板下单根立杆恒载F2=0.4×0.9×0.9×25=8.1k N;

那么, 梁下立杆内力组合F3=1.4×3×0.3×0.9+1.2×6.75=9234k N;板下立杆内力组合F4=1.4×3×0.9×0.9+1.2×8.1=13.122k N;

I32a工字钢自重均布荷载q1=1.2×0.53=0.64k N/m。

2.2.2 边界条件及计算模型

横梁采用左端为固定支座、右端为水平可滑移铰支座的弹性梁力学计算模型

模型示意图如下:

纵梁采用左端为固定铰支座、右端为水平可滑移铰支座的弹性梁力学计算模型

模型示意图如下:

立柱采用一段为固定铰支座、一端为滑移铰支座的的轴压弹性杆力学计算模型

模型示意图如下:

2.3力学计算

纵、横梁均按弹性梁进行了抗弯、抗剪及挠度计算, 立柱则进行了压杆稳定计算[3,4,5]。

2.4 节点设计

综合考虑结构形式、现场施工技术, 节点设计主要为:门洞横梁与侧墙通过带锚栓的预埋钢板焊接成整体;门洞立柱通过柱脚法兰盘、地脚螺栓固定在结构底板上;其它部位均通过焊接连接, 焊缝高度不小于8mm。侧墙部位预埋钢板与预埋钢筋进行焊缝抗剪强度计算, 预埋钢板与横梁节点部位进行抗弯、抗剪强度计算。

3 施工技术

3.1 施工工艺

型钢、钢板等材料进场、送检→材料下料及预埋件、柱脚法兰等构配件加工→测量放样→现场技术交底→倒L形门洞立柱、纵梁、横梁、连系梁依次搭设拼装→倒L形门洞验收→倒L形门洞与满堂架搭接截面处理→满堂架搭设及验收。

3.2 关键控制点及注意事项

(1) 节点加工质量控制:预埋钢板与锚栓钢筋的焊接质量、预埋钢板与横梁的焊接质量、联系梁与立柱的焊接质量应作为主控项目;立柱与柱脚法兰的焊接质量、法兰与地脚螺栓的固定、纵横梁及连系梁之间的焊接质量为一般控制项目。

(2) 测量控制:门洞固定前, 应做好测量放样工作, 经检查无误后才能安装门洞;安装完成后应对门洞进行复测, 保证电瓶车通行限界。

(3) 局部加强:中板纵梁处易出现应力集中, 为了避免纵梁开裂或挠度过大, 中板纵梁下应适当增设立杆。

(4) 成品保护:盾构始发时, 场地较为局促, 应防止电瓶车及其它设配碰撞支架体系。

4 工程优势

(1) 安全可靠:该组合结构方案较后期在满堂架上割除电瓶车作业范围脚手架并加固方案更为安全可靠, 很大程度上消除后期满堂架拆除加固过程中及加固后使用过程中的安全隐患及割除作业对满堂架支撑体系刚度和承载力的削弱。

(2) 有效保证盾构电瓶车作业限界:型钢门洞不需要在门洞范围内设加劲带腋构件, 最大程度上保证电瓶车作业限界, 满足盾构下井条件、确保盾构顺利始发。

(3) 结构简单、可操作性强:该型钢-满堂架组合结构形式简单、施工难度低, 现场可操作性更强, 利于加工、拼装质量的控制。

(4) 施工成本合理:与后期在满堂架上割除电瓶车作业范围脚手架后加固方案相比, 该组合结构可减少合同界面纠纷、减少后期割除门洞的费用及赔偿费用;型钢-满堂架组合结构的型钢在施工完成后可重复使用在其他临时结构上, 降低施工成本。

5 结语

由于施工现场点多、面广, 地铁车站施工与盾构区间施工在工期节点、场地布置、形象进度等方面难免会有空间。本文论述了一种地铁车站供盾构掘进电瓶车通行的型钢-满堂架组合门洞结构, 其结构简单、安全可靠、施工便捷、有效保证盾构电瓶车的作业限界, 加快了施工进度。该型钢-满堂架组合支撑体系及其施工技术可供类似工程参考借鉴。

摘要：本文论述了一种地铁车站站台层型钢-满堂架组合支撑体系, 该支撑体系除了作为上部结构的模板支撑体系外尚在下部预留型钢门洞供盾构电瓶车在尚未拆除满堂支撑架的地铁车站站厅层往返通行, 配合盾构掘进。该组合支撑体系为电瓶车下穿段采用倒L形型钢门洞、门洞上再次搭设满堂脚手架的组合结构, 在满足车站主体结构施工进度的情形下保证盾构按照工期节点下井始发。该组合结构施工便捷、安全可靠、有效保证了盾构电瓶车的行车限界、消除了盾构区间与车站主体同步施工的空间碰撞。

关键词：地铁车站,盾构始发,电瓶车,支撑体系