深圳地鐵3號線田貝站大跨度鋼便橋施工技術

李 贊 張佩浩

深圳地鐵3號線田貝站位于深圳市羅湖區,該明挖車站橫穿田貝四路與翠竹路交叉十字路口,車站在施工期間要保持交通暢通。跨越結構的田貝四路為四車道的主干道,車流量大,為解決上下行通行問題,需搭設兩座雙車道便橋。根據其道路行車條件,荷載取值為恒載+汽車—超20和恒載+掛車—100兩種組合荷載,橋梁跨度定為24 m。由于工期很緊,采用現澆鋼筋混凝土梁不能保證工期,經過市場調查,無法租到強度較高的軍用梁搭設便橋,最終決定采用321型貝雷架搭設便橋來實現交通疏解。由于在這種荷載及跨度情況下采用普通321型貝雷架搭設鋼便橋沒有相似業績可供參考,但該鋼橋經過精心設計和施工,最終經受了大流量汽車荷載反復沖擊的考驗;橋下車站開挖石方爆破震動影響的不利因素考驗。施工過程中地面交通正常,橋梁變形符合設計及規范要求,達到了交通導流的預期效果,保證了車站按時完工。

1 工程概況

深圳地鐵 3號線田貝站位于深圳市羅湖區,車站全長504.815 m。圍護結構采用800厚地下連續墻,施工采用明挖法和蓋挖順筑法的聯合施工方法,基坑開挖深度約18 m～26.0 m。

車站主體沿翠竹路呈南北走向,本站途經地段為老城區,南接翠竹站,北接水貝站,車站需橫穿田貝四路十字路口,交通流量大,地下管線復雜。總體施工方案確定為:明挖車站施工期間不能中斷交通。這就要求在田貝四路十字路口處進行交通導改,須搭設四車道雙向臨時便橋來解決問題,經過對現場施工條件的認真分析,最終確定搭設兩座雙車道鋼便橋。

2 橋梁方案的確定

車站所處的十字路口為羅湖區交通要道,經統計,翠竹路方向公交車線路多達23條,田貝四路方向公交線路有12條,再加上數量眾多的私家車、貨柜車、土方運輸車等,對便橋的搭設提出了很高要求。根據其車輛特性,荷載考慮采用恒載+汽車—超20和恒載+掛車—100兩種荷載組合荷載,由于原田貝四路為四車道,決定上下行分別搭設兩座雙車道便橋。

由于便橋的跨度大、承重大,首先考慮了采用現澆鋼筋混凝土橋,但由于采用現澆混凝土橋整個施工過程及自身混凝土強度齡期時間過長等問題,對工期影響太大,不能滿足進度要求。后又考慮采用場外預制鋼筋混凝土橋梁,但是由于車站所處地理位置為繁華老城區,大型橋梁運輸車很難將預制梁運到現場,即便能夠運到現場吊裝就位的起重設備也無法就位,從而放棄了該方案。后考慮采用軍用梁搭設便橋,軍用梁的自身強度滿足承載力的要求應當沒有問題,但經過市場調查,軍用梁在深圳地區很難租到,最終考慮采用當地搭設便橋普遍使用的普通321型貝雷架。由于橋梁跨度達到24 m,且采用雙車道,經查閱相關資料,這種大跨度雙車道便橋采用普通321型貝雷架搭設沒有相似業績可供參考,最終經過精心設計和施工,利用現有材料解決了問題。

3 鋼便橋的設計與施工

3.1 鋼便橋結構尺寸的確定

鋼便橋橫跨車站呈東西向布置,以便解決田貝四路路口交通問題,車站主體結構基坑在設便橋處凈寬為22.5 m,考慮支座尺寸,則橋凈跨度取24 m為鋼橋計算標準。

臨時道路的曲線半徑為25 m,道路寬度為10 m,兩機動車道寬8.5 m,人行道寬2 m。鋼便橋尺寸參照既有道路尺寸標準。

3.2 鋼便橋的設計

臨時鋼便橋所使用的支撐體系為普通裝配式公路鋼橋(321型貝雷架),裝配式公路鋼橋為全焊構架,銷接組裝,采用高強度鋼材焊制。桁架拼裝用單銷或螺栓連接,重量較輕,運輸拆裝較方便,桁架每片尺寸為3 m×1.5 m×0.08 m。

3.2.1 設計驗算

采用有限元軟件建立全橋有限元模型,有限元模型見圖1。

模型中均采用梁單元,機動車道橫橋向共設置20片主桁,等間隔0.45 m布置,機動車道橋面全寬8.5 m。主桁架之間設置上、下橫梁,上、下橫梁沿橋梁縱向間隔1.5 m布置。上橫梁采用2×Ⅰ20工字鋼(2根 20號工字鋼);下弦橫梁采用2×[10(2根10號槽鋼)。同時考慮橫梁與主桁弦桿間連接方式的影響,兩片主桁間間隔設置支撐架,支撐架在縱橋向間隔3 m。考慮到實際工程中多支座很難共同受力,因此計算模型中取24 m裝配式簡支梁兩端支撐條件如圖2,圖3所示。

計算結論:1)恒載+汽車—超20和恒載+掛車—100兩種荷載組合下,主桁桿件內力滿足承載力的要求。2)汽車—超20和掛車—100靜活載作用下,24 m裝配式簡支梁跨中撓度滿足規范要求。3)如果能夠增加梁端主桁支座數量并提高支座共同受力程度,則可大大減小結構桿件尤其是主桁豎桿、斜桿的軸力。

3.2.2 橋梁構造

主梁采用32片桁架梁,321型貝雷架主桁架凈寬3 m,便橋處基坑凈寬為20.3 m～22.1 m。因此選取24 m跨度作為鋼便橋的設計、施工標準。

橋梁主要由主梁桁架、支撐架、橋端構件(端柱及橋座板)、橋面系統及連接件等組成。

本工程單片貝雷片組成形式為8件標準桁架片外加一個陰頭端柱和一個陽頭端柱,每片桁架片寬8 cm,桁架片之間用桁架銷子連接,兩片桁架架設在一個橋梁支座上,兩片桁架片之間用支撐架連接組成貝雷梁,每片貝雷梁寬53 cm,桁架片與片之間中心間距為45 cm,凈距為37 cm,貝雷梁高1.50 m,鋼便橋機動車道貝雷梁與貝雷梁之間凈距22 cm,人行道貝雷梁與貝雷梁之間凈距70.5 cm,鋼便橋背后擋墻高度與梁同高,并與地面高相對應,各片貝雷梁之間采用橫向連接系連接,上部采用兩根20號工字鋼橫梁連接,下部采用兩根10號槽鋼橫梁連接。

為降低橋梁自重,橋面采用與20工字鋼等高方木滿鋪,方木上方鋪設16 mm鋼板,鋼板上用鋼筋加焊防滑條,如圖4所示。

3.3 鋼便橋施工工藝流程

符合橋臺間距及標高→鋪設鋼橋支座→在地面拼裝貝雷架→逐片安裝貝雷架→安裝橋梁橫向連接系→安裝橋面方木→鋪設橋面鋼板→焊橋面防滑條→安裝防護欄桿→做橋梁荷載試驗同時觀測橋梁變形→橋頭安裝車輛慢行限速標牌→組織橋梁驗收→開放交通→定期對橋梁連接件進行檢查。

4 結語

田貝站橫穿田貝四路十字路口主體結構部分經過10個月的施工,現已順利完工。工程施工過程中使用貝雷架搭設的大跨度鋼便橋經受了深圳地區強暴雨、重載大流量交通運輸車輛的反復沖擊及橋下基坑爆破施工反復震動等不利因素的考驗。保證了施工過程中地面交通的正常運行,橋梁變形符合設計及規范要求,達到了節省工程造價,加快施工進度的目的。

[1]李光明.高速鐵路32 m現澆箱梁跨鐵路施工方案[J].山西建筑,2008,34(8):330-331.