某地鐵車站大跨度風亭支撐體系優化研究

黃國根

（中鐵十七局集團有限公司 江蘇無錫 214000）

引言

為解決大城市交通擁擠的現狀，進入21世紀以來，城市軌道交通的建設得到迅速的發展，而地鐵風亭作為地面上地鐵車站的附屬工程，其位置及形式制約車站外部空間的環境品質，影響城市整體風貌[1]。

本文以某地鐵站的附屬結構風亭施工經驗為例，通過優化車站大跨度風亭支撐體系及施工方案，在保證施工安全的基礎上極大程度上縮短了附屬結構施工工期，同時降低施工成本，取得了較好的經濟和社會效應，可為類似工程施工提供借鑒。

1 具體做法

1.1 工程概況

××地鐵××線××站附屬結構共設2個風亭，4個出入口。3號出入口及Ⅱ號風亭基坑圍護結構采用φ850mmSMW工法樁，內插700×300×13×24H型鋼。工法樁采用套孔法施工，H型鋼“隔一插一”，局部密插。支撐體系采用第一道混凝土支撐+第二道鋼支撐體系，圍護結構SMW工法樁與地墻間間隙采用雙重管高壓旋噴樁止水，集水井處設三軸攪拌樁基底加固。

1.2 支撐布置優化

如圖1所示，設計單位給出的某站3號出入口及Ⅱ號風亭第二道鋼支撐平面布置圖中，4道東西向直撐以及3道西北、西南角斜撐均有一端架設在主體地下連續墻墻面上，而門洞處車站主體結構地下連續墻需全部鑿除，若按照此布置圖進行鋼支撐施工，主體地連墻鑿除需待3號出入口及Ⅱ號風亭結構封頂后方能施工，這將增長附屬結構施工工期，又因結構封頂后再鑿除主體部分地連墻只能采用人工鑿除且渣土轉運不便，會增加不必要的施工成本。

圖1 原設計第二道鋼支撐平面示意圖

優化后的支撐平面如圖2所示，在與設計單位溝通后，提出了圖紙優化意見：建議將原鋼支撐布置圖中原有的4道東西向直撐改為南北向3道直撐。由于直撐跨度過大（最長支撐40.8m），在直撐跨度1/3、2/3處設兩排格構柱，格構柱上焊接牛腿后放置工字鋼下托支撐[2]。考慮到基坑東北角自來水管線及東南角燃氣管線、自來水管線與基坑間距過小，建議將基坑東北角斜撐由5道改為7道，基坑東南角斜撐由4道改為6道，斜撐間亦增設格構柱下托支撐。刪去基坑西北角及西南角斜撐。

1.3 支撐軸力

優化后鋼支撐布置得到設計單位認可，設計單位就更改后支撐體系進行了基坑開挖力學分析及驗算，給出了鋼支撐計算軸力及預加壓力值，如表1。

1.4 鋼支撐施工要點控制

圖2 優化后第二道鋼支撐平面示意圖

表1 鋼支撐（標準值）計算軸力及預加壓力值

1.4.1 支撐安裝

由于更改后的3號出入口及Ⅱ號風亭三道直撐跨度較大，為防止軸力施加后支撐失穩，支撐安裝前先選取較為平坦的地面進行預拼接，拼接過程嚴格檢查支撐的平直度，其兩端中心連線的偏差度嚴格控制在20mm以內，活絡頭自由伸長不大于20cm，檢查合格的支撐按部位及時編號，以防混亂。

1.4.2 斜撐及角撐鋼板施工

因鋼支撐斜撐與圍護結構有一定的夾角，不宜直接安裝支撐并施加預應力，且3號出入口及Ⅱ號風亭斜撐跨度較大，斜撐鋼墊箱與圍檁焊接時需嚴格控制焊接質量，同時保證鋼墊箱頂面中心點與支撐鋼管軸線重合，防止斜撐偏心受力。

由于基坑圍護結構東北角距南北走向自來水管線最近處僅50cm，東南角距東西走向自來水、燃氣管線最近處約為60cm，為保證管線不受影響，東北角及東南角角撐鋼板采用上下三道1.2m×1.2m×0.02m鋼板，角撐鋼板斜邊外兩側圍檁再加焊一根工字鋼確保安全。

1.4.3 圍檁及格構柱下托工字鋼處加強措施

由于3號出入口及Ⅱ號風亭圍檁較長，為保證圍檁安全，用長度約為1m的φ25螺紋鋼作為拉筋采用焊接連接圍檁與型鋼，焊縫長度≥25cm，間距為型鋼隔一焊一。格構柱與托舉的工字鋼間采用相同方法焊接鋼筋，每根工字鋼與格構柱焊接的鋼筋數量≥2根。

為防止支撐軸力施加過程中支撐失穩拱起，格構柱間下托支撐的工字鋼上必需焊接支撐抱箍，抱箍可采用角鋼或螺紋鋼筋，抱箍四周需緊貼支撐鋼管。

1.4.4 軸力施加

××站3號出入口及Ⅱ號風亭鋼支撐預應力分二次施加，第一次施加應力至支撐預加軸力的70%，通過檢查栓緊螺帽，無異常后再施加第二次應力至預加軸力的100%。軸力施加過程應緩慢，勻速，同時及時觀察支撐受力后的外觀及變形情況，如有異常應立即停止施加。軸力施加需作好記錄，如實填寫支撐軸力施加記錄表。

1.4.5 加強監測

支撐軸力施加完成后，及時分析關注監測信息，對墻體測斜、支撐軸力等監測數據仔細分析比對，對監測數據異常情況做到早發現，早處理，確保基坑施工安全有序進行。

2 成本分析

兩種支撐方案成本差異主要產生在主體地墻門洞鑿除部位，因支撐調整增加3根立柱樁，與設計溝通后作為抗拔兼立柱樁使用，同時減少3根坑內抗拔樁，成本分析詳見表2。

表2 3號出入口及Ⅱ號風亭門洞成本對比

2.1 時間成本分析

由于原設計第二道鋼支撐及基坑兩處拐角斜撐一端需頂在主體圍護地下連續墻墻面，出入口門洞處地連墻鑿除需待3號出入口及Ⅱ號風亭主體結構封頂后方可鑿除。鑿除總方量為256m3，由于機械上下基坑及作業空間限制，附屬結構封頂后出入口門洞只能采用人工鑿除，按每天10人連續作業計算，鑿除效率約為15m3/d，鑿除工期約為17d。鑿除后渣土需人工清理，按照邊鑿除邊清理計算，每天5人，渣土完全清理干凈相比門洞鑿除時間滯后約3～5d，總時間滯后約20～22d。而更改后圖紙施工出入口門洞鑿除不影響出入口施工工期。按照更改后圖中布置的支撐走向，門洞鑿除可與出入口基坑開挖同步進行。采用機械鑿除，基坑開挖先將門洞前方鎬頭機作業空間內位置土方挖除，選用兩臺200式鎬頭機同時作業，門洞鑿除時間約在7d左右，3號出入口及Ⅱ號風亭基坑開挖需要15d左右，門洞鑿除早于土方開挖結束日期，不會在時間上影響后續施工。

2.2 物資成本分析

原設計圖中門洞鑿除人工單價按500元每人/d計，17d鑿除費用85000元，渣土清理費用單價按200元每人/d計，22d清理費用22000元，另鑿除部位渣土不便運輸。渣土垂直運輸至地面吊車費用按三個臺班3600元計，渣土外運按500元/車計，按15車，水平運輸費用7500元。費用合計118100元。而優化后方案洞門鑿除和土方開挖同時進行，鑿除后渣土由挖機轉運與基坑土體一起運走，無需人工清理或另外支付渣土運輸費用，故鑿除成本只有鎬頭機臺班使用費及鎬頭機上下基坑吊車費用。按鎬頭機鑿除費用為每臺2400元每天計算，兩臺鎬頭機作業7d，費用為33600元，鎬頭機上下基坑吊車使用總50t吊車，吊車使用計一個臺班3000元。費用總計36600。比原設計費用節省81500元。

3 效果評價

施工情況：

按照優化后支撐體系施工，目前3號出入口及Ⅱ號風亭結構已順利封頂，并完成驗收。

與原設計鋼支撐施工方案相比，更改后方案使3號出入口及Ⅱ號風亭施工工期提前22d，節約成本8萬余元，未對基坑周邊管線產生不利影響，施工過程中未發生任何質量或安全事故。

4 結束語

基于此支撐體系更改方法在××站3號出入口Ⅱ號風亭的成功應用，標段內××站1號風亭、××站2號風亭、××站3號出入口及Ⅱ號風亭都采用類似方法對支撐體系進行更改后施工，三車站分別提前工期20～40d，累計為項目減少成本投入約30.5萬元，取得了較好的經濟和社會效應，具有較強的可推廣型，可為其它同類工程提供借鑒與參考。