淺談新型格柵拱架對地鐵車站的支護作用

李望蛟　李明

摘 要：地鐵的修建帶動了城市發展，對城市功能的合理布局如城市規劃、交通、經濟乃至社會環境等能夠起到重要的作用，加速城市化進程。而且由于它自身的優勢，如不受地面交通條件影響、運行速度快、時間相對固定等也在城市交通運輸中承擔越來越重要的角色。

關鍵詞：格柵拱架；曲桿構件；工程支護結構

中圖分類號：TU28 文獻標志碼：A

0 引言

地鐵是涵蓋了城市地區各種地下與地上的路權專有、高密度、高運量的城市軌道交通系統，對緩解城市交通起著決定性的作用，自始建于1863年世界上最早的（也是第一條）地鐵——英國倫敦的大都會地鐵之后，地鐵的修建得到了飛速的發展，并在近年來成為一個城市經濟發展的標志。

新型格柵拱架的支護形式，首先對于整個建筑結構而言，通過采用預制構件和現澆鋼筋混凝土層組成整個初期支護結構。預制構件結構單一，統一生產，減少制造安裝的精度和難度，縮短施工工期，由于構件的單一性避免了在生產、運輸、建造過程中出現某些構件的損毀而導致整個施工的延誤，預制構件外部的現澆鋼筋混凝土層確保了整個結構的整體性。

1 總體結構設計

對于整個結構的預制桿件而言整個結構的桿件分3種形式，角部橫向桿件、拱架結構桿件和橫向連接桿件，桿件與桿件的連接都是固定的大角度，并通過將結構外部回填的砂土作為結構的一部分。該結構作為一種新型地鐵車站支護結構，它包括①曲桿拱形結構②封層③配置砂土。首先，建造單位曲桿拱形結構，在單位曲桿拱形②結構鋪設網片，在網片上鋪設封層，然后在封層和圍巖之間充填一定厚度的配置的砂土層。使3種支護結構及材料構成一個支護體系，為整個工程提供支護。注：①曲桿拱形結構；②鋼筋混凝土封層；③配置砂土；④桿件節點；⑤建筑邊界。

2 重要技術指標的實現

（1）新型格柵拱架提供一種重量輕、強度高的支護體系，即采用工廠預制模塊，現場組裝方式，提高施工效率，減少施工周期。結構表面的封層采用現澆式，提高結構的整體性，抗側移能力。對于高度、跨度較大的預制裝配式支護結構，無論從運輸、施工的難易程度以及裝配成型和維修均能取得極大經濟效益。

（2）所有桿件的節點處都為大角度鈍角，節點處受力最大，而節點受力會向墊層方向發生位移，其力通過墊層，配置砂土層，圍巖分散抵消。整個結構不會因受到擠壓而向內部靠攏。

（3）結構頂部的圍巖壓力或地面超載，可以通過曲桿結構兩側的配置砂土直接傳遞到結構底部也可以通過配置砂土層傳遞到墊層，通過結構傳遞到結構底部也可以分散到側壁進行抵消。側向圍巖壓力可通過上部壓力進行抵消也可以傳遞到結構上部時對上部荷載起支撐作用，使整個結構處于壓力平衡狀態，避免應力集中，保護結構。

（4）整個結構最外層是配置砂土層，其是柔性結構，不同于現有支護結的剛性外層，保證了整個支護系統能承受較大的地質變形。

（5）所有的曲桿結構能在地下保證獨立支撐，也可以多個曲桿結構相互連接，施工方便快捷，經濟。

（6）整個車站支護過程中，可以通過曲桿結構嚴格控制建筑限界，降低隧道開挖要求。由墊層保證整個空間結構的封閉性，防止滲水漏水。配置砂土層避免結構一點集中受力，并調整整個結構的受力，是結構處于應力環繞的狀態。

（7）若結構在不可抗拒的作用下發生破壞，由于結構所有的桿件都是能獨立支撐桿件，破壞的點只能是某些桿件或某段，而不會發生結構的整體破壞，為人民的生命財產提供可靠的保障。

（8）僅在地鐵車站中，由于空間足夠大，在內部設計中容許更多方案，為地下結構的現代化提供了機遇。內部裝修在輔助結構上面，主輔結構分離，保障主體結構的完整性及獨立性， 減少不確定因素。大空間無梁柱全格柵拱架的地鐵車站支護結構，其特征在于：將側面的配置砂土做成了整個結構側墻的一部分，承擔大部分的上部荷載。首次將砂土實際考慮為建筑結構的支撐部分，減輕主要構件的受力。

3 實際應用情況及施工

在整個模型處于室內物理模型試驗階段時，以實際工程為例，按比例縮小20倍模擬施工場地和現場周邊條件，保證整個試驗進行的嚴密性，制作預制桿件和進行加載試驗，測定結構的穩定性和承載能力。在吉林建筑大學的城市地下空間工程實驗室通過大量的加載、振動模型試驗，并在側向砂土中和結構構件表面加入應變片，分析力在砂土和結構中的變化，保證結構的合理性。

施工方法包括以下步驟：

（1）在工廠預制拱架結構構件，鋼筋加工廠加工鋼筋；

（2）現場進行地基開挖，對所開挖的基坑進行模具支護；

（3）定位橫向角撐，支腳手架，放輔助桿件，定位主支撐桿件的角度和高程，加調緊螺母，一榀拱架架設完成后，調緊螺母。一個單位完成后，每個節點加保護構件；

（4）橫向角撐上鋪設鋼筋網澆筑混凝土，拱架側部和頂部鋪設鋼筋網，在內部支模向鋼筋網上噴射速凝混凝土，完成后在上部用水泥砂漿找平，制作防水層，分段支模灌注混凝土，盡量一次澆筑完成，保證結構的整體性；

（5）基坑兩側分段由下向上拆除基坑和拱架外部模板，并同時進行回填配置好的砂土，打夯機或人工夯實，但回填到拱架結構頂部一定程度之后用壓路機夯實，回填一般砂土，直到與地面標高一致；

（6）拆除輔助桿件，完善內部腳手架，修理內壁表面，水泥砂漿抹平；

（7）完善內部輔助設施。這種方法是先完成地下車站的主支撐機構，然后再進行完善內部輔助設施，另一種施工方法是控制建筑界限，定位輔助結構位置，先完成輔助結構，在進行主支撐結構的建設。前1種方法比較適用于施工段交通繁忙，時間限制較多。第2種方法減少輔助桿件，施工主要結構一次成型，施工快，避免二次用料。

結語

對于新型格柵拱架的支護形式的運用目前只是處于試驗研究的階段，尚未有實際工程作為研究依據，對于該結構而言用于實際工程可以解決目前預制構件漏水現象，工廠加工構件要求高，構件組裝施工技術難度大，整個支撐機構和使用功能分開使用，避免了結構在裝修和使用過程中受到二次破壞，提高結構的使用壽命。該新型結構沒有實際工程作為指導依據，所有結構和特性都有待更精準的驗證。

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