探析貝雷架在地鐵車站盾構龍門吊軌道梁中的應用

宋作堂

（中鐵建海南投資有限公司，海南 陵水572400）

1 工程概況

長沙地鐵星沙文體中心站作為地鐵施工區間站，兼顧盾構始發井的功能，車站圍護結構標準段寬度為22.7m，加寬段寬度為26.6m。盾構井設置了左右2 個井口，計算尺寸為24.6m×13.8m。根據施工組織設計需要，需在本站安裝3 臺龍門吊，龍門吊軌道梁基礎[1]在標準段利用圍護結構的冠梁為基礎，在擴大端井口部位利用貝雷架作為軌道梁供16t 龍門吊行走。龍門吊采用L 型吊鉤門式起重機，龍門吊型號為MDG16T-21A6 型，設計跨徑21m。基于安全施工等因素考慮，貝雷梁的撓度控制和利用現有車站機構是貝雷梁設計的重點。

2 方案設計分析

如上文所述，現階段城市軌道交通地鐵區間采用盾構法施工時，車站端頭往往兼顧盾構始發的功能，本項目車站為中間站，所處城市主干道下方，施工過程中封閉半幅道路，留半幅道路進行交通導行，封閉施工區較為狹小。以往吊裝盾構管片的龍門吊跨度采用2 種形式，一是盾構井外側寬度加上0.5～1m 作為龍門吊的設計跨度，軌道采用鋼筋混凝土結構，這種設計缺點是占用了較多的施工場地，后期拆除混凝土量較大，優點是構造相對簡單；二是利用冠梁作為標準段的軌道梁，盾構井處采用現澆鋼筋混凝土結構，該方法后期拆除混凝土量相對較小，拆除相對麻煩，需采用繩鋸等方法拆除，受工序影響，混凝土支模板及后期養護時間較長。本項目采用貝雷架替代鋼筋混凝土梁，優點較為凸顯，原材料貝雷架不但取材方便，可以租賃而且可以回收利用，降低成本，在工期上也可減少一半以上時間。

3 貝雷架軌道梁總體施工方案

貝雷架梁設計：車站盾構井部分采用321 型貝雷片3 排單層設計，設計軌道基礎梁寬1.08m，采用單跨設計，計算跨度12.4m，兩行走軌中心間距21m（見圖1）。3 排貝雷片，貝雷片間距為0.45m（1.08=0.45×2+0.18），貝雷架上橫向鋪設20b 工字鋼，工字鋼間距0.4m，工字鋼上鋪設43 型鋼軌。

圖1 貝雷梁平面布置圖

支座設計：利用設計混凝土軌道梁頂標高進行反算，現有盾構井兩側混凝土需在現有高度上加高700mm，采用現澆鋼筋混凝土結構，支撐座中心間距12.4m（見圖2）。另每個支撐梁上預埋鋼板，預埋鋼板尺寸分別為1.1m×0.7m 及1.1m×0.3m，安裝時貝雷梁與預埋鋼板焊接連接。

圖2 貝雷梁安裝圖

西側2 個支撐座（支撐座1）尺寸為1.3m（長）×0.8m（寬）×0.7m（高），其與頂板采用植筋連接，鋼筋為16 根φ20mm 螺紋鋼（見圖3）；東側2 個支撐座（支撐座2）尺寸為1.3m（長）×0.4m（寬）×0.7m（高），其與頂板及擋土墻采用植筋連接，鋼筋為20 根φ20mm 螺紋鋼（見圖4）。

圖3 支座1 預埋筋布設

圖4 支座2 預埋筋布設

4 貝雷梁受力分析

4.1 滿荷載下受力分析

16t 龍門吊共有2 個支腿，4 個輪支點，龍門吊門架重420kN（42t），為了方便快速驗算，建立簡化受力模型，龍門吊自重為按照靜荷載考慮，每個支腿受力為210kN（21t）。架體行走小車重86kN（8.6t），簡化為集中活荷載進行驗算；該龍門吊的主要施工任務為吊裝盾構管片，每次吊裝3 片，按照楔形塊（質量約為1.2t）、臨近塊、標準塊（質量約為3.8t）重的標準塊質量考慮[2]，吊重為114kN（11.4t），考慮到施工過程中的最不利環境，以龍門吊理論吊重荷載160kN（16t）進行驗算，加上行走小車自重，因此，集中活荷載最大為86kN（8.6t）+160kN（16t）=246kN（24.6t）。

臨近懸挑段側為支腿A，支腿A 的最大受力分析：當滿荷載吊物246kN（24.6t）運行到左側端部位置時，支腿A 的受力最大（受力簡圖如圖5 所示）。

圖5 滿荷載下吊物運行到懸挑端受力簡圖

另一側為支腿B，對B 點取力矩平衡得：

計算得：RA=515.7kN。

支腿B 的最大受力分析：當滿荷載吊物246kN（24.6t）小車運行到界限處時，支腿B 的受力最大。如圖6 所示。

圖6 滿荷載下吊物運行到遠離懸挑端受力簡圖

對A 點取力矩平衡：

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式中，P為支腿A 和B 中心間距；e為小車運行到支腿B 側時距支腿B 的最小間距。

計算得：RB=444.3kN。

4.2 混凝土支座驗算

龍門吊行走梁基礎為C30 混凝土支筋澆筑方臺，預埋等面積鋼板，鋼板厚度為2cm，預埋在混凝土表面，考慮鋼板下為混凝土，不考慮鋼板變形，混凝土均勻受力，故混凝土基礎驗算如下（僅考慮混凝土基礎為軸心受壓）：混凝土基礎所承受的最大壓力為龍門吊全部行走在貝雷架梁體上，即4 個混凝土支座每個承受的靜載及動載的和為：N=（420kN（42t）+246kN（24.6t））÷4=166.5kN（16.65t）；

貝雷架90kg/m，配件70kg/m，單側軌道質量：N1=（90+70）×12.4=1.98t；

22b 工字鋼36.4kg/m，單側軌道工字鋼總質量：N2=（12.4÷0.4+1）×1.08×36.4=1.26t；

混凝土基礎的最小表面積：A=1.3×0.4=0.52m2；

4.3 彎矩剪力驗算

使用過程中，龍門吊在軌道上行走2 種狀態，一種是單輪在梁上，軌道梁只承受一個輪子的壓力，另一種龍門吊完全行走在軌道梁上，計算這2 種狀態下貝雷架軌道梁的彎矩情況，荷載系數取1.3。

情況一：單輪上梁，前輪到達梁中間處所受彎矩最大，以此進行彎矩驗算。

式中，P為支腿A 最不利情況下荷載的一半，即257.85kN（2 個輪子均勻受力）；L為跨度。

結論：彎矩、剪力均滿足設計要求。

5 主要施工方法

5.1 測量放線定位

對于地鐵車站龍門吊軌道梁，由2 部分組成，一部分為利用現狀圍護樁頂部冠梁，一部分為貝雷架。定位測量主要確定冠梁頂部標高，以此控制貝雷架軌道梁頂部高程，確保整個梁體在同一水平面上。對冠梁中線既鋼軌中線測量，每5m 測量一次，計算平均值。根據軌道支座尺寸，對盾構井兩側的貝雷架支座進行測量放樣，確保支座中線與冠梁中線同軸。

5.2 支座預埋件安裝及澆筑

后澆支座澆筑前按設計要求進行植筋，植筋前對新舊混凝土界面進行鑿毛處理，界面清理干凈后方可植筋，鋼筋錨固深度均按照受拉構件進行考慮，長度為20cm。在植筋過程中需嚴格控制施工質量，嚴格執行清空程序，植筋完成后進行拉拔實驗。提前支座預埋鋼板，鋼板支腿與鋼板采用塞焊，鋼板頂需與澆筑后混凝土平面保持高程一致，安裝就位經現場技術人員檢驗合格后方能支模澆筑混凝土。

5.3 貝雷梁架設施工

貝雷梁采用地面拼裝，整體吊裝就位。貝雷片拼裝時，由16t 汽車吊配合工人按照既定的設計圖紙逐片進行拼裝，拼裝完成經現場技術人員檢查合格后方能進行吊裝。吊裝采用35t汽車吊四吊點起吊，吊環及鋼絲繩在使用前需進行檢驗，合格后方能使用。吊裝時需安排2 位司索指揮，貝雷架吊離地面50cm 時，查看起吊狀態，無異狀后勻速緩緩起吊。安放位置需提前測量標記定位，由司索指揮指揮工人進行微調，安裝誤差控制在1cm 范圍內。

5.4 鋼軌鋪設

汽車吊配合人工將20b 工字鋼吊放到貝雷梁上，按照設計好的位置進行安放，工字鋼需利用直徑20mm 的螺紋鋼與貝雷梁橫向進行固定焊接，工字鋼固定完畢后即可安裝軌道。軌道的安裝要按照設計的軸線進行安裝固定，固定用的卡片需要與工字鋼進行滿縫焊接[3]。

5.5 負載試驗

軌道安裝完畢后，在投入使用前進行負載實驗，試驗分2階段進行，第一階段為正常使用狀態下（吊裝3 片標準塊、臨近塊），貝雷梁各測點最大變形量；第二階段為滿負荷狀態（荷載為16t 時使用狀態下）。經試驗貝雷梁在荷載160kN（16t）時各測點最大變形量為10.88mm。具體數據詳見表1。

表1 16t 龍門吊不同負載不同位置貝雷梁標高數據表

6 結語

經項目部科學計算、優化組織，長沙地鐵星沙文體中心站采用321 型貝雷片組裝的龍門吊軌道梁快速投入使用，保證了盾構施工工期。在盾構施工的6 個月使用過程中，經歷了大風、暴雨等惡劣天氣，均未發生任何安全事故。經實踐證明，貝雷片拼裝軌道梁在城市軌道交通施工中具有較大的應用可推廣性，為以后類似的工程提供了理論基礎及實用依據。