貝雷梁在地鐵盾構法施工中的應用

牛朋朋

（中鐵十七局集團上海軌道交通工程有限公司，上海 200135）

1 概述

1.1 工程概況

化章街站位于人民南路和化章街交叉口，車站沿人民南路南北方向布置，車站主體為明挖地下兩層島式車站，標準段為單柱雙跨箱型框架結構，總長212.6m，標準段結構寬度20.1m，總高13.59m，結合深基坑施工設計經驗，本站主體圍護結構采用鉆孔灌注樁+止水帷幕+內支撐的形式。

化章街站-通達街站盾構區間左線隧道長1122.487m，右線隧道長1123.806m。區間自化章街站大里程井始發，沿人民南路路中向北，沿現狀道路布設，以1000m 的半徑曲線向左轉，至人民南路與通達街交口處設置的通達街站，區間含有4 處平曲線，最小曲線半徑1000m，最大曲線半徑4000m，區間采用V 字坡，最大坡度25‰，隧道結構最大埋深為16.7m，最小埋深為10.5m，左右線間距14.2m，本區間設置一座聯絡通道及泵房，采用凍結法施工。

為解決化章街站附屬圍護結構和盾構區間施工場地沖突問題，而設計化章街站45t 龍門吊行車梁架設在化章街站附屬圍護結構以外，便于化章街站附屬圍護結構和化章街站-通達街站盾構區間同步施工。

1.2 貝雷梁布設及行車參數情況

1.2.1 行車主要參數

MG45-24m 門吊單臺重約142t，最大額定載重45t；門吊跨度24m，大車輪距10.2m，單懸臂，左懸臂有效長度8.5m、左懸臂有效長度6.5m；門吊整機工作環境A6，主鉤起吊速度1.5～15m/min。

行車主要部件包括：大車、鋼支腿、主梁及小車等，各部件的重量見表1。

1.2.2 行車梁的布置

化章街站行車軌道梁平行于車站布置，端頭井東側軌道梁位于冠梁上，標準段位于基坑外便道上，西側軌道梁沿標準段冠梁布置，跨車站端頭井處采用六排單層加強型標準貝雷架[1-2]并排間距225mm 放置。

表1 行車主要部件重量

便道與冠梁上側的軌道梁尺寸寬500mm，貝雷架單片1.7m×3m，每排5 片。為了使六排貝雷架能均勻受力，在貝雷架上方滿鋪[14b 槽鋼，在槽鋼上放一塊厚8mm 的鋼板，詳情如圖1 所示。

圖1 貝雷梁平面

圖2 貝雷梁縱剖面

圖3 貝雷梁橫剖面

2 行車梁設計

2.1 行車梁承載力驗收

行車自重：G1=142t，小車自重35t，最大荷載Qmax為45t，行車主 梁 上 均 布 荷 載 為 [（142-35-2×15）×1000×9.8/1000]/44=17.15kN·m。

圖4 行車結構受力

在行車最大荷載45t 且最大有效懸臂長度8.5m 時，該側軌道梁的受力最大[3]。行車共有四個支腿，每個支腿有兩個輪子，根據荷載分布情況可以算出單側最大壓力為P=1617.41kN，每個輪子上的壓力為F=1617.41kN/4=404.35kN。預埋鋼板尺寸為300mm×150mm×10mm，軌道梁混凝土采用C30，抗壓標準值為20.1N/mm2，設計值為14.3N/mm2。輪子對軌道梁最大的應力為δ=404.35×1000/（300×150）=8.99N/mm2＜14.3N/mm2，故軌道梁滿足強度要求。

2.2 貝雷梁受力驗算

根據行車技術參數表中數據及工程實際情況[4]，貝雷架在行車懸臂端的受力最大，最大單輪壓為404.35kN，行車單側行駛共使用兩組輪子，組間距為10.2m，每組有2 個輪子，即一組輪壓為808.7kN；貝雷架搭設采用加強單層六排形式，貝雷片自重為420千克/片，單層六排共30 片，因此貝雷架總重為148.18kN；鋼軌道自重為43kg/m；其余如鋼軌枕、螺栓重量可忽略，則均布荷載：

q=8.17kN/m+0.42kN/m=8.59kN/m。

貝雷架在均布荷載作用下的剪力及彎矩如圖5～圖7 所示。

在均布荷載q=8.59kN/m，支座處的最大剪力：

F=ql/2=8.59×15.12/2=64.94kN

圖5 均布荷載

圖6 均布荷載剪力

圖7 均布荷載彎矩

跨中最大彎矩為M=ql2/8=8.59×15.12×15.12/8kN·m=245.47kN·m。

查表得知321 型六排單層加強型標準桁架容許抗彎為[M]=10125kN·m。

查表得知321 型六排單層加強型標準桁架容許抗剪為[M]=1470kN。

行車在貝雷梁上行走時分三種工況[5]考慮貝雷梁的受力情況：

工況一：當行車的一組輪子行駛貝雷梁跨中，另外一組輪子在貝雷梁外，貝雷梁的受力情況[6-7]如圖8～圖9 所示。

圖8 工況一剪力

圖9 工況一彎矩

在不考慮自重情況下支座處剪力：

F=808.7/2=404.35kN

跨中彎矩M=Fl/4=808.7×15.12/4=3056.89kN。

與貝雷梁自重疊加得：

Fmax=404.35+64.94kN=469.29kN

Mmax=3056.89+245.47kN·m=3302.36kN·m

考慮動荷載情況下取1.2 的安全系數則：

Fmax=469.29×1.2kN=563.15kN＜1470kN

Mmax=3302.36×1.2kN.m=3962.83kN·m＜10125kN·m，均滿足要求。

工況二：當行車的一組輪子行駛在貝雷梁中，另外一組輪子在貝雷的支座上，受力如圖10～圖11 所示。

圖10 工況二剪力

圖11 工況二彎矩

在不考慮貝雷梁自重情況下支座處剪力：

F1=F+F×4.92/15.12=808.7+808.7×4.92/15.12kN=1072kN

F2=F×10.2/15.12=808.7×10.2/15.12=545.55kN

最大彎矩為M=F1×10.2-F×10.2=1072×10.2-808.7×10.2=2685.66kN·m

與貝雷梁自重疊加得：

Fmax=1072+64.94kN=1136.94kN

Mmax=2685.66+245.47kN·m=2931.13kN·m

考慮動荷載情況下取1.2 的安全系數則：

Fmax=1105×1.2kN=1136.94kN＜1470kN

Mmax=2838.53×1.2kN·m=2931.13kN·m＜10125kN·m，均滿足受力要求。

工況三：當行車的兩組輪子行駛在貝雷架上且中心與貝雷架的中點重合，貝雷梁的受力情況如圖12～圖13 所示。

圖12 工況三剪力

圖13 工況三彎矩

在不考慮貝雷架自重情況下支座處剪力：F1=F2=F=808.7kN

最大彎矩為M=F1×a=808.7×2.46kN·m=1989.4kN·m

與貝雷梁自重疊加得：Fmax=808.7+64.94kN=873.64kN

Mmax=1989.4+245.47kN·m=2234.87kN·m

考慮動荷載情況下取1.2 的安全系數則：

Fmax=873.64×1.2kN=1048.37kN＜1470kN

Mmax=2234.87×1.2kN·m=2681.84kN·m＜10125kN·m，均滿足受力要求。

3 貝雷梁的量測和檢查

3.1 監控量測

施工后立即對貝雷梁進行監測，包括各類沉降、位移、噪聲等的監測，每天至少一次。

3.2 臨時路面系統的檢查

為了確保貝雷梁上面的行車及下面的施工人員的安全，在貝雷梁安裝完后[8]，對成型后的貝雷梁進行試壓，試壓成功后，對通過貝雷梁的行車限速等措施，以減小梁上的豎向和水平荷載對貝雷梁產生的不利影響。

同時安排專人對貝雷梁定期進行檢查和保養維修，發現問題及時處理，避免發生安全事故，確保貝雷梁的正常、安全的使用。主要檢查項目有[9]：梁面是否有坑洼不平及破裂；梁面板是否有破損；板與板間的縫隙高差是否有大的變化；梁面板與貝雷梁之間的膠墊是否脫落；貝雷梁的連接銷釘是否有松動、脫落；貝雷梁上下節點是否脫焊、螺栓是否松動；貝雷梁兩端與墩臺的連接螺栓是否破壞；貝雷梁的跨中擾度是否超標；貝雷梁桿件的受力是否在允許范圍內等。

4 結束語

貝雷架間距可以靈活調整，單層貝雷架也可以拼裝成雙層貝雷架，梁上下貝雷架還可以安裝加強弦桿；貝雷梁屬于鋼便梁的一種形式，其具有安裝快捷[10]、結構靈活多變，方便多次周轉使用，經濟實用等優點，在工程施工中應用廣泛；化章街站貝雷梁系統，經過專家論證后進行了實施，從貝雷梁預壓和實際施工的沉降觀測數據顯示[11-12]，沉降量均滿足規范要求，是較為成功的施工案例，即解決了化章街站附屬結構施工和盾構施工沖突問題，又節約了成本。筆者在多個施工項目上跨越基坑、管線懸掛保護均采用貝雷梁施工模式，都很好地處理了施工跨越、管線保護的難題。