門洞式支架在地鐵軌頂風道施工中的應用

耿生春，張 杰，扶 杰

（中鐵四局集團第三建設有限公司，天津 300163）

隨著我國城市化進程的加快，交通擁堵問題已嚴重影響了城市的可持續發展，地鐵建設是解決城市交通擁堵的有效途徑，地鐵建設過程中，車站軌頂風道與區間盾構掘進不可避免的存在交叉作業，使風道支架搭設與盾構施工電瓶車運行在空間上相沖突，為解決此問題，需要對傳統的滿堂支架進行優化，使軌頂風道架體搭設后能夠滿足電瓶車的運行條件。

1 工程概況

天津地鐵4號線徐州道站為地下雙層雙柱明挖島式結構，全長220.8 m，標準段寬20.7 m、高13.51 m，兩端均為盾構始發。軌頂風道采用C35混凝土澆筑，板厚200 mm，除中心里程附近風道端墻為200 mm厚以外，其余軌頂風道端墻、側墻厚度均為250 mm，風道內部凈空高度為850 mm，為滿足盾構始發過程中后配套設備凈空要求，軌頂風道采用二次澆筑，在盾構完成、配套設備完全進洞后進行車站軌頂風道施工。

2 支架方案選擇

對于盾構始發車站，如果軌頂風道提前施工會造成車站凈空高度小于盾構機高度，勢必會影響盾構機的推進；因此軌頂風道往往待盾構機完全過站后與盾構施工穿插進行，盾構施工電瓶車運行軌道位于軌頂風道下方，為保證軌頂風道施工的同時盾構電瓶車正常運行，軌頂風道施作須采用門洞式支架［1］，門洞式支架一般有兩種搭設方案。

1）盤扣式支架。通過預留門洞，以便電瓶車通行軌頂風道［2］。支架立桿間距1.2 m×1.2 m，步距1.5 m，門洞挑空立桿采用扣件鋼管扣接，共布置2道間距500 mm的水平鋼管，在立桿兩側布置2道上升斜桿，斜桿角度為45°～60°［3］，斜桿與立桿交點處采用旋轉扣件連接。主龍骨采用14#工字鋼，沿風道橫向布置，間距1.2 m；次龍骨采用8 cm×8 cm的方木，沿風道縱向布置，間距24 cm。面板采用厚度為15 mm的竹膠板，單塊尺寸1.22 m×2.44 m。見圖1。

圖1 門洞式盤扣支架

2）定制門式鋼架。門式鋼架下部能夠滿足電瓶車運行條件，底部設置絲杠，能夠調整支架體系整體高度，其中立柱為108 mm×5 mm鋼管，主龍骨采用工14工字鋼，每跨長1.8 m，縱向上部按照30 cm間距縱向鋪設8 cm×8 cm方木［4］。見圖2。

圖2 門式鋼架

2.1 方案比選

2.1.1 適用性

軌頂風道斷面形式較多，單一形式的門式鋼架無法滿足整個車站軌頂風道的施工要求，局部必須輔以鋼管支架，會降低整體施工效率；另外，門式鋼架設計從底部采用底托調整標高，但門式鋼架整體性較強，調整難度較大。門洞式盤扣支架搭設速率較快且模板高度易調整，可根據風道斷面形式靈活搭設。

2.1.2 效益

天津地鐵4號線徐州道站軌頂風道以20 m為單元區段進行分段施工，結合車站情況共分為20區段。兩種方案各配備一套材料進行周轉。每段施工周期計劃為7 d。

1）盤扣式支架方案共投入43 701.17元。見表1和表2。

表1 盤扣支架費用

表2 盤扣支架人工費用

2）定制門式鋼架共投入52 466.744元。見表3和表4。

表3 定制門式鋼架制作費用

表4 定制門式鋼架人工費用

2.2 方案確定

經分析，盤扣支架相比門式鋼架無論是技術和經濟方面都具有明顯的優勢，徐州道車站軌頂風道采用盤扣支架［5］。

2.3 支架驗算

采用midas civil 2017有限元分析軟件建立盤扣支架結構模型，進行空間仿真分析，次龍骨方木、主龍骨工字鋼、支架立桿、水平桿、斜桿采用梁單元。根據荷載條件及材料特性取值，進行了相應荷載設置，邊界約束主要為[6]：面板與次龍骨之間采用彈性連接；次龍骨與主龍骨之間、立桿與主龍骨之間采用彈性連接；立桿底部采用一般約束，D-ALL全開，R-ALL不開；盤扣立桿與水平桿之間、盤扣立桿與扣件鋼管之間采用剛接。對支架穩定性及各構件強度剛度進行驗算。

1）穩定性。經屈曲分析，特征值為3.83，滿足建議特征值為3～8的要求。

2）剛度。支架變形見圖3和表5。

表5 支架體系變形驗算結果mm

圖3 支架體系變形

3）強度。支架強度見圖4和表6。

圖4 支架體系強度

有限元分析結果說明，該支架體系符合相應的結構設計和施工規范，支架的剛度、強度、穩定性均滿足要求。

3 施工質量控制措施

3.1 鋼筋工程

軌頂風道鋼筋綁扎較為簡單，要求與原來預留的鋼筋按設計及規范要求進行焊接，嚴格按設計要求進行配筋。施工完成后必須按有關的設計圖及規范要求進行驗收。綁扎雙層鋼筋網時，鋼筋骨架以梅花狀綁扎并設足夠數量的架立筋，保證鋼筋位置準確。鋼筋網片成形后不得在其上堆置重物。

3.2 支架搭設及模板安裝

支架搭設到頂時，應組織技術、安全、施工人員對整個架體結構進行全面的檢查和驗收，及時解決存在的結構缺陷，模板及支架必須具有足夠的強度、剛度、穩定性。

軌頂風道模板用膠合板制作，施工前必須進行分塊，垂直施工縫端頭采用模板收口，下一個分塊施工前對收口位置進行鑿毛處理。為防止風道底板與主體結構側墻節點位置混凝土出現“爛根”現象，安裝后用水泥砂漿將模板腳處封閉。

3.3 混凝土施工

混凝土澆搗前，重點對模板進行一次全面檢查，保證結構尺寸準確，發現問題及時整改。采用小直徑振搗棒，由預留澆筑孔插入結構內，專人振搗，振搗點間距30～40 cm。振搗時，確保不漏、不過、不少，振搗持續時間以混凝土表面浮漿無氣泡、不下沉為止。

4 結語

1）盤扣支架在徐州道地鐵站軌頂風道施工過程中揮了重要作用，在軌頂風道正常施工的前提下，保證了區間盾構掘進電瓶車正常運行，有效保證了車站結構施工與盾構隧道施工交叉作業，保證了總體工期。

2）盤扣支架搭設速率較快，電瓶車與支架的安全距離不滿足要求時，只需對電瓶車軌道進行調整即可，整體方便快捷；同時可根據風道斷面形式靈活搭設且模板高度易于調整。

3）盤扣支架側面利用架體自身搭設施工操作平臺，無需借助外架或其他措施為施工人員提供操作平臺，保證安全的同時節約了成本，取得了良好的經濟效益。

4）利用有限元分析軟件midas civil對支架進行優化，在保證架體的剛度、強度、穩定性的同時，盡可能減少支架材料的使用量，降低施工成本同時軌頂風道混凝土的外觀質量也得到了保障。