地鐵車(chē)站軍用梁鋪蓋法施工設(shè)計(jì)

1 工程概況
南京地鐵二號(hào)線一期工程新街口站位于南京市商業(yè)中心地區(qū)新街口,車(chē)站以新街口環(huán)島為中心分為兩段呈東西向布置。西端布置在漢中路路中,東段布置在中山路路中,地面交通十分繁忙,車(chē)流密度大,與南北向1號(hào)線新街口站呈“T”形相交并相互換乘。環(huán)島下為一號(hào)線和二號(hào)線共用的大圓盤(pán)地下結(jié)構(gòu),該圓盤(pán)已隨一號(hào)線新街口站施工完畢。
新街口站的總建筑面積為24918m2,其中主體建筑面積22275m2,附屬面積2644m2,車(chē)站長(zhǎng)414.4m,寬21.6m,車(chē)站總高約12.69m。頂部覆土約2.836m,車(chē)站為3‰坡,西高東低。
新街口站為地下二層島式車(chē)站,車(chē)站有效站臺(tái)寬度14m,地下一層中央為站廳層,兩端為商業(yè)區(qū),地下二層為站臺(tái)層,該站主體結(jié)構(gòu)采用軍用梁滿鋪的鋪蓋法施工,以鉆孔咬合樁(直徑800,咬合厚度200mm)為車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)。
2 車(chē)站臨時(shí)鋪蓋工程施工設(shè)計(jì)總說(shuō)明
為了最大限度減小車(chē)站施工對(duì)地面交通的影響,同時(shí)滿足車(chē)站工期要求,結(jié)合車(chē)站范圍內(nèi)的地質(zhì)資料,新街口車(chē)站采用滿足城市A級(jí)道路荷載和交通能力要求的軍用梁等構(gòu)件快速形成臨時(shí)路面系統(tǒng),東段、西段主體結(jié)構(gòu)均采用軍用梁滿鋪的鋪蓋順作法倒邊施工,保證東西向15m寬(4車(chē)道)通行能力。
本車(chē)站軍用梁均采用單層加強(qiáng)型六四式軍用梁,跨度分別為24m和28m,24m跨度的軍用梁應(yīng)用于車(chē)站主體結(jié)構(gòu)(除東西端頭井)部位,軍用梁榀中心間距為1.0m(局部3.52m、0.6m);28m跨度軍用梁應(yīng)用于東、西端頭井部位,軍用梁榀間距為0.6m。東段鋪蓋共設(shè)置24m跨度軍用梁139片、28m跨度軍用梁35片,設(shè)置4個(gè)出土口,出土口大小為8.85m×3.0m,出土口距東段兩端頭約為23.5m,中間間距為40.0m;西側(cè)鋪蓋工程共設(shè)置24m跨度軍用梁185片、28m跨度軍用梁12片,設(shè)置5個(gè)出土口,出土口大小也為8.85m×3.0m,中間間距為40.0m?，F(xiàn)僅以24m跨度軍用梁為例,介紹其施工設(shè)計(jì)方案。
本工程基坑寬為23.3m,鋪蓋結(jié)構(gòu)擬采用長(zhǎng)24.3m加強(qiáng)型六四式軍用梁。加強(qiáng)型六四式鐵路軍用梁是我國(guó)自行研制的中等跨度適用的一種鐵路橋梁搶修制式器材,是一種全焊構(gòu)架、銷(xiāo)接組裝、單層或雙層的多片式、鋼橋面體系的拆裝式上承鋼桁梁。本設(shè)計(jì)采用單層結(jié)構(gòu),選用加強(qiáng)型單層六四式軍用梁(由加強(qiáng)三角架和輔助端構(gòu)架組合而成)。
主體結(jié)構(gòu)施工前,先處理好北邊15.0m寬軍用梁鋪蓋工程下的地下管線,再施工該處的鉆孔咬合樁,待鉆孔咬合樁施工完畢后,施工樁頂冠梁,待結(jié)構(gòu)混凝土達(dá)到強(qiáng)度后,開(kāi)挖該段第一層土方,并架設(shè)軍用梁,鋪設(shè)臨時(shí)路面,然后恢復(fù)北邊軍用梁鋪蓋工程處地面交通,然后倒邊施工南邊剩余9.3m寬軍用梁鋪蓋工程。
倒邊鋪蓋軍用梁分2期圍擋施工,1期圍擋內(nèi)進(jìn)行北邊15.0m寬4車(chē)道臨時(shí)鋪蓋工程施工,臨時(shí)鋪蓋軍用梁每片總長(zhǎng)24.3m,1期鋪設(shè)的軍用梁每片長(zhǎng)15.0m、間距1m(靠近出土口間距0.6m);2期圍擋內(nèi)施工南邊臨時(shí)鋪蓋工程,臨時(shí)鋪蓋軍用梁每片長(zhǎng)9.3m,此范圍內(nèi)的9.3m長(zhǎng)軍用梁與1期已施工15.0m軍用梁按照規(guī)范連接起來(lái),最終形成每片長(zhǎng)為24.3m軍用梁鋪蓋系統(tǒng)工程。
3 車(chē)站臨時(shí)鋪蓋工程詳細(xì)設(shè)計(jì)方案
3.1 軍用梁結(jié)構(gòu)及橋面系設(shè)計(jì)方案
根據(jù)蓋挖順作倒邊施工方案,軍用梁各部件用平板拖車(chē)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng),在現(xiàn)場(chǎng)完成拼裝施工,在第一層土方開(kāi)挖及鋼支撐施工完成后,用25t吊車(chē)吊裝到位。軍用梁便橋臨時(shí)鋪蓋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì):車(chē)站主體結(jié)構(gòu)蓋挖順作倒邊施工部分采用加強(qiáng)型六四式軍用梁支撐形式和橋面系組成。軍用梁只用作承托臨時(shí)鋪蓋及地面車(chē)輛等荷載。
3.2 加強(qiáng)型六四式軍用梁結(jié)構(gòu)及其承臺(tái)設(shè)計(jì)
本車(chē)站軍用梁均采用單層加強(qiáng)型六四式軍用梁,跨度為24m,應(yīng)用于車(chē)站主體結(jié)構(gòu)部位。軍用梁榀中心間距為1.0m(出土洞口寬3m,出土洞口外圍軍用梁榀中心間距0.6m);軍用梁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用斜向及縱向聯(lián)結(jié)系,以加強(qiáng)軍用梁整體穩(wěn)定,所有的縱向聯(lián)結(jié)構(gòu)件均為軍用梁系列定型產(chǎn)品。
為滿足軍用梁鋪蓋倒邊施工的需要,保證1期圍擋內(nèi)臨時(shí)鋪蓋工程的穩(wěn)定性和安全性,1期圍擋內(nèi)施工的臨時(shí)鋪蓋軍用梁兩端固定方案為:北端為L(zhǎng)形圍護(hù)樁承臺(tái),南端為1000mm×600mm混凝土支撐墩+鋼板樁擋土墻,支撐墩設(shè)置正對(duì)于軍用梁的加強(qiáng)三角下支撐點(diǎn),鋼板樁擋土墻深為5.0m。2期圍擋內(nèi)施工臨時(shí)鋪蓋軍用梁時(shí),需拔除1期施工完成的南側(cè)鋼板樁。1、2期圍擋見(jiàn)圖1和圖2。

3.3 橋面系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)文件及加強(qiáng)型六四式軍用梁橋面系使用規(guī)范,為盡可能減輕軍用梁上荷載,又能滿足減振、安全要求,考慮只在北側(cè)雙向4車(chē)道15m寬的臨時(shí)鋪蓋上設(shè)置行車(chē)橋面系,滿足A級(jí)荷載要求。因此,車(chē)站主體北側(cè)16m寬橋面系,沿車(chē)站東西向先鋪設(shè)40cm寬、5cm厚、間距3m木板(設(shè)在鋼板下層,起減振、降低噪聲作用),再沿南北向鋪設(shè)單層2cm厚防滑鋼板(鋼板采用A3花紋鋼板,規(guī)格尺寸為12m×2m),最后在3m寬出土口部位東西向再鋪設(shè)一層6m寬、9m長(zhǎng)、2cm厚防滑鋼板局部加強(qiáng)。根據(jù)設(shè)計(jì)檢算,為滿足龍門(mén)吊將蓋挖土方吊至地面后暫時(shí)棄于南側(cè)橋面上,在臨時(shí)棄土范圍內(nèi)鋪設(shè)1.2cm厚鋼板以滿足施工要求。
3.4 蓋挖順作配套施工設(shè)計(jì)
施工時(shí)以中間臨時(shí)立柱為分隔線,兩側(cè)均采用兩臺(tái)電動(dòng)葫蘆提升、拼裝鋼支撐。在軍用梁架設(shè)之前,完成第一道鋼支撐掏槽、導(dǎo)梁和L形支撐承臺(tái)施工,然后架設(shè)軍用梁、鋪設(shè)橋面系,完成臨時(shí)鋪蓋工程,快速形成道路交通。
對(duì)于蓋挖段軍用梁下面的支撐架設(shè),為滿足鋼支撐架設(shè)需要,還設(shè)置了4道東西向?qū)Я?導(dǎo)梁采用I20形工字鋼,位于軍用梁及第一道鋼支撐下,且緊貼第一道鋼支撐,兩側(cè)導(dǎo)梁通過(guò)在冠梁下預(yù)埋吊鉤焊接牛腿,安裝電動(dòng)葫蘆;中間兩道導(dǎo)梁采用“U”形卡和鋼梁、螺栓固定導(dǎo)梁于軍用梁上,每根導(dǎo)梁上安裝1臺(tái)10t電動(dòng)葫蘆,利于鋼支撐拼裝和架設(shè)。施工時(shí)以中間臨時(shí)立柱為分隔線,兩側(cè)均采用2臺(tái)電動(dòng)葫蘆提升、拼裝鋼支撐。在軍用梁架設(shè)之前,完成第一道鋼支撐掏槽、導(dǎo)梁和L形支撐承臺(tái)施工,然后架設(shè)軍用梁、鋪設(shè)橋面系,完成臨時(shí)鋪蓋工程。臨時(shí)鋪蓋系統(tǒng)完成之后,通過(guò)沿車(chē)站縱向布置的導(dǎo)軌梁和橫向的桁車(chē)天梁下懸吊的10t電動(dòng)葫蘆配合進(jìn)行車(chē)站鋼支撐架設(shè)、土方倒運(yùn)和模板、鋼筋等材料運(yùn)輸。土方開(kāi)挖時(shí)主要采用挖掘機(jī)輔助開(kāi)挖倒運(yùn)。


3.5 軍用梁行車(chē)和堆土?xí)r的荷載驗(yàn)算
3.5.1 荷載驗(yàn)算前提條件
材料為15MnVq、16Mnq鋼材,車(chē)速不超過(guò)3km/h,城市A級(jí)荷載。
3.5.2 計(jì)算模型
通過(guò)單層24m跨度加強(qiáng)型六四式軍用梁交通通行和臨時(shí)堆土受力計(jì)算采用韓國(guó)MidasCivil671軟件計(jì)算,Midas為空間結(jié)構(gòu)通用有限元計(jì)算軟件,內(nèi)建了國(guó)內(nèi)各種規(guī)范規(guī)定的材料和荷載,包括城A和各種型鋼材料和截面。本次計(jì)算加載為加強(qiáng)型六四式軍用梁結(jié)構(gòu)。


本結(jié)構(gòu)取一片梁建立模型,每片梁間距1m,每片梁間以橫向連接系連接,結(jié)構(gòu)計(jì)算沿縱向(車(chē)行方向)取1m進(jìn)行荷載簡(jiǎn)化,計(jì)算結(jié)構(gòu)模型見(jiàn)圖3,取本標(biāo)段的第2期圍擋所示為計(jì)算工況。
　　在計(jì)算模型的左邊15m(軍用梁北側(cè))范圍為雙向4車(chē)道車(chē)行范圍,汽車(chē)活載按城市A級(jí)荷載考慮。臨時(shí)路面系統(tǒng)考慮為2cm厚鋼板,在每個(gè)出土口范圍,由于梁片間跨度達(dá)3m,需另外在上面再鋪一張6m寬、9m長(zhǎng)、2cm厚鋼板,局部加強(qiáng)。
在計(jì)算模型的右邊9m(軍用梁南側(cè))范圍為出土口施工范圍,為在軍用梁上臨時(shí)堆土考慮,在軍用梁上鋪設(shè)一層1.2cm厚鋼板,在出土口的兩側(cè)分別考慮臨時(shí)平鋪一定高度的開(kāi)挖土方。
3.5.3 荷載
(1)恒載
結(jié)構(gòu)自重:鋼材容重78.5kN/m3。橋面鋼板自重:2cm厚鋼板、寬15m,1.2cm厚鋼板,寬9m。q1=78.5×0.02=1.57kN/m;q2=78.5×0.012=0.942kN/m。
土的自重:按試算法考慮的松土厚度為1.8m,松土的平均容重為16kN/m3,則q3=1.8×16=28.8kN/m。
(2)活載
汽車(chē)活載:城市A級(jí)車(chē)輛荷載,4車(chē)道布置,車(chē)道折減系數(shù)0.67。
縱向分布系數(shù):城A車(chē)輛荷載為輪間距1.8m,車(chē)道間距1.3m。縱向車(chē)隊(duì)取2個(gè)最重軸,軸重140kN,輪重70kN,兩重軸間距1.2m。其作用影響范圍,考慮橫向聯(lián)系位置,取4m,即總共4片梁承受?？v向分布系數(shù)=2/4=0.5。
沖擊系數(shù)μ=0.6686-0.3032×lg(24)=0.25。
3.5.4 荷載組合
結(jié)構(gòu)自重+橋面鋼板自重+土的自重+汽車(chē)活載×0.67×0.5×(1+0.25)。
3.5.5 單元內(nèi)力計(jì)算結(jié)果
計(jì)算結(jié)果數(shù)值以拉為正,以壓為負(fù),計(jì)算結(jié)果如表1所示。
3.5.6 結(jié)論
在出土口兩側(cè)允許平均堆土厚度1.8m的情況下,以上各桿件都滿足承載力的要求。其中最外端加強(qiáng)三角的外斜桿,是整體承載力控制桿件。本結(jié)構(gòu)按縱向(車(chē)行方向)4m計(jì)算,如果覆土不是集中在4m寬范圍內(nèi),可按照體積相應(yīng)提高容許土層厚度。在平均堆土厚度為1.8m的情況下,按高峰期單個(gè)出土口每天最大可出土300m3考慮,則出土口兩側(cè)允許堆土寬度的范圍為300/(9×1.8)=18.5m,即出土口單側(cè)考慮9.3m就可以滿足施工出土高峰期需求。實(shí)際施工中可考慮在其余地段也滿鋪鋼板,用作堆放鋼支撐等其他施工材料。
4 結(jié)語(yǔ)
南京地鐵二號(hào)線新街口車(chē)站采用在國(guó)內(nèi)較少運(yùn)用的軍用梁鋪蓋法施工技術(shù),半蓋挖、半明挖,倒邊施做圍護(hù)結(jié)構(gòu),分期形成臨時(shí)路面桁架梁鋪蓋體系,加強(qiáng)型六四式鐵路軍用梁因其良好的承載性能和拆裝簡(jiǎn)便的特點(diǎn),在鋪蓋順作法方案中得到了很好運(yùn)用。該方案與暗挖法和全蓋挖法相比降低了工程難度和造價(jià),節(jié)約了工期,而且使地鐵施工對(duì)地面交通、周邊建筑物和環(huán)境的影響降到最低限度,真正體現(xiàn)了“車(chē)在地上走,施工地下行”的現(xiàn)代施工技術(shù)新理念,具有較高的科研、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)推廣價(jià)值。