江海宇 王 霞

(1.廈門市集美區(qū)國有資產(chǎn)投資有限公司 福建廈門 361000； 2.廈門市集美國投置業(yè)有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

城市地鐵區(qū)間隧道礦山法施工，通常以車站端頭井或在區(qū)間某一段落附近，設(shè)置工作豎井作為施工作業(yè)面。城市地鐵施工期間對城市生活、交通等方面影響較大，特別在繁華鬧市區(qū)的地鐵施工受外界征拆、復(fù)雜地質(zhì)條件影響大。若以車站端頭作為區(qū)間隧道進(jìn)洞施工的作業(yè)面，則區(qū)間隧道施工進(jìn)度受車站主體結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度的直接影響。因此，在工期緊、安全文明施工標(biāo)準(zhǔn)高、工況復(fù)雜多變的情況下，制定行之有效的施工方案，以及根據(jù)進(jìn)展及時優(yōu)化調(diào)整施工方案尤為重要。

1 工程概況

廈門市軌道交通1號線中山公園站，位于同安路與虎園路三角地塊，為地下3層雙柱三跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)島式車站。車站起訖里程YDK1+911.953～YDK2+070.073，長158.5m，采用明挖順作法施工。鎮(zhèn)海路站～中山公園站區(qū)間(以下稱鎮(zhèn)～中區(qū)間)，左線隧道起訖里程為ZDK1+142.277～ZDK1+910.253，長762.299m；區(qū)間右線起訖里程為YDK1+142.277～YDK1+910.253，長767.976m。區(qū)間隧道采用礦山法施工，其中，自中山公園站端頭掘進(jìn)為單洞單線斷面。受車站中間段房屋征拆問題影響，為確保工期，需提前進(jìn)行車站施工并提供鎮(zhèn)～中區(qū)間進(jìn)洞施工作業(yè)面，因此將車站分段施工。在車站第4軸處增設(shè)封堵墻，形成1～4軸端頭工作井，進(jìn)行該范圍內(nèi)的基坑開挖及主體結(jié)構(gòu)施工。1～4軸基坑總長27.1m，其中1～2軸擴(kuò)大段主體結(jié)構(gòu)寬25.6m、長9.8m；2～4軸標(biāo)準(zhǔn)段主體結(jié)構(gòu)寬21.9m，長17.3m，1～4軸主體結(jié)構(gòu)整體平面及縱剖面如圖1～圖2所示。

圖1 車站(1～4軸)主體結(jié)構(gòu)平面圖

圖2 車站(1～4軸)主體結(jié)構(gòu)縱剖面圖

2 支撐體系轉(zhuǎn)換

2.1 支撐體系轉(zhuǎn)換方案背景

中山公園站主體結(jié)構(gòu)高大模板支撐體系施工原方案，采用滿堂支架，且已完成1～2軸底板及負(fù)三層中板混凝土澆筑。針對車站受外部征拆問題遲遲未解決的影響，鎮(zhèn)～中區(qū)間隧道施工作為全線關(guān)鍵線路需要從中山公園站端頭掘進(jìn)。若待車站主體結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行區(qū)間作業(yè)，工期嚴(yán)重滯后，因此，需要調(diào)整方案達(dá)到提前進(jìn)洞施工目的。

方案1：將負(fù)三層滿堂支架拆除，待混凝土28d強(qiáng)度到期后，直接在負(fù)三層中板上搭設(shè)滿堂支架施工剩余結(jié)構(gòu)。此方案需要驗證負(fù)三層中板結(jié)構(gòu)是否能夠承受負(fù)二層混凝土板傳遞的豎向荷載及模板支撐體系荷載。

方案2：對車站端頭井1～2軸負(fù)三層主體結(jié)構(gòu)滿堂支架體系，轉(zhuǎn)換為大鋼管支架體系的加固支撐。負(fù)二層中板及負(fù)一層頂板施工繼續(xù)采用滿堂支架體系，結(jié)構(gòu)及施工荷載通過負(fù)三層的鋼管支撐體系傳遞至底板。此方案負(fù)三層結(jié)構(gòu)混凝土板，僅作為豎向力傳導(dǎo)，未作為上部荷載的支撐，以保正負(fù)三層混凝土結(jié)構(gòu)板安全。

2.2 基于ANSYS有限元受力分析[1-2]

2.1.1模型建立

針對方案1，對中山公園站端頭井負(fù)三層已完成的中板結(jié)構(gòu)受力，進(jìn)行有限元分析(中板3個矩形框為預(yù)留出渣孔洞)。有限元分析時，考慮以最不利荷載進(jìn)行驗算，即當(dāng)負(fù)三層混凝土中板的強(qiáng)度達(dá)到100%后，端頭1～2軸受到負(fù)二層混凝土板傳遞的豎向荷載及模板支撐體系荷載時的受力驗算，求解結(jié)果得到應(yīng)力云圖如圖3所示。根據(jù)驗算結(jié)果，結(jié)構(gòu)變形位移節(jié)點最大絕對值為0.47480E-03=1.71mm，負(fù)三層混凝土中板變形超限，驗算結(jié)構(gòu)變形結(jié)果如表1所示，結(jié)構(gòu)變形如圖4所示。負(fù)三層的滿堂支架體系拆除后，若未重新增加鋼管立柱支撐，則負(fù)三層的混凝土中板無法承受負(fù)二層中板及施工傳遞的豎向荷載。因此，采用對車站端頭井負(fù)三層主體結(jié)構(gòu)滿堂支架體系，轉(zhuǎn)換為大鋼管立柱結(jié)合型鋼支撐體系的加固支撐。根據(jù)鋼管及型鋼的規(guī)格、型號，對該支撐體系方案進(jìn)行最不利的受力驗算，驗算結(jié)果滿足要求。

表1 節(jié)點變形最大絕對值

圖3 基于ANSYS有限元分析的混凝土板網(wǎng)格劃分及計算結(jié)果應(yīng)力云圖

圖4 混凝土板結(jié)構(gòu)變形圖

圖5 端頭井(1～2軸)主體結(jié)構(gòu)支撐體系轉(zhuǎn)換剖面圖

2.1.2支撐體系轉(zhuǎn)換

中山公園站主體結(jié)構(gòu)高大模板支撐體系，施工原方案采用滿堂支架。針對車站受外部征拆問題遲遲未解決的影響，對總體工籌作出調(diào)整，提出對車站主體結(jié)構(gòu)高大模板施工方案進(jìn)行優(yōu)化。即已完成施工的主體結(jié)構(gòu)1～4軸負(fù)三層滿堂支架轉(zhuǎn)換為大鋼管立柱結(jié)合型鋼的支撐體系，使車站負(fù)三層形成區(qū)間隧道的作業(yè)空間，在車站基坑變形、收斂等各項監(jiān)測指標(biāo)穩(wěn)定的前提下，保證車站剩余上部主體結(jié)構(gòu)正常施工，為區(qū)間隧道提供作業(yè)空間，如圖5所示。

2.1.3支撐體系設(shè)計

方案經(jīng)過不斷優(yōu)化、驗算，最終確定轉(zhuǎn)換后的支撐體系方案如下：在車站端頭井負(fù)三層中板下表面至底板間，架設(shè)鋼管支撐立柱(12根Φ609、厚14mm)+鋼管支撐立柱，對應(yīng)負(fù)三層中板混凝土上表面設(shè)置鋼板支座(500×500×12mm厚)+支座上方鋪設(shè)4道縱梁(I45雙拼工字鋼)+橫向分配梁(I45雙拼工字鋼)+縱向分配梁(I18間距90cm與上部滿堂支架的橫向間距90cm相符)。為確?；影踩?～2軸主體結(jié)構(gòu)繼續(xù)施工至車站頂。2～4軸負(fù)二層、負(fù)一層結(jié)構(gòu)暫停施工，為區(qū)間機(jī)械及材料進(jìn)出提供作業(yè)空間。1～2軸負(fù)二層中板及負(fù)一層頂板施工繼續(xù)采用碗扣式滿堂支架體系。結(jié)構(gòu)及施工荷載，通過負(fù)三層的鋼管支撐體系傳遞至底板，此方案負(fù)三層結(jié)構(gòu)混凝土板僅作為豎向力傳導(dǎo)，未作為上部荷載的支撐，以保護(hù)負(fù)三層混凝土結(jié)構(gòu)板安全，結(jié)構(gòu)受力驗算滿足安全穩(wěn)定性要求[3]，最不利的支撐體系布置平面及立面如圖6～圖7所示。

3 現(xiàn)場施工及技術(shù)控制措施

3.1 現(xiàn)場施工情況

圖6 擴(kuò)大段(1～2軸)負(fù)三層中板下表面鋼管型鋼支架體系平面圖

圖7 擴(kuò)大段(1～2軸)鋼管型鋼支架體系剖面圖

車站端頭井負(fù)三層主體結(jié)構(gòu)支架體系轉(zhuǎn)換，將車站端頭井以澆筑完成的負(fù)三層的滿堂支架體系拆除，換用4列共12根直徑為Φ609的鋼管支撐，提供區(qū)間施工的工作空間及出渣通道，整體支撐體系布置及現(xiàn)場施工情況如圖8～圖9所示。

圖8 負(fù)三層鋼管型鋼支撐及新增垂直運輸孔洞布置圖

圖9 車站負(fù)三層板以下區(qū)間施工及板上表面支架體系轉(zhuǎn)換車站結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場布置圖

3.2 施工重、難點應(yīng)對技術(shù)

3.2.1支撐體系受力驗算

采用PKPM軟件及結(jié)構(gòu)力學(xué)計算軟件，對工字鋼梁進(jìn)行抗彎、抗剪切及撓度驗算，對鋼管立柱進(jìn)行豎向承載力驗算[4]，確定經(jīng)驗算滿足要求的支撐體系以替換滿堂支架。

3.2.2鋼管立柱按設(shè)計力傳導(dǎo)部位處理

鋼管支撐立柱架立于底板混凝土面，施工前將底板面清理干凈，測放出鋼管位置，鋪設(shè)尺寸為75cm×75cm×1.2cm(厚)鋼板，確保鋼板平整牢固與混凝土面貼合密實。安裝鋼管立柱前，應(yīng)計算出鋼管長度，用梁底或中板底標(biāo)高減底板處預(yù)埋鋼板頂標(biāo)高，再扣除模板、方木、分配梁、工字鋼、調(diào)節(jié)頭等構(gòu)建尺寸，即為鋼管長度，依照計算的鋼管長度進(jìn)行試配。安裝時先在鋼板上將鋼管位置做出標(biāo)記，然后借助吊車及葫蘆吊將鋼管就位;同時，在鋼板與鋼管法蘭盤處，通過預(yù)埋連接螺栓連接牢固。(1～2軸)負(fù)三層鋼管型鋼支架體系中鋼管立柱頂設(shè)置加壓調(diào)節(jié)頭，通過加壓(控制值為2.5～4.0kN)使鋼管支撐立柱與負(fù)三層混凝土結(jié)構(gòu)底面貼合密實，保證新的大鋼管支撐體系受力傳遞明確。

3.2.3車站與區(qū)間交叉施工組織

后續(xù)施工過程中，車站主體結(jié)構(gòu)與區(qū)間開挖交叉，干擾因素多，必須做好統(tǒng)籌安排，為車站與區(qū)間施工營造安全，有序、高效的作業(yè)環(huán)境。具體做法：在右線負(fù)三層中板新增一處4×4.5m孔洞，作為區(qū)間隧道施工機(jī)械、材料及渣土的垂直吊裝通道。標(biāo)準(zhǔn)段2～4軸預(yù)留出渣通道處鋼管架剖面圖及平面布置圖如圖8～圖9所示。

3.3 施工監(jiān)測

3.3.1監(jiān)測項目及方法[5]

變形監(jiān)測自支架搭設(shè)開始至混凝土終凝前結(jié)束,監(jiān)測砼澆筑過程中模板及支撐體系變化情況是否異常。監(jiān)測項目為鋼管頂水平位移、支架整體水平位移及型鋼撓度。采用鋼尺、線錘、水準(zhǔn)儀測量其沉降值、位移偏量，觀測的基準(zhǔn)點設(shè)置在車站側(cè)墻。

(1)觀測點布置

觀測點分沉降觀測點及位移觀測點，模板施工區(qū)域在支架邊角位置及中間按每隔10m間距設(shè)置監(jiān)測剖面。每個監(jiān)測剖面布置2個支架水平位移和3個支架沉降觀測點?？蚣芰耗０逯螀^(qū)域觀測點主要設(shè)置在主框架梁上，其中，每條主框架梁的跨中設(shè)置一個觀測點。

(2)觀測方法

沉降觀測點布設(shè)在2個層面：一層在底板上，采用水準(zhǔn)螺栓預(yù)埋在車站底板上；一層在中板下表面，使用鋼釘釘在板底方木上，掛上垂線，使上、下2層測點一一對應(yīng)在同一垂直線，測量時，用鋼尺測量線錘標(biāo)高，讀取澆筑前后的高差。根據(jù)I63、I45、I18等工字鋼的材料力學(xué)參數(shù)，對1～4軸鋼管柱型鋼支架最下層型鋼的撓度設(shè)置預(yù)警值，預(yù)警值如表2所示，在混凝土澆筑過程中監(jiān)測最下層型鋼撓度。若撓度臨近預(yù)警值，立即停止混凝土澆筑，重新復(fù)核沉降數(shù)據(jù)。若擾度無繼續(xù)增加趨勢，繼續(xù)澆筑混凝土，且減緩混凝土澆筑速度，分層澆筑。

3.3.2監(jiān)測頻率

在澆筑混凝土過程中進(jìn)行實時監(jiān)測，一般監(jiān)測頻率為30min一次。監(jiān)測時間控制在高大模板使用時間至混凝土終凝后混凝土強(qiáng)度到達(dá)設(shè)計強(qiáng)度85%。施工完成后，根據(jù)各項檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，特別是支撐滿堂支架的工字型鋼撓度及支架水平位移在允許值范圍。

3.4 施工組織優(yōu)化

對原施工組織安排及優(yōu)化后的施工組織計劃進(jìn)行了對比分析，得出施工組織優(yōu)化表統(tǒng)計，如表3所示?？傮w上，通過中山公園站主體結(jié)構(gòu)模板支撐體系的轉(zhuǎn)換，在中山公園站主體結(jié)構(gòu)施工的同時，實現(xiàn)了鎮(zhèn)～中區(qū)間提前進(jìn)洞施工；且在車站主體結(jié)構(gòu)中增設(shè)出渣孔洞和出渣通道,合理劃分車站與區(qū)間隧道施工的區(qū)域。優(yōu)化了區(qū)間的施工組織，大大減少了車站與區(qū)間施工的干擾。

表2 高大模板搭設(shè)允許偏差及監(jiān)測變形預(yù)警值

表3 施工組織計劃

表3顯示，原施工組織與方案優(yōu)化后工籌對比，鎮(zhèn)中區(qū)間實際于2015年08月08日正式進(jìn)洞施工，較原計劃2015年10月31日提前85d進(jìn)洞掘進(jìn)，處于關(guān)鍵線路的區(qū)間施工工期縮短84工日，為全線貫通創(chuàng)造有力條件，較大節(jié)省施工成本，取得良好效益。

4 結(jié)語

地鐵車站主體結(jié)構(gòu)施工與區(qū)間隧道掘進(jìn)施工的主要矛盾是交叉作業(yè)。結(jié)合工程實例，從及時調(diào)整施工方案著手，將滿堂支架體系轉(zhuǎn)換為大鋼管立柱結(jié)合型鋼支撐體系，在保證基坑處于安全穩(wěn)定的前提下為區(qū)間隧道提前掘進(jìn)創(chuàng)造條件，節(jié)省工期。高大模板支撐體系轉(zhuǎn)換的創(chuàng)新施工方案安全有效，為地鐵車站端頭井與區(qū)間的交叉施工積累寶貴經(jīng)驗?；?015～2016年間的廈門地鐵1號線工程實例，施工中滿堂支架采用碗扣式滿堂腳手架，在后續(xù)類似工況可優(yōu)化采用承插型盤扣式鋼管支架的新材料，通過軟件模擬驗算合理布置支架參數(shù)。此支撐體系轉(zhuǎn)換的思路可為其他復(fù)雜工況的施工提供技術(shù)參考和施工組織借鑒。