范芳珍FAN Fang-zhen
(北京鐵研建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司,佛山 528000)
創(chuàng)意園站為佛山三號(hào)線的第三座車站,站位設(shè)于碧桂公路與規(guī)劃路交叉口西北側(cè),順德第一中學(xué)河涌北側(cè)的地塊內(nèi)。軌頂風(fēng)道從車站4 軸~30 軸,其中4 軸~18 軸為單風(fēng)道結(jié)構(gòu),18 軸~30 軸為雙風(fēng)道結(jié)構(gòu),軌頂風(fēng)道典型橫截面,軌頂風(fēng)道結(jié)構(gòu)厚度0.2m,結(jié)構(gòu)尺寸為3.65*1.2m。
創(chuàng)意園站為雙向盾構(gòu)始發(fā)車站,軌頂風(fēng)道是地鐵車站通風(fēng)系統(tǒng)中重要的內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)件,懸掛于車站中板和結(jié)構(gòu)側(cè)墻的交界位置,受限于結(jié)構(gòu)空間和其所處位置的特殊性,一般不與車站主體同時(shí)澆筑。盾構(gòu)施工的列車編組運(yùn)行于車站底板上,正好位于軌頂風(fēng)道設(shè)計(jì)位置的下方,不可避免的與軌頂風(fēng)道施工存在相互影響。傳統(tǒng)技術(shù)方案一般在車站盾構(gòu)區(qū)間隧道施工完成后再搭設(shè)滿堂腳手架作為施工支撐體系,工期一般需3 個(gè)月,造成整體工期太長(zhǎng),無(wú)法滿足實(shí)際施工工期要求。
為解決這一空間矛盾,項(xiàng)目部通過(guò)理論設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)合實(shí)際施工,研究并制作了鋼結(jié)構(gòu)臺(tái)車及上部模板支架,利用鋼結(jié)構(gòu)承載能力強(qiáng)及鋼構(gòu)下部?jī)艨諠M足通行的作用,解決了軌頂風(fēng)道施工用模板支架,傳統(tǒng)滿堂支架拆搭任務(wù)繁重,與盾構(gòu)施工沖突等諸多問(wèn)題,確保了軌頂風(fēng)道結(jié)構(gòu)施工安全。
為了滿足軌頂風(fēng)道與區(qū)間盾構(gòu)掘進(jìn)同期施工,軌頂風(fēng)道采用雙層模板支架體系,其中下層體系采用鋼桁架結(jié)構(gòu)作為下層模板支撐系統(tǒng),上層則采用扣件式鋼管腳手架作為軌頂風(fēng)道直接接觸模板支架系統(tǒng)。
軌頂風(fēng)道施工用臺(tái)車主要采用雙拼25b 工字鋼、雙拼20 槽鋼以及雙拼16b 槽鋼作為主要構(gòu)件材料,所有鋼材材質(zhì)均為Q345 鋼。單個(gè)臺(tái)車長(zhǎng)7.5m,寬5.08m,下部單側(cè)采用4 個(gè),30cm 鑄鋼輪作為走行裝置,臺(tái)車整體高4m。計(jì)劃左右線各投入臺(tái)車2 臺(tái)。軌頂風(fēng)道臺(tái)車材料用量見表1。
表1 軌頂風(fēng)道臺(tái)車材料用量 (單個(gè))
①底縱梁:臺(tái)車底部采用長(zhǎng)度7.5m 雙拼25b 工字鋼作為主要承重梁,雙拼工字鋼內(nèi)間隔1.5m 設(shè)置一道加勁肋,臺(tái)車兩側(cè)縱梁間距3.93m;
②立柱:臺(tái)車立柱采用高度3.2m 雙拼20 槽鋼,槽鋼間間隔1m 設(shè)置一道加勁肋,臺(tái)車單側(cè)設(shè)置5 根立柱,立柱間凈距1.5m;
③連系梁:為確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,立柱間設(shè)置連系梁,連系梁采用雙拼16b 槽鋼,豎向間隔0.9m 設(shè)置一道,單側(cè)一共設(shè)置4 道;
④頂橫梁:臺(tái)車頂板橫向設(shè)置5 道橫梁,橫梁采用雙拼25b 工字鋼,凈距1.5m,單根橫梁長(zhǎng)5.08m,一側(cè)懸挑0.1m,另一側(cè)懸挑0.9m;
⑤斜撐:為確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,在頂橫梁與立柱間設(shè)置斜撐,斜撐采用雙拼16b 槽鋼,由頂梁下第一根連系梁中心位置45°角延伸至頂梁下部;
⑥行走裝置:行車輪安裝在底縱梁下方,采用LD300的φ300mm 鑄鋼輪,每節(jié)臺(tái)車配置8 個(gè)行車輪。軌道采用80#槽鋼,倒扣于結(jié)構(gòu)底板上,以膨脹螺栓固定。支座采用300mm×300mm×300mm 木方,在軌頂風(fēng)道施工階段墊在行走梁下方,以減小裝置輪壓,并起到固定作用,防止裝置位移;
⑦防護(hù)欄桿:在臺(tái)車遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)側(cè)墻側(cè)設(shè)置高1.2m 防護(hù)欄桿,防護(hù)欄桿采用3cm 角鋼焊接與頂部連系梁上;
⑧人行上下通道:臺(tái)車不靠側(cè)墻側(cè)第一榀立柱間設(shè)為上下通道,通道采用連系梁材料制作,將第1、2 根立柱間連系梁直接增加一道連系梁。
以保證工程質(zhì)量為前提,根據(jù)軌頂風(fēng)道的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度及結(jié)構(gòu)的形狀來(lái)確定分塊長(zhǎng)度及施工縫的部位,以利于其結(jié)構(gòu)施工的展開。軌頂風(fēng)道結(jié)構(gòu)采用分段分部施工,施工分段原則上在兩個(gè)臺(tái)車長(zhǎng)度以內(nèi),一次澆筑約12m,一次投入4 個(gè)臺(tái)車,南北側(cè)軌頂風(fēng)道同時(shí)施工。軌頂風(fēng)道的吊墻及底板一次澆筑完成,不再留設(shè)水平施工縫。
提前在地面將臺(tái)車制作好,按臺(tái)車結(jié)構(gòu)圖紙精確下料,雙拼構(gòu)件應(yīng)焊接牢固,構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)加設(shè)加勁肋板。臺(tái)車各結(jié)構(gòu)部件采用E55 型焊條焊接,四周滿焊,制作完成后需仔細(xì)檢查各連接點(diǎn)焊接質(zhì)量,不得漏焊、缺焊。為便于施工吊裝,臺(tái)車上防護(hù)欄桿不在地面焊接,待臺(tái)車下井后在車站內(nèi)焊接完成。
臺(tái)車加工制作完成后先采用25t 汽車吊將臺(tái)車吊至門吊起吊范圍內(nèi),再由門吊從端頭井吊至底板上。單節(jié)臺(tái)車總重約7.8t,為確保吊裝安全,吊裝采用4 根直徑為24mm 單根長(zhǎng)9m,抗拉強(qiáng)度為1770N/mm2的鋼絲繩4 點(diǎn)起吊,卸扣采用12t 卸扣。起吊吊點(diǎn)設(shè)置在頂橫梁四周邊角。臺(tái)車吊裝就位后在車站內(nèi)部焊接防護(hù)欄桿,欄桿采用3cm 角鋼制作,高1.2m,沿臺(tái)車縱向臨空側(cè)布置,欄桿立柱間距60cm 一道布置,縱向設(shè)置3 道欄桿。圖1 為臺(tái)車吊裝俯視圖。
圖1 臺(tái)車吊裝俯視圖
臺(tái)車吊裝就位后,先在臺(tái)車面層沿縱向鋪設(shè)12#工字鋼,工字鋼間距900mm,工字鋼與臺(tái)車結(jié)構(gòu)點(diǎn)焊,工字鋼上沿臺(tái)車橫向布置50mm*50mm 方鋼管,鋼管間距150mm,鋼管上再滿鋪木模板,模板與方鋼管采用鋼釘連接牢固。圖2 為臺(tái)車上模板鋪設(shè)示意圖。
圖2 臺(tái)車上模板鋪設(shè)示意圖
臺(tái)車面板鋪設(shè)完成后,再在面板上起扣件式鋼管支架,支架搭設(shè)應(yīng)按立桿、橫桿、斜桿的順序逐層搭設(shè)。底層水平框架的縱向直線度應(yīng)≤L/200;橫桿間水平度應(yīng)≤L/400。每步縱橫向水平桿與立桿應(yīng)通過(guò)扣件連接緊固。支架全高的垂直度應(yīng)小于L/500;最大允許偏差應(yīng)小于100mm。
車站標(biāo)準(zhǔn)段軌頂風(fēng)道均使用臺(tái)車作為底層支撐系統(tǒng),臺(tái)車面板上采用扣件式鋼管腳手架,面板均采用厚15mm木模板,扣件式支架采用A 型Φ48×3.2 鋼管支架,兩類典型截面上支架立桿縱向間距1200mm,橫向間距900mm,其中,在軌頂風(fēng)道內(nèi)隔墻或側(cè)壁下橫向加設(shè)一根立桿以確保側(cè)壁下立桿承載能力滿足要求。由于臺(tái)車上部距離軌頂風(fēng)道底板凈高僅有945mm,因此支架僅設(shè)置兩道水平桿件,底層水平桿距離臺(tái)車面板150mm,頂層水平桿與底層水平桿400mm。具體支撐參數(shù)設(shè)計(jì)如表2 所示。
表2 板支撐參數(shù)設(shè)計(jì)表
由于架體整體低矮,因此架體縱向不再設(shè)置斜桿,架體橫向每隔3 跨設(shè)置一道斜桿。
準(zhǔn)備工作→測(cè)量放線→臺(tái)車吊裝→鋪設(shè)臺(tái)車上層模板→搭設(shè)軌頂風(fēng)道支撐架→鋪設(shè)底模板→鋼筋綁扎→安裝側(cè)壁內(nèi)、外模板→澆筑軌頂風(fēng)道砼→砼達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后拆模。
對(duì)未預(yù)留澆注孔的部分,計(jì)劃施工前在中板上每隔2m 鉆一φ50mm 的澆筑振搗孔(鉆孔時(shí)盡量避免傷害中板主筋),澆筑的砼在保證強(qiáng)度的前提下,盡量采用小粒徑粗骨料、大坍落度的混凝土。為保證混凝土的密實(shí)度,在風(fēng)道側(cè)墻模板預(yù)留振搗孔,待振搗到位后迅速封堵。混凝土拆模后,加緊對(duì)澆筑不飽滿、混凝土收縮產(chǎn)生的月牙形縫修補(bǔ)、注漿處理。
采用鋼結(jié)構(gòu)臺(tái)車作為軌頂風(fēng)道支撐架體施工工法,成功實(shí)現(xiàn)了區(qū)間盾構(gòu)與軌頂風(fēng)道結(jié)構(gòu)同期施工目的,并提出了軌頂風(fēng)道結(jié)構(gòu)施工成套施工技術(shù);能極大縮短車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工工期,節(jié)約了項(xiàng)目總體工期,提高了施工效益。同時(shí)解決了軌頂風(fēng)道施工用傳統(tǒng)滿堂支架拆搭任務(wù)繁重,與盾構(gòu)施工沖突等諸多問(wèn)題,確保了軌頂風(fēng)道結(jié)構(gòu)施工安全。此外,新式支架結(jié)構(gòu)可采用便捷移動(dòng)方式,減少了支架重復(fù)拆搭過(guò)程,降低了施工成本,以佛山地鐵三號(hào)線3202-2 標(biāo)創(chuàng)意園站為例,對(duì)比傳統(tǒng)滿堂腳手架施工軌頂風(fēng)道和鋼結(jié)構(gòu)臺(tái)車施工軌頂風(fēng)道,其效益分析見表3。
從表3 中可看出,采用臺(tái)車施工軌頂風(fēng)道,可節(jié)約施工成本約23 萬(wàn)元,節(jié)約成本百分比為39.7%。通過(guò)對(duì)常規(guī)方案的優(yōu)化,減少了支架材料和人員投入,工效及經(jīng)濟(jì)性得到了顯著提高。
表3 施工成本分析表
通過(guò)此次的軌頂風(fēng)道支撐架體臺(tái)車研制,成功解決了軌頂風(fēng)道與盾構(gòu)作業(yè)同期施工的空間矛盾,加快了地鐵車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)的施工速度,也保證了區(qū)間盾構(gòu)施工進(jìn)度。使用鋼結(jié)構(gòu)臺(tái)車所施工軌頂風(fēng)道使用功能滿足設(shè)計(jì)要求,外觀質(zhì)量較好,達(dá)到了理想效果,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目的。
①整體剛度大,穩(wěn)定性高。臺(tái)車采用雙拼工字鋼作為結(jié)構(gòu)主梁,雙拼槽鋼為立柱,架體四周加以雙拼槽鋼連系梁,角部輔以斜撐,所有構(gòu)件均采用滿焊連接牢固,臺(tái)車整體結(jié)構(gòu)剛度大,使得跨中撓度得以有效控制,有效的保證了軌頂風(fēng)道結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。
②施工便捷。臺(tái)車上滿鋪?zhàn)叩腊遄鳛樽鳂I(yè)平臺(tái),再在臺(tái)車上搭設(shè)扣件鋼管支架用于軌頂風(fēng)道結(jié)構(gòu)直接支撐體系,該段結(jié)構(gòu)施工完成后將扣件支架絲桿整體下調(diào)使得模板脫離結(jié)構(gòu),然后臺(tái)車連同臺(tái)車上扣件支架整體移動(dòng)至下一施工段。避免支架搭拆。
③交叉作業(yè),互不干擾。臺(tái)車采用門式架方式,使得盾構(gòu)電瓶車可在臺(tái)車下部自由通行,臺(tái)車上部為軌頂風(fēng)道作業(yè)平臺(tái),將兩個(gè)工程在空間上予以隔離,使得盾構(gòu)與軌頂風(fēng)道同步施工成為可能。
④主要用于車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)與盾構(gòu)同期施工,鑒于其工藝特點(diǎn),其臺(tái)車行走系統(tǒng)及本身構(gòu)件連接形式具有一定的改善空間,具有一定的局限性,需采取一些輔助措施拓寬其適用范圍。
⑤軌頂風(fēng)道臺(tái)車應(yīng)進(jìn)一步的研究裝配式軌頂風(fēng)道臺(tái)車,提高臺(tái)車周轉(zhuǎn)使用率及使用壽命,降低成本。