地铁盖挖法采用军用梁结构的计算与分析

韩 超

(沈阳铁道勘察设计院有限公司，辽宁沈阳 110013)

地铁盖挖法采用军用梁结构的计算与分析

韩 超

(沈阳铁道勘察设计院有限公司，辽宁沈阳 110013)

沈阳地铁九号线怒江公园站采用盖挖顺作的施工方法，其铺盖体系由单层式加强型六四军用梁和预制混凝土板构成，本文介绍了铺盖体系的构造，并运用Midas Civil软件验算军用梁的强度及刚度，从而确认了本方案设计的可行性和合理性，希望为同类工程提供借鉴和参考。

军用梁 Midas Civil 盖挖车站 强度及刚度验算

1 工程概况

怒江公园站为沈阳地铁九号线一期工程的起点站，该车站又是远期规划六号线的换乘车站，九号线和规划六号线在西江街与规划路的交叉路口以北处平行设置。西江街道路红线宽30 m，现状道路宽22 m。由于此处交通导改条件困难，故本站采用盖挖法施工，施工期间需对车站上方的地下管线进行临时改移。站后设有列车停放、折返线，折返线设在车站主体内，上方空间作为物业开发。

车站总长211.65 m，其中车站主体结构为二层三跨岛式站台车站，有效站台长118.0 m，车站标准段总宽20.7 m，有效站台宽度12.0 m。车站底板埋深约17.85 m，顶板覆土约4.1 m，采用盖挖法施工。车站小里程端为盖挖区间，大里程端为暗挖区间。主体结构采用盖挖顺作法施工，围护结构采用钻孔灌注桩φ800@1200，设置3道支撑(除第1道为混凝土支撑外，其余2道为钢支撑)加1道倒换钢支撑，采用坑外降水方案。

2 设计方案

怒江公园站基坑宽度为20.7～21.7 m，设计采用跨度22 m的加强型六四单层式军用梁，两端为3.0 m辅助端构架，中间采用4片4.0 m跨度的加强三角(代号21)。沿道路方向主桁架中心距为1.2 m。军用梁中主桁各片间设联结系，以确保军用梁的整体稳定。

军用梁上铺设170 mm厚预制混凝土盖板，盖板上为100 mm厚沥青路面，从而形成盖挖临时路面体系，盖挖路面横断面见图1。

图1 盖挖路面横断面(单位：cm)

3 铺盖体系的空间受力模型

3.1 材料特性

辅助端构架与加强三角(代号21)的材料特性如表1所示。

采用上述钢材和所用焊接材料的焊缝设计基本容许应力如表2所示。

3.2 边界条件

本模型将军用梁模拟为简支梁，一端设置一个固定支座，相邻的支座设置为横向可动、纵向固定的单向活动支座，另一端设置一个纵向活动支座(与固定支座相对应)，其余均设置多向活动支座。

表1 辅助端构架与加强三角杆件材料特征

表2 钢材及焊缝的基本容许应力 MPa

3.3 计算荷载

3.3.1 静力荷载

本设计每片军用梁静荷载标准值包括：

加强三角4片(4.82 kN/片);

3.0 m辅助端构架2片(5.62 kN/片);

加强弦杆5片(2.4 kN/片);

图2 结构移动荷载

路面板自重为0.17×25=4.25 kN/m(钢筋混凝土构件重度25 kN/m3);

路面面层自重0.1×20=2.0 kN/m(路面面层重度20 kN/m3)。

考虑到每榀军用梁的间距1.2 m，军用梁的跨度22 m，则静力荷载 =4.82×4+5.62×2+2.4×5+(4.25+2)×1.2×22=207.52 kN，换算为每延米的静力荷载q=207.52/22=9.433 kN/m。

3.3.2 移动荷载

汽车荷载为城市A级车辆荷载，轮间距1.8 m，车道间距1.3 m。军用梁沿主体基坑横向布置，盖挖路面设置4个机动车道。计算取最不利荷载情况，即4个车道中，重车同时出现在同一个断面的情况(图2)，计算时取重车车轮所在断面。

多车道的汽车荷载考虑多车道折减，折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效应。横向折减系数如表3所示。

表3 横向折减系数

4 杆件强度计算

结构采用Midas空间结构模型进行分析计算，模拟实际车道加载情况，军用梁采用桁架单元结构模拟。计算采用荷载组合：(军用梁自重+二期恒载)×1.2+移动荷载×1.4。由于采用联结系对军用梁进行横向联结，车辆轴重的最不利布置可由相邻两榀军用梁联合承担。计算模型见图3。

图3 军用梁空间结构模型

杆件强度计算结果详见表4。

综上所述，军用梁中的各杆件均满足承载力要求，其中加强三角21中的N4竖杆是控制杆件。

5 军用梁整体刚度计算

军用梁整体刚度计算结果见图4。

表4 杆件强度计算结果

图4 军用梁各节点的位移(单位：mm)

经计算可得，结构最大位移为54 mm＜［δ］=L/400=22 000/400=55 mm，满足要求。

6 结语

沈阳地铁在一号线九标段南京街站和沈阳地铁二号线二标段陵西站均采用盖挖顺作法施工，为本车站的施工积累了许多经验。军用梁铺盖系统设计结构合理，安全可靠，增大作业空间，有效缓解了施工与交通需求的矛盾。军用梁按照规定的使用方式，辅以专门的联结系，具有较强的承载能力，能够满足路面汽车荷载的受力要求。

从社会效益来说，盖挖法施工占地非常小，最大限度降低了对社会交通的影响，可以改变以往地铁车站施工期间导致相邻地区交通拥堵的现象，提高人们的出行效率。

综上所述，盖挖法有着广泛的社会效益和经济效益，在城市地铁车站建没中有着广泛的应用前景，有必要进行积极的引导推广。

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TU94+3．9

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2014．02．15

1003-1995(2014)02-0044-03

2013-07-15;

2013-10-16

韩超(1981— )，男，辽宁沈阳人，工程师。

(责任审编 孟庆伶)