浅谈新型格栅拱架对地铁车站的支护作用

李望蛟　李明

摘 要：地铁的修建带动了城市发展，对城市功能的合理布局如城市规划、交通、经济乃至社会环境等能够起到重要的作用，加速城市化进程。而且由于它自身的优势，如不受地面交通条件影响、运行速度快、时间相对固定等也在城市交通运输中承担越来越重要的角色。

关键词：格栅拱架；曲杆构件；工程支护结构

中图分类号：TU28 文献标志码：A

0 引言

地铁是涵盖了城市地区各种地下与地上的路权专有、高密度、高运量的城市轨道交通系统，对缓解城市交通起着决定性的作用，自始建于1863年世界上最早的（也是第一条）地铁——英国伦敦的大都会地铁之后，地铁的修建得到了飞速的发展，并在近年来成为一个城市经济发展的标志。

新型格栅拱架的支护形式，首先对于整个建筑结构而言，通过采用预制构件和现浇钢筋混凝土层组成整个初期支护结构。预制构件结构单一，统一生产，减少制造安装的精度和难度，缩短施工工期，由于构件的单一性避免了在生产、运输、建造过程中出现某些构件的损毁而导致整个施工的延误，预制构件外部的现浇钢筋混凝土层确保了整个结构的整体性。

1 总体结构设计

对于整个结构的预制杆件而言整个结构的杆件分3种形式，角部横向杆件、拱架结构杆件和横向连接杆件，杆件与杆件的连接都是固定的大角度，并通过将结构外部回填的砂土作为结构的一部分。该结构作为一种新型地铁车站支护结构，它包括①曲杆拱形结构②封层③配置砂土。首先，建造单位曲杆拱形结构，在单位曲杆拱形②结构铺设网片，在网片上铺设封层，然后在封层和围岩之间充填一定厚度的配置的砂土层。使3种支护结构及材料构成一个支护体系，为整个工程提供支护。注：①曲杆拱形结构；②钢筋混凝土封层；③配置砂土；④杆件节点；⑤建筑边界。

2 重要技术指标的实现

（1）新型格栅拱架提供一种重量轻、强度高的支护体系，即采用工厂预制模块，现场组装方式，提高施工效率，减少施工周期。结构表面的封层采用现浇式，提高结构的整体性，抗侧移能力。对于高度、跨度较大的预制装配式支护结构，无论从运输、施工的难易程度以及装配成型和维修均能取得极大经济效益。

（2）所有杆件的节点处都为大角度钝角，节点处受力最大，而节点受力会向垫层方向发生位移，其力通过垫层，配置砂土层，围岩分散抵消。整个结构不会因受到挤压而向内部靠拢。

（3）结构顶部的围岩压力或地面超载，可以通过曲杆结构两侧的配置砂土直接传递到结构底部也可以通过配置砂土层传递到垫层，通过结构传递到结构底部也可以分散到侧壁进行抵消。侧向围岩压力可通过上部压力进行抵消也可以传递到结构上部时对上部荷载起支撑作用，使整个结构处于压力平衡状态，避免应力集中，保护结构。

（4）整个结构最外层是配置砂土层，其是柔性结构，不同于现有支护结的刚性外层，保证了整个支护系统能承受较大的地质变形。

（5）所有的曲杆结构能在地下保证独立支撑，也可以多个曲杆结构相互连接，施工方便快捷，经济。

（6）整个车站支护过程中，可以通过曲杆结构严格控制建筑限界，降低隧道开挖要求。由垫层保证整个空间结构的封闭性，防止渗水漏水。配置砂土层避免结构一点集中受力，并调整整个结构的受力，是结构处于应力环绕的状态。

（7）若结构在不可抗拒的作用下发生破坏，由于结构所有的桿件都是能独立支撑杆件，破坏的点只能是某些杆件或某段，而不会发生结构的整体破坏，为人民的生命财产提供可靠的保障。

（8）仅在地铁车站中，由于空间足够大，在内部设计中容许更多方案，为地下结构的现代化提供了机遇。内部装修在辅助结构上面，主辅结构分离，保障主体结构的完整性及独立性， 减少不确定因素。大空间无梁柱全格栅拱架的地铁车站支护结构，其特征在于：将侧面的配置砂土做成了整个结构侧墙的一部分，承担大部分的上部荷载。首次将砂土实际考虑为建筑结构的支撑部分，减轻主要构件的受力。

3 实际应用情况及施工

在整个模型处于室内物理模型试验阶段时，以实际工程为例，按比例缩小20倍模拟施工场地和现场周边条件，保证整个试验进行的严密性，制作预制杆件和进行加载试验，测定结构的稳定性和承载能力。在吉林建筑大学的城市地下空间工程实验室通过大量的加载、振动模型试验，并在侧向砂土中和结构构件表面加入应变片，分析力在砂土和结构中的变化，保证结构的合理性。

施工方法包括以下步骤：

（1）在工厂预制拱架结构构件，钢筋加工厂加工钢筋；

（2）现场进行地基开挖，对所开挖的基坑进行模具支护；

（3）定位横向角撑，支脚手架，放辅助杆件，定位主支撑杆件的角度和高程，加调紧螺母，一榀拱架架设完成后，调紧螺母。一个单位完成后，每个节点加保护构件；

（4）横向角撑上铺设钢筋网浇筑混凝土，拱架侧部和顶部铺设钢筋网，在内部支模向钢筋网上喷射速凝混凝土，完成后在上部用水泥砂浆找平，制作防水层，分段支模灌注混凝土，尽量一次浇筑完成，保证结构的整体性；

（5）基坑两侧分段由下向上拆除基坑和拱架外部模板，并同时进行回填配置好的砂土，打夯机或人工夯实，但回填到拱架结构顶部一定程度之后用压路机夯实，回填一般砂土，直到与地面标高一致；

（6）拆除辅助杆件，完善内部脚手架，修理内壁表面，水泥砂浆抹平；

（7）完善内部辅助设施。这种方法是先完成地下车站的主支撑机构，然后再进行完善内部辅助设施，另一种施工方法是控制建筑界限，定位辅助结构位置，先完成辅助结构，在进行主支撑结构的建设。前1种方法比较适用于施工段交通繁忙，时间限制较多。第2种方法减少辅助杆件，施工主要结构一次成型，施工快，避免二次用料。

结语

对于新型格栅拱架的支护形式的运用目前只是处于试验研究的阶段，尚未有实际工程作为研究依据，对于该结构而言用于实际工程可以解决目前预制构件漏水现象，工厂加工构件要求高，构件组装施工技术难度大，整个支撑机构和使用功能分开使用，避免了结构在装修和使用过程中受到二次破坏，提高结构的使用寿命。该新型结构没有实际工程作为指导依据，所有结构和特性都有待更精准的验证。

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