门洞式支架在地铁轨顶风道施工中的应用

耿生春，张 杰，扶 杰

（中铁四局集团第三建设有限公司，天津 300163）

随着我国城市化进程的加快，交通拥堵问题已严重影响了城市的可持续发展，地铁建设是解决城市交通拥堵的有效途径，地铁建设过程中，车站轨顶风道与区间盾构掘进不可避免的存在交叉作业，使风道支架搭设与盾构施工电瓶车运行在空间上相冲突，为解决此问题，需要对传统的满堂支架进行优化，使轨顶风道架体搭设后能够满足电瓶车的运行条件。

1 工程概况

天津地铁4号线徐州道站为地下双层双柱明挖岛式结构，全长220.8 m，标准段宽20.7 m、高13.51 m，两端均为盾构始发。轨顶风道采用C35混凝土浇筑，板厚200 mm，除中心里程附近风道端墙为200 mm厚以外，其余轨顶风道端墙、侧墙厚度均为250 mm，风道内部净空高度为850 mm，为满足盾构始发过程中后配套设备净空要求，轨顶风道采用二次浇筑，在盾构完成、配套设备完全进洞后进行车站轨顶风道施工。

2 支架方案选择

对于盾构始发车站，如果轨顶风道提前施工会造成车站净空高度小于盾构机高度，势必会影响盾构机的推进；因此轨顶风道往往待盾构机完全过站后与盾构施工穿插进行，盾构施工电瓶车运行轨道位于轨顶风道下方，为保证轨顶风道施工的同时盾构电瓶车正常运行，轨顶风道施作须采用门洞式支架［1］，门洞式支架一般有两种搭设方案。

1）盘扣式支架。通过预留门洞，以便电瓶车通行轨顶风道［2］。支架立杆间距1.2 m×1.2 m，步距1.5 m，门洞挑空立杆采用扣件钢管扣接，共布置2道间距500 mm的水平钢管，在立杆两侧布置2道上升斜杆，斜杆角度为45°～60°［3］，斜杆与立杆交点处采用旋转扣件连接。主龙骨采用14#工字钢，沿风道横向布置，间距1.2 m；次龙骨采用8 cm×8 cm的方木，沿风道纵向布置，间距24 cm。面板采用厚度为15 mm的竹胶板，单块尺寸1.22 m×2.44 m。见图1。

图1 门洞式盘扣支架

2）定制门式钢架。门式钢架下部能够满足电瓶车运行条件，底部设置丝杠，能够调整支架体系整体高度，其中立柱为108 mm×5 mm钢管，主龙骨采用工14工字钢，每跨长1.8 m，纵向上部按照30 cm间距纵向铺设8 cm×8 cm方木［4］。见图2。

图2 门式钢架

2.1 方案比选

2.1.1 适用性

轨顶风道断面形式较多，单一形式的门式钢架无法满足整个车站轨顶风道的施工要求，局部必须辅以钢管支架，会降低整体施工效率；另外，门式钢架设计从底部采用底托调整标高，但门式钢架整体性较强，调整难度较大。门洞式盘扣支架搭设速率较快且模板高度易调整，可根据风道断面形式灵活搭设。

2.1.2 效益

天津地铁4号线徐州道站轨顶风道以20 m为单元区段进行分段施工，结合车站情况共分为20区段。两种方案各配备一套材料进行周转。每段施工周期计划为7 d。

1）盘扣式支架方案共投入43 701.17元。见表1和表2。

表1 盘扣支架费用

表2 盘扣支架人工费用

2）定制门式钢架共投入52 466.744元。见表3和表4。

表3 定制门式钢架制作费用

表4 定制门式钢架人工费用

2.2 方案确定

经分析，盘扣支架相比门式钢架无论是技术和经济方面都具有明显的优势，徐州道车站轨顶风道采用盘扣支架［5］。

2.3 支架验算

采用midas civil 2017有限元分析软件建立盘扣支架结构模型，进行空间仿真分析，次龙骨方木、主龙骨工字钢、支架立杆、水平杆、斜杆采用梁单元。根据荷载条件及材料特性取值，进行了相应荷载设置，边界约束主要为[6]：面板与次龙骨之间采用弹性连接；次龙骨与主龙骨之间、立杆与主龙骨之间采用弹性连接；立杆底部采用一般约束，D-ALL全开，R-ALL不开；盘扣立杆与水平杆之间、盘扣立杆与扣件钢管之间采用刚接。对支架稳定性及各构件强度刚度进行验算。

1）稳定性。经屈曲分析，特征值为3.83，满足建议特征值为3～8的要求。

2）刚度。支架变形见图3和表5。

表5 支架体系变形验算结果mm

图3 支架体系变形

3）强度。支架强度见图4和表6。

图4 支架体系强度

有限元分析结果说明，该支架体系符合相应的结构设计和施工规范，支架的刚度、强度、稳定性均满足要求。

3 施工质量控制措施

3.1 钢筋工程

轨顶风道钢筋绑扎较为简单，要求与原来预留的钢筋按设计及规范要求进行焊接，严格按设计要求进行配筋。施工完成后必须按有关的设计图及规范要求进行验收。绑扎双层钢筋网时，钢筋骨架以梅花状绑扎并设足够数量的架立筋，保证钢筋位置准确。钢筋网片成形后不得在其上堆置重物。

3.2 支架搭设及模板安装

支架搭设到顶时，应组织技术、安全、施工人员对整个架体结构进行全面的检查和验收，及时解决存在的结构缺陷，模板及支架必须具有足够的强度、刚度、稳定性。

轨顶风道模板用胶合板制作，施工前必须进行分块，垂直施工缝端头采用模板收口，下一个分块施工前对收口位置进行凿毛处理。为防止风道底板与主体结构侧墙节点位置混凝土出现“烂根”现象，安装后用水泥砂浆将模板脚处封闭。

3.3 混凝土施工

混凝土浇捣前，重点对模板进行一次全面检查，保证结构尺寸准确，发现问题及时整改。采用小直径振捣棒，由预留浇筑孔插入结构内，专人振捣，振捣点间距30～40 cm。振捣时，确保不漏、不过、不少，振捣持续时间以混凝土表面浮浆无气泡、不下沉为止。

4 结语

1）盘扣支架在徐州道地铁站轨顶风道施工过程中挥了重要作用，在轨顶风道正常施工的前提下，保证了区间盾构掘进电瓶车正常运行，有效保证了车站结构施工与盾构隧道施工交叉作业，保证了总体工期。

2）盘扣支架搭设速率较快，电瓶车与支架的安全距离不满足要求时，只需对电瓶车轨道进行调整即可，整体方便快捷；同时可根据风道断面形式灵活搭设且模板高度易于调整。

3）盘扣支架侧面利用架体自身搭设施工操作平台，无需借助外架或其他措施为施工人员提供操作平台，保证安全的同时节约了成本，取得了良好的经济效益。

4）利用有限元分析软件midas civil对支架进行优化，在保证架体的刚度、强度、稳定性的同时，尽可能减少支架材料的使用量，降低施工成本同时轨顶风道混凝土的外观质量也得到了保障。