大型地铁车站临时异形板受力分析研究

丁加亮 丁慧文 曹 敏 冯白喜 潘建平 张瑞琳 滕 伟 黄 锋

（1、中铁隧道局三处有限公司，广东 深圳 512205 2、重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400047）

1 概述

随着我国城市化进程的不断加快和经济的日益发展，城市公共交通压力与日俱增，而地铁作为大运量的交通运输工具在缓解城市交通拥堵方面起着至关重要的作用。在此过程中，常常会采用异形板的方式作为临时的运输结构，曹宝刚[1]采用空间有限元法分析异形板桥在荷载作用下的力学特征，其计算要点、计算结果以及配筋原则等可为该类型桥梁的设计和施工提供一定的参考依据；李文治等[2]通过建立实体仿真模型，对珠江路立交拼宽项目中一处钢筋混凝土板梁异形端部进行了受力特征分析，并且对其钢筋的合理布置形式进行了初步探讨，以期优化结构设计；陈伟等[3]通过数据的对比分析，得出了此类异型板桥梁在公路桥梁设计荷载下的空间受力性能及动力特性规律，根据众多学者对结构异形板的运用与分析[4-6]，说明异形板在实际施工中应用的比较广泛，但当异形板运用于大型地铁车站改造中，并作为临时运输通道相对较少。

因此，本文将依托深圳市黄木岗七号线改造工程，对其临时采用的异形板进行受力分析，对相关的类似工程对异形板的运用技术具有重要的意义。

2 工程背景

黄木岗交通枢纽位于福田中心区东北部，笋岗西路、泥岗西路、华富路、华强北路五叉路口，为既有7 号线、在建14 号线以及规划24 号线三线地铁换乘枢纽。既有7号线沿华强北路和泥岗西路地下敷设，为地下三层叠侧车站；在建14 号线沿华富路和泥岗西路地下敷设，为地下三层叠侧车站，与既有7 号线同台换乘；规划24 号线沿笋岗西路地下敷设，为地下四层车站，与7、14 号线形成节点换乘，如图1 所示。

3 混凝土异形板配筋验算

案例分析：

深圳黄木岗地铁车站改造工程中将侧墙进行改造拆除，切除混凝土块将采用吊车从出渣口吊装出。由于吊装设备将通过出渣口，为保障设备安全通过，将对出渣口部分区域进行临时封闭，如图2 所示。履带吊装设备吊装作业时总重量为450t，行走区域两侧铺装路基箱，单块路基箱宽为6m，长度为2.4m。封闭区域混凝土板为梯形板，混凝土等级为C35，纵筋级别采用HRB400 钢筋，保护层厚度30mm，板厚800mm。

图2 临时异形板位置图

由于履带吊装设备行驶在路基箱之上，路基箱完全覆盖在出渣口封闭区域，可视为在封闭区域施加了均布恒荷载。计算根据最不利情况，吊装设备全部作用在封堵板上，其荷载如表1 所示。

表1 荷载分项系数

采用有限元软件进行分析，计算其设计内力（1.2 恒载+1.4 活载）Mx，My，以及Mmax，结果如图3 所示。其中Mx中最大设计弯矩为164.702kN·m，My中最大设计弯矩为123.357kN·m 如表2 所示。根据最大弯矩151.303kN·m进行配筋计算，配筋采用的最大配筋1600mm2。项目本身采用15@32+15@32 双层配筋，远远满足设计需要。

表2 最大弯矩值

图3 异形板弯矩云图

4 不同板形的受力分析

黄木岗项目布设异形板的尺寸是便于履带吊装设备能恰好有效通过出渣口，其异形板尺寸形状是填充行走区域。由于异形板的形状改变，其应力分布情况变化复杂。为了探索异形板的承载能力和形状的关系，基于黄木岗工程，通过改变异形板的形状大小，分析异形板内弯矩的变化情况。

4.1 保障吊装车能安全通过的前提，在荷载不变的情况下，通过增大异形板面积，将梯形短边（1.75m）按2m的步数逐步增大，直至和长边（7.7m）长度相同。

通过有限元分析，可得异形板的最大弯矩、弯矩点、挠度、裂缝最大值变化情况，如表3 所示。

表3 不同异形板结构的弯矩表

通过分析图4 和表3 的数据可得知随着短边增大，异形板面积增加，并且逐渐扩大至规则矩形板，Mx 和My都在增大，且My的增幅更大，为55.9%；最大Mx点往右下方偏移，最大My点往左上方偏移，且边界弯矩变小，内部弯矩越显集中。最后异形板的挠度没有变化，最大裂缝值略微减少。

图4 不同板型的弯矩云图

4.2 研究同等荷载下，异形板、矩形板、正方形板的内部受力情况。其结果如表4。通过图5 和表4 可知，在同等面积、同等荷载条件下的板受力时的最大弯矩，随着x 的增加使得My偏大，y 的增加使得Mx偏大。并且板形状越规则，长短边差距越小，弯矩越集中；反之则越分散。

表4 不同异形板内部受力

图5 不同异形板弯矩云图

5 结论

通过对异形板的受力分析，结合实际的工程运用，得出以下结论：

5.1 异形板长短边之比越大，其弯矩相对分散，大部分区域的弯矩值较为接近，狭窄区域的边界弯矩值接近最大弯矩，且容易产生裂缝，裂缝也普遍偏大。因此实际施工施作异形板时要加强对狭窄区域的加固和拼接措施。

5.2 在相同荷载条件下的梁板受力，越规则，长短边比越接近于1 的板弯矩越集中，四周弯矩较小，利于加固。其产生的裂缝越小。所以施作板时，其形状越规则越利于安装。

综上，在要设置临时梁板时，可考虑设置异形板，但要加强其狭窄区域和边界的连接，但不能长期使用，易产生较大裂缝。