地下综合体中半悬挂地下车道设计与施工技术

2022-09-30艾鹏鹏耿大新关渭南

铁道建筑技术 2022年8期

艾鹏鹏耿大新关渭南谭成陈航

(1.中铁四局集团第五工程有限公司江西九江 332000；2.华东交通大学土木建筑学院江西南昌 330013)

1 引言

为了解决城市交通压力，我国大力发展城市轨道交通系统，逐步把城市交通向地下转移。随着地下工程不断建设，地铁线网越来越密集，新建线必然会遇到与既有道路并行的现象，因此建立立体化综合交通枢纽是城市发展需求[1－3]。对于先期建设的道路工程、车站预留后续线路敷设条件是地铁规划、设计必不可少的内容。传统地下行车隧道的支撑方式主要依靠板柱支撑方式，但城市地下空间开发通常由于既有线路或构筑物的影响具有空间限制[4－6]，因此在地下综合枢纽中传统地下行车道结构难以满足需要。

半悬挂地下车道结构指行车道一侧与墙体进行浇筑连接，另一侧通过预应力侧墙连接车道底板与上部顶板的一种下部无支撑半悬挂式地下行车道结构。因其释放下部空间，增大净空、施工便捷等优点被应用于地下综合体行车道的施工，因此对于半悬挂行车道构造除了要在盖挖逆作的特定环境下可以操作之外，还必须保证后续工序能够实施，同时保证结构的动力性能[7－9]。本文依托深圳黄木岗地下综合交通枢纽工程，开展盖挖逆作半悬挂地下行车道研究，对半悬挂车道结构进行动力分析，同时参考相关地下结构施工经验[10－12]，对半悬挂车道设计及施工工艺进行优化，以确保施工质量。

2 工程概况

2.1 项目简介

黄木岗综合交通枢纽坐落于笋岗西路、泥岗西路、华富路、华强北路五叉路口，为既有7号线、新建14号线以及规划24号线三线换乘枢纽。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。黄木岗综合交通枢纽总平面如图1所示。

图1 黄木岗综合交通枢纽平面位置示意

2.2 地下行车隧道

轨道交通24号线部分包括地下四层车站结构与地下行车隧道，采用盖挖逆作法施工。由于地铁限界的限制，柱外悬挑板跨度过大，24号线区域行车隧道无法采用板柱体系支撑。为释放下部空间，增大净空的有效利用，行车道采用下部无支撑的半悬挂车道结构。24号线综合枢纽横断面如图2所示。

图2 24号线地下车站横断面

3 半悬挂车道施工特点

(1)施工组织困难:半悬挂车道位于地下综合体地下一层，由于整体结构采用盖挖逆作法施工，同时由于地下综合体结构复杂，施工作业面多，施工交叉与地下施工困难导致整体施工组织难度增加。

(2)车道承载方式:通过预应力侧墙连接顶板与底板，配置足够的承载力，克服了传统行车道依靠基础或者地基承载的方式。

(3)预应力侧墙构造:半悬挂行车道预应力侧墙内部波纹管、锚索等均可以工厂预制、现场组装，可满足模块化、快速化建设要求。

4 半悬挂车道设计及数值分析

4.1 半悬挂车道结构布置

半悬挂地下行车道顶板、车道板、侧墙均采用C30混凝土浇筑。其中顶板为型钢混凝土结构，厚度为1.8 m，车道板厚0.9 m，左侧侧墙厚度为1 m。预应力侧墙采用C40混凝土浇筑，厚度为0.5 m，车道整体宽度为14 m。悬挂车道布置及相关尺寸如图3所示。

图3 半悬挂车道(单位:mm)

4.2 半悬挂车道结构数值分析

半悬挂车道结构由于车辆荷载的波动性，会产生结构动态响应，因此需分析车辆动荷载作用对半悬挂车道结构的影响。采用有限元建立三维模型如图4所示，模型尺寸为:X×Y×Z＝140×195×70 m，地下行车道纵向为Y轴方向，长度为200 m，顶板、地下一层至地下四层、侧墙、行车道均采用板单元模拟。地铁车站各层板及侧墙均采用C35混凝土，预应力侧墙采用C40混凝土，V柱采用 C60混凝土。

图4 三维模型

对模型施加车辆动荷载，采用移动的集中力荷载对车辆荷载进行模拟，轴载大小选用«公路沥青路面设计规范»(JTG D50—2017)规定的 BZZ-100双轮单轴载。由于模型中半悬挂车道接近200 m距离，同时为节约计算资源并考虑车辆动载动力响应范围，当列车以60 km/h通过模型半悬挂车道时，取车辆轴载运行时间为12 s，即动载分析步总时长为12 s，积分步时长 Δt＝0.02 s。

根据数值分析结果，对半悬挂车道跨中位置在机动车荷载作用下动力响应进行分析，包括半悬挂车道变形、车道加速度响应。取半悬挂车道板上6个特征点进行分析，对应车辆轴载运行时间为6 s时刻。各特征点动力分析时程曲线如图5所示。

图5 半悬挂车道特征点动力时程曲线

由图5a可知，在车辆轴载作用下，半悬挂车道竖向位移随之波动，当车辆轴载移动至车道跨中即车辆运行至6 s时刻，悬挂车道跨中各特征点竖向沉降均达到峰值，随着轴载远离竖向沉降逐渐减小。A3、B3点竖向变形最大值均为0.7 mm左右，A2、B2竖向变形最大值约为0.2 mm，而A1、B1产生的最大变形为0.1 mm。在车辆动荷载作用下半悬挂车道竖向沉降变形数值小于允许值，满足要求。A3、B3点与其他特征点相比沉降数值较大，说明车辆动荷载作用下靠近侧墙区域竖向变形波动最大，因此悬挂车道有必要对侧墙施加预应力以减小竖向变形波动。由图5b可知，当车辆动荷载作用下，半悬挂车道纵向变形趋势与竖向变形类似，当车辆轴载移动至车道跨中，各特征点纵向变形波动最大，A2、B2纵向变形波动最大为0.02 mm左右，A1、B1、A3、B3波动较小且整体趋近于0。可以看出，车辆动荷载作用下半悬挂车道变形以竖向变形为主。由图5c可知，动荷载作用下悬挂车道各特征点竖向加速度在0.5 s及6 s时均有明显的峰值，0.5 s时刻由于车辆荷载初施加因而产生动力影响；当轴载接近车道跨中断面，靠近侧墙的A3、B3点产生加速度最大峰值，达到 20 mm/s2，而 A1、B1、A2、B2加速度响应较小，为10 mm/s2左右；6 s时刻后，当车辆轴载远离车道跨中后，各特征点加速度振动响应快速降低并趋近于0。

综上，地下半悬挂行车道结构在车辆动荷载作用下无明显变形或位移，构件强度满足设计要求，表明该技术方案可行、可靠。

5 施工工艺

(1)顶板浇筑施工

盖挖逆作法在施工顶板期间，利用基坑外导线点及水准点直接作为测量基准点进行轴网及高程测量。顶板采用C35纤维混凝土分层对称浇筑，在顶板右侧侧墙区预留预应力管道ϕ70@500，以便后续施工与车道板预应力管道相对应，如图6a所示。粘结预应力孔道的材料为镀锌波纹管，壁厚不小于0.3 mm。

(2)车道底板施工

矮支架支撑搭设完成后对车道板进行浇筑施工。轨道交通24号线车道板两侧宽度均为14.79 m，车道板外侧均设置预应力吊墙，宽度为0.5 m，沿顶板至车道板布置，预应力布置间距为0.5 m。在吊墙区按设计要求预留预应力管道与顶板预留孔道对应。车道底板浇筑及车道预留波纹管如图6所示。

图6 半悬挂车道板预应力孔道布置

(3)悬挂车道侧墙施工

根据黄木岗主体结构工程特点，盖挖段侧墙使用三角支架模板系统。三角桁架模板支架体系分为三角钢架支撑和塑料模板系统，如图7所示。侧墙内部设置主筋为C32@150 mm，向侧墙内弯锚；内侧主筋为C28@150 mm，向侧墙内弯锚；水平筋为C32@150 mm，侧墙主筋均穿过板；拉筋为 ϕ12圆钢，非加密区间距30×30 cm，梅花形布置，加密区间距15×15 cm。

图7 半悬挂车道侧墙施工

(4)预应力侧墙钢筋布置

车道板、顶板及侧墙施工完后对悬挂车道预应力侧墙进行施工。吊墙内主筋为ϕ32@100 mm，向吊墙内弯锚；水平筋为C28@200 mm，吊墙主筋均穿过板；拉筋为ϕ12@400 mm，按隔一拉一设置。吊墙内型钢与顶板型钢主梁相交位置，梁底部钢筋与钢筋连接板焊接，双面焊接5 d预应力侧墙钢筋，布置如图8所示。

图8 半悬挂车道预应力侧墙钢筋布置(单位:mm)

吊墙内钢筋采用钢筋接驳器连接，相邻纵向钢筋连接接头应相互错开，在同一截面内钢筋接头面积百分率不大于50%。预应力吊墙内部预留波纹管采用连接管连接，连接管两端设置密封胶带。预应力吊墙混凝土强度为C40，混凝土施工缝处对先浇混凝土进行凿毛处理。

(5)预应力侧墙张拉及封锚施工

侧墙内预应力采用直径15.2 mm、极限强度标准值为1 860 MPa的低松弛预应力钢绞线。沿车道方向间隔0.5 m布置，预应力张拉控制应力为1 395 MPa，每根预应力筋张拉控制力为195 kN。当预应力侧墙混凝土达到设计强度的80%之后，方可进行张拉。预应力钢束张拉端与预应力钢束固定端锚具分别采用QM15系列夹片式锚具和挤压锚，其静载锚固性能须经过检验。预应力锚索张拉完成后做好封端工作，封锚混凝土标号为C50。张拉完毕后及时压浆，水泥浆强度不低于M50。