“型钢门架+盘扣式脚手架”式支架在地铁车站中的施工技术研究

李金明

(青岛市市政公用工程质量安全监督站，山东 青岛 266000)

1 引 言

随着城市化进程的加快和城市交通量的急剧增长，发展城市地铁已成为必然的趋势[1]。近年来隧道掘进机(Tunnel Boring Machine，一下简称TBM)以其施工速度块，安全性高的优势，广受施工单位的青睐，也被越来越多的运用到城市地铁的建设中。但是当TBM途径地铁车站时，不可避免的会对车站施工造成影响，所以在建车站为了降低TBM极其后配套设施的影响，选择合适的模板支撑体系显得尤为重要。

2 工程概况

海泊桥站为青岛地铁4#线的第7座车站，为与青岛地铁1#线的换乘站。车站位于鞍山路与人民路交叉口东侧，沿鞍山路北侧设置。车站南侧为海泊人家小区，为18层的高层结构；西南侧现状为1#线海泊桥站明挖施工场地及围挡，后期将与1#线海泊桥站一并进行物业开发；车站北侧为6～7层的住宅小区；同时本站主体紧邻杭鞍高架主桥，大里程端部分主体结构位于杭鞍高架人民路引桥的正下方。

车站范围地形较为平坦，地面标高8～10 m，车站有效站台中心里程为YDK6+749.900，车站起点里程为YDK6+648.117，车站终点里程为YDK6+891.225。车站为大跨单拱曲墙大断面暗挖车站，采用全包防水，车站主体结构外包长度243.1 m，有效站台长118 m。车站拱顶埋深20～22 m，开挖跨度20.9～24.3 m，高度18.9～20.22 m，拱顶以上微风化花岗岩的厚度5～12 m。车站共设置3个出入口、2组风亭。

3 方案比选

现浇中板一般采用满堂支架进行施工，其优点是搭设灵活，装拆方便，但是对于作业空间有限的地下车站主体施工而言，由于其杆件密集，用料多，占用空间大，容易造成通道堵塞，往往对其它工作面的人、材、机的调度带来很多不便，尤其是当TBM或者EPC需要过站时，无法为其提供必要的净空，严重影响施工进度[2-4]。经过对满堂支架工法的优化，采用“型钢门架+盘扣式脚手架”的形式作为现浇中板的模板支撑系统，有效改善的满堂支架的上述弊端，即保障了TBM的顺利过站，又保证了车站施工的连续性。

4 结构设计

4.1 支架构造

“型钢门架+盘扣式脚手架”式支架由型钢门架和盘扣式脚手架两部分构成，型钢门架采用钢材选用I25b工字钢和HW250×250型钢，均为Q235钢，支架选用承插型盘扣式脚手架，具有节点抗扭能力强、稳定性可靠、搭拆快捷、节约用钢量、寿命长等特点[5]，经过验算和对设计的不断优化，青岛地铁4#线海泊桥车站“型钢门架+盘扣式脚手架”模板支撑体系。

每榀钢架间距为0.75 m，其中车站横梁及中柱两侧设置两榀密排钢架，间距为0.375 m，中板荷载直接作用在型钢门架的横向支撑，并通过连接件和横向支撑传递至两侧侧墙及H250×250立柱，通过增设I25b工字钢斜撑，增加了型钢门架的整体稳定性，极大地降低了受力节点的剪力和弯矩，并且H250×250立柱作为中板荷载的重要承载结构，通过连接工字钢斜撑，很好的提高了其抗弯折性能[6]。因型钢门架与混凝土基面接触面积较小，为防止倾覆，在横向支撑地面增设纵向水平钢管，钢管长3.5 m，间距75 cm，搭接长度不应小于1倍门架间距。

支架采用承插型盘扣式脚手架，承插型盘扣式杆件立杆纵向间距为900 mm，横向间距为1 200 mm，局部结合中板梁支架设置为600 mm。横向水平杆步距1.0 m，顶层水平杆步距0.5 m，中板立杆自由端超过650 mm时进行加密调整。增设横向水平杆采用Φ48×3.5 mm钢管搭设，步距(高)为750 mm，钢管通过扣件与立杆固定牢固。纵向水平杆承插型盘扣式杆件，步距1.0 m，作为扫地杆的最底处水平杆离地高度不大于55 cm[7]。

4.2 连接方式

按照型钢门架的结构形式，将其划分为7个单元，见图1。

图1 型钢门架单元划分图

门型钢架的各个节点采用螺栓连接和焊接连接，其中3、4、5、6单元之间采用螺栓连接，螺栓采用M22螺栓，其余节点均通过焊接连接。采用螺栓连接时，型钢之间需增设连接钢板，连接钢板钻孔直径为24 mm。非螺栓连接的节点焊缝连接必须满足焊缝质量要求，设计型钢之间采用全角焊缝满焊，焊缝高度不小于8 mm，型钢和支撑杆件之间的焊缝高度不小于6 mm。

4.3 结构计算

结构计算采用有限元分析程序midas Gen2019版本，以工程设计图为基础建立有限元模型，对结构进行分析以及截面强度校核。

根据本工程的实际情况，分析支架上作用的荷载主要有以下几种。

(1)脚手架荷载+顶板混凝土荷载取26 kN/m；

(2)中板恒荷载取11 kN/m；

(3)中板活荷载取5 kN/m；

(4)中纵梁两处集中恒荷载取18 kN；

(5)活荷载为取2 kN；

midas计算结果见图2。

图2 基本作用下竖向反力Fz图(单位:kN)

计算显示在基本组合作用下，柱底最大竖向反力209 kN，斜向支撑最大竖向反力192 kN，钢梁端最大竖向力为37 kN。杆件最大应力为1.5 MPa，在基本组合作用下，结构件最大组合应力均在材料设计强度范围内，无超应力构件，满足规范及使用要求。

结构节最大竖向点位移值为-12 mm，偏小。其计算绕跨比12/3 460=1/288，表明结构抗弯能力较强，满足规范正常使用要求。

5 施工工艺

“型钢门架+盘扣式支架”式支架施工步序为预埋连接钢板→H型钢柱搭设→工字钢桁架安装→盘扣式脚手架搭设[8]。

5.1 预埋连接钢板

根据连接要求，在浇筑仰拱及侧墙时，应预先使用全站仪在相应部位测量出连接钢板的埋设位置，并进行预埋，侧墙处的预埋钢板安装时应紧贴模板，仰拱预埋钢板表面应保持水平，并和混凝土表面平齐。混凝土浇筑完成后，需清除预埋钢板表面的残留混凝土，并进行防腐处理，可涂刷两道防锈漆。

5.2 h型钢柱搭设

H型钢柱吊装采用16T吊车垂直吊装施工，吊装过程中保证立柱垂直并与仰拱预埋连接钢板准确对接。H型钢立柱搭设之前，应使用全站仪对仰拱预埋钢板标高进行复测，当标高不足时，可在柱脚与仰拱连接钢板之间增设钢板，并进行满焊连接，当标高过高时，需对立柱进行适当切割，降低立柱高度，考虑到预留沉降量，需保证型钢门架顶面标高与设计标高误差在(0，1 cm)内。

立柱搭设过程中，应保证其垂直度满足设计及规范要求，当柱高H≥10 m时，柱轴线垂直度允许偏差为H/1 000，当柱高H<10 m时，柱轴线垂直度允许偏差为H/1 000，且不大于25 mm[9]。

5.3 工字钢桁架安装

工字钢桁架搭设前，应预先搭设作业平台，使用全站仪或水准仪量测出型钢钢架的顶面标高并进行放线，对于工字钢桁架的各个单元支撑，在安装时需控制其轴线位移，施工过程中严禁发生碰撞，结构中要求紧贴的面，其接触面积应达到70%[10]。在焊接过程中，由于加工精度问题构件无法有效衔接的情况，可采用钢板进行补焊。

5.4 盘扣式脚手架搭设

支架地基为混凝土，大部分平整，不设垫板，采用底托即可；局部预留孔洞等处采用垫板、方木(优先选用200 mm×200 mm大方木)、木楔等垫平实，垫板选用200 mm×50 mm木板。支架的支撑应从中心向两侧开始对称搭设，依次逐排安装，同时在支撑的中间及下部安装纵横拉杆，在上部安装可调式顶托。

可调底座、顶托螺杆伸出长度不超过200，插入立杆内长度不小于150 mm。可调托座伸出顶层水平杆的悬臂长度严禁超过650 mm，且丝杆外露长度严禁超过400 mm，可调托座插入立杆长度不得小于150 mm。

连续竖向剪刀撑在支架外侧周边及内部纵横向设置，与地面的倾角为45°～60°，连续水平剪刀撑分别设置于支架扫地杆、竖向剪刀撑顶部交点平面，剪刀撑杆件的底端与地面顶紧，宽度为3～5 m，与支架纵(或横)向夹角为45°～60°。

6 结束语

型钢门架节点少，结构简单，加工方便，拼装简便，安装效率高，由于其支撑点占地面积小，受地基条件影响小，有着很好的适用性。青岛地铁4#线通过前期搭设“型钢门架+盘扣式支架”式支架，实现了TBM过站和地铁车站主体中板施工的同步进行，保证了施工的连续性，避免了窝工现象的发生，有效缓解了工期紧张的压力，进而提高项目的经济效益，对于类似工程有着很好的借鉴意义。