探析貝雷架在地鐵車站盾構(gòu)龍門吊軌道梁中的應(yīng)用

宋作堂

（中鐵建海南投資有限公司，海南 陵水572400）

1 工程概況

長(zhǎng)沙地鐵星沙文體中心站作為地鐵施工區(qū)間站，兼顧盾構(gòu)始發(fā)井的功能，車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段寬度為22.7m，加寬段寬度為26.6m。盾構(gòu)井設(shè)置了左右2 個(gè)井口，計(jì)算尺寸為24.6m×13.8m。根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)需要，需在本站安裝3 臺(tái)龍門吊，龍門吊軌道梁基礎(chǔ)[1]在標(biāo)準(zhǔn)段利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冠梁為基礎(chǔ)，在擴(kuò)大端井口部位利用貝雷架作為軌道梁供16t 龍門吊行走。龍門吊采用L 型吊鉤門式起重機(jī)，龍門吊型號(hào)為MDG16T-21A6 型，設(shè)計(jì)跨徑21m。基于安全施工等因素考慮，貝雷梁的撓度控制和利用現(xiàn)有車站機(jī)構(gòu)是貝雷梁設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

2 方案設(shè)計(jì)分析

如上文所述，現(xiàn)階段城市軌道交通地鐵區(qū)間采用盾構(gòu)法施工時(shí)，車站端頭往往兼顧盾構(gòu)始發(fā)的功能，本項(xiàng)目車站為中間站，所處城市主干道下方，施工過(guò)程中封閉半幅道路，留半幅道路進(jìn)行交通導(dǎo)行，封閉施工區(qū)較為狹小。以往吊裝盾構(gòu)管片的龍門吊跨度采用2 種形式，一是盾構(gòu)井外側(cè)寬度加上0.5～1m 作為龍門吊的設(shè)計(jì)跨度，軌道采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)缺點(diǎn)是占用了較多的施工場(chǎng)地，后期拆除混凝土量較大，優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單；二是利用冠梁作為標(biāo)準(zhǔn)段的軌道梁，盾構(gòu)井處采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，該方法后期拆除混凝土量相對(duì)較小，拆除相對(duì)麻煩，需采用繩鋸等方法拆除，受工序影響，混凝土支模板及后期養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)。本項(xiàng)目采用貝雷架替代鋼筋混凝土梁，優(yōu)點(diǎn)較為凸顯，原材料貝雷架不但取材方便，可以租賃而且可以回收利用，降低成本，在工期上也可減少一半以上時(shí)間。

3 貝雷架軌道梁總體施工方案

貝雷架梁設(shè)計(jì)：車站盾構(gòu)井部分采用321 型貝雷片3 排單層設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)軌道基礎(chǔ)梁寬1.08m，采用單跨設(shè)計(jì)，計(jì)算跨度12.4m，兩行走軌中心間距21m（見(jiàn)圖1）。3 排貝雷片，貝雷片間距為0.45m（1.08=0.45×2+0.18），貝雷架上橫向鋪設(shè)20b 工字鋼，工字鋼間距0.4m，工字鋼上鋪設(shè)43 型鋼軌。

圖1 貝雷梁平面布置圖

支座設(shè)計(jì)：利用設(shè)計(jì)混凝土軌道梁頂標(biāo)高進(jìn)行反算，現(xiàn)有盾構(gòu)井兩側(cè)混凝土需在現(xiàn)有高度上加高700mm，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，支撐座中心間距12.4m（見(jiàn)圖2）。另每個(gè)支撐梁上預(yù)埋鋼板，預(yù)埋鋼板尺寸分別為1.1m×0.7m 及1.1m×0.3m，安裝時(shí)貝雷梁與預(yù)埋鋼板焊接連接。

圖2 貝雷梁安裝圖

西側(cè)2 個(gè)支撐座（支撐座1）尺寸為1.3m（長(zhǎng)）×0.8m（寬）×0.7m（高），其與頂板采用植筋連接，鋼筋為16 根φ20mm 螺紋鋼（見(jiàn)圖3）；東側(cè)2 個(gè)支撐座（支撐座2）尺寸為1.3m（長(zhǎng)）×0.4m（寬）×0.7m（高），其與頂板及擋土墻采用植筋連接，鋼筋為20 根φ20mm 螺紋鋼（見(jiàn)圖4）。

圖3 支座1 預(yù)埋筋布設(shè)

圖4 支座2 預(yù)埋筋布設(shè)

4 貝雷梁受力分析

4.1 滿荷載下受力分析

16t 龍門吊共有2 個(gè)支腿，4 個(gè)輪支點(diǎn)，龍門吊門架重420kN（42t），為了方便快速驗(yàn)算，建立簡(jiǎn)化受力模型，龍門吊自重為按照靜荷載考慮，每個(gè)支腿受力為210kN（21t）。架體行走小車重86kN（8.6t），簡(jiǎn)化為集中活荷載進(jìn)行驗(yàn)算；該龍門吊的主要施工任務(wù)為吊裝盾構(gòu)管片，每次吊裝3 片，按照楔形塊（質(zhì)量約為1.2t）、臨近塊、標(biāo)準(zhǔn)塊（質(zhì)量約為3.8t）重的標(biāo)準(zhǔn)塊質(zhì)量考慮[2]，吊重為114kN（11.4t），考慮到施工過(guò)程中的最不利環(huán)境，以龍門吊理論吊重荷載160kN（16t）進(jìn)行驗(yàn)算，加上行走小車自重，因此，集中活荷載最大為86kN（8.6t）+160kN（16t）=246kN（24.6t）。

臨近懸挑段側(cè)為支腿A，支腿A 的最大受力分析：當(dāng)滿荷載吊物246kN（24.6t）運(yùn)行到左側(cè)端部位置時(shí)，支腿A 的受力最大（受力簡(jiǎn)圖如圖5 所示）。

圖5 滿荷載下吊物運(yùn)行到懸挑端受力簡(jiǎn)圖

另一側(cè)為支腿B，對(duì)B 點(diǎn)取力矩平衡得：

計(jì)算得：RA=515.7kN。

支腿B 的最大受力分析：當(dāng)滿荷載吊物246kN（24.6t）小車運(yùn)行到界限處時(shí)，支腿B 的受力最大。如圖6 所示。

圖6 滿荷載下吊物運(yùn)行到遠(yuǎn)離懸挑端受力簡(jiǎn)圖

對(duì)A 點(diǎn)取力矩平衡：

實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略是黨的“十九大”作出的重大決策，是新時(shí)代“三農(nóng)”工作的總抓手。黨中央和云南省委高度重視，專門出臺(tái)文件做出安排部署。到2020年全面建成小康社會(huì)，云南最突出的短板在鄉(xiāng)村；到2035年與全國(guó)同步基本實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，大頭在鄉(xiāng)村；到2050年建成與富強(qiáng)民主文明和諧美麗的社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)相適應(yīng)的現(xiàn)代化強(qiáng)省，最重要的基礎(chǔ)在鄉(xiāng)村。實(shí)施好鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，對(duì)于云南來(lái)說(shuō)意義重大。

式中，P為支腿A 和B 中心間距；e為小車運(yùn)行到支腿B 側(cè)時(shí)距支腿B 的最小間距。

計(jì)算得：RB=444.3kN。

4.2 混凝土支座驗(yàn)算

龍門吊行走梁基礎(chǔ)為C30 混凝土支筋澆筑方臺(tái)，預(yù)埋等面積鋼板，鋼板厚度為2cm，預(yù)埋在混凝土表面，考慮鋼板下為混凝土，不考慮鋼板變形，混凝土均勻受力，故混凝土基礎(chǔ)驗(yàn)算如下（僅考慮混凝土基礎(chǔ)為軸心受壓）：混凝土基礎(chǔ)所承受的最大壓力為龍門吊全部行走在貝雷架梁體上，即4 個(gè)混凝土支座每個(gè)承受的靜載及動(dòng)載的和為：N=（420kN（42t）+246kN（24.6t））÷4=166.5kN（16.65t）；

貝雷架90kg/m，配件70kg/m，單側(cè)軌道質(zhì)量：N1=（90+70）×12.4=1.98t；

22b 工字鋼36.4kg/m，單側(cè)軌道工字鋼總質(zhì)量：N2=（12.4÷0.4+1）×1.08×36.4=1.26t；

混凝土基礎(chǔ)的最小表面積：A=1.3×0.4=0.52m2；

4.3 彎矩剪力驗(yàn)算

使用過(guò)程中，龍門吊在軌道上行走2 種狀態(tài)，一種是單輪在梁上，軌道梁只承受一個(gè)輪子的壓力，另一種龍門吊完全行走在軌道梁上，計(jì)算這2 種狀態(tài)下貝雷架軌道梁的彎矩情況，荷載系數(shù)取1.3。

情況一：?jiǎn)屋喩狭海拜喌竭_(dá)梁中間處所受彎矩最大，以此進(jìn)行彎矩驗(yàn)算。

式中，P為支腿A 最不利情況下荷載的一半，即257.85kN（2 個(gè)輪子均勻受力）；L為跨度。

結(jié)論：彎矩、剪力均滿足設(shè)計(jì)要求。

5 主要施工方法

5.1 測(cè)量放線定位

對(duì)于地鐵車站龍門吊軌道梁，由2 部分組成，一部分為利用現(xiàn)狀圍護(hù)樁頂部冠梁，一部分為貝雷架。定位測(cè)量主要確定冠梁頂部標(biāo)高，以此控制貝雷架軌道梁頂部高程，確保整個(gè)梁體在同一水平面上。對(duì)冠梁中線既鋼軌中線測(cè)量，每5m 測(cè)量一次，計(jì)算平均值。根據(jù)軌道支座尺寸，對(duì)盾構(gòu)井兩側(cè)的貝雷架支座進(jìn)行測(cè)量放樣，確保支座中線與冠梁中線同軸。

5.2 支座預(yù)埋件安裝及澆筑

后澆支座澆筑前按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行植筋，植筋前對(duì)新舊混凝土界面進(jìn)行鑿毛處理，界面清理干凈后方可植筋，鋼筋錨固深度均按照受拉構(gòu)件進(jìn)行考慮，長(zhǎng)度為20cm。在植筋過(guò)程中需嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，嚴(yán)格執(zhí)行清空程序，植筋完成后進(jìn)行拉拔實(shí)驗(yàn)。提前支座預(yù)埋鋼板，鋼板支腿與鋼板采用塞焊，鋼板頂需與澆筑后混凝土平面保持高程一致，安裝就位經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員檢驗(yàn)合格后方能支模澆筑混凝土。

5.3 貝雷梁架設(shè)施工

貝雷梁采用地面拼裝，整體吊裝就位。貝雷片拼裝時(shí)，由16t 汽車吊配合工人按照既定的設(shè)計(jì)圖紙逐片進(jìn)行拼裝，拼裝完成經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員檢查合格后方能進(jìn)行吊裝。吊裝采用35t汽車吊四吊點(diǎn)起吊，吊環(huán)及鋼絲繩在使用前需進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方能使用。吊裝時(shí)需安排2 位司索指揮，貝雷架吊離地面50cm 時(shí)，查看起吊狀態(tài)，無(wú)異狀后勻速緩緩起吊。安放位置需提前測(cè)量標(biāo)記定位，由司索指揮指揮工人進(jìn)行微調(diào)，安裝誤差控制在1cm 范圍內(nèi)。

5.4 鋼軌鋪設(shè)

汽車吊配合人工將20b 工字鋼吊放到貝雷梁上，按照設(shè)計(jì)好的位置進(jìn)行安放，工字鋼需利用直徑20mm 的螺紋鋼與貝雷梁橫向進(jìn)行固定焊接，工字鋼固定完畢后即可安裝軌道。軌道的安裝要按照設(shè)計(jì)的軸線進(jìn)行安裝固定，固定用的卡片需要與工字鋼進(jìn)行滿縫焊接[3]。

5.5 負(fù)載試驗(yàn)

軌道安裝完畢后，在投入使用前進(jìn)行負(fù)載實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)分2階段進(jìn)行，第一階段為正常使用狀態(tài)下（吊裝3 片標(biāo)準(zhǔn)塊、臨近塊），貝雷梁各測(cè)點(diǎn)最大變形量；第二階段為滿負(fù)荷狀態(tài)（荷載為16t 時(shí)使用狀態(tài)下）。經(jīng)試驗(yàn)貝雷梁在荷載160kN（16t）時(shí)各測(cè)點(diǎn)最大變形量為10.88mm。具體數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1。

表1 16t 龍門吊不同負(fù)載不同位置貝雷梁標(biāo)高數(shù)據(jù)表

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)項(xiàng)目部科學(xué)計(jì)算、優(yōu)化組織，長(zhǎng)沙地鐵星沙文體中心站采用321 型貝雷片組裝的龍門吊軌道梁快速投入使用，保證了盾構(gòu)施工工期。在盾構(gòu)施工的6 個(gè)月使用過(guò)程中，經(jīng)歷了大風(fēng)、暴雨等惡劣天氣，均未發(fā)生任何安全事故。經(jīng)實(shí)踐證明，貝雷片拼裝軌道梁在城市軌道交通施工中具有較大的應(yīng)用可推廣性，為以后類似的工程提供了理論基礎(chǔ)及實(shí)用依據(jù)。