地铁车站军用梁铺盖法施工设计

1 工程概况
南京地铁二号线一期工程新街口站位于南京市商业中心地区新街口,车站以新街口环岛为中心分为两段呈东西向布置。西端布置在汉中路路中,东段布置在中山路路中,地面交通十分繁忙,车流密度大,与南北向1号线新街口站呈“T”形相交并相互换乘。环岛下为一号线和二号线共用的大圆盘地下结构,该圆盘已随一号线新街口站施工完毕。
新街口站的总建筑面积为24918m2,其中主体建筑面积22275m2,附属面积2644m2,车站长414.4m,宽21.6m,车站总高约12.69m。顶部覆土约2.836m,车站为3‰坡,西高东低。
新街口站为地下二层岛式车站,车站有效站台宽度14m,地下一层中央为站厅层,两端为商业区,地下二层为站台层,该站主体结构采用军用梁满铺的铺盖法施工,以钻孔咬合桩(直径800,咬合厚度200mm)为车站围护结构。
2 车站临时铺盖工程施工设计总说明
为了最大限度减小车站施工对地面交通的影响,同时满足车站工期要求,结合车站范围内的地质资料,新街口车站采用满足城市A级道路荷载和交通能力要求的军用梁等构件快速形成临时路面系统,东段、西段主体结构均采用军用梁满铺的铺盖顺作法倒边施工,保证东西向15m宽(4车道)通行能力。
本车站军用梁均采用单层加强型六四式军用梁,跨度分别为24m和28m,24m跨度的军用梁应用于车站主体结构(除东西端头井)部位,军用梁榀中心间距为1.0m(局部3.52m、0.6m);28m跨度军用梁应用于东、西端头井部位,军用梁榀间距为0.6m。东段铺盖共设置24m跨度军用梁139片、28m跨度军用梁35片,设置4个出土口,出土口大小为8.85m×3.0m,出土口距东段两端头约为23.5m,中间间距为40.0m;西侧铺盖工程共设置24m跨度军用梁185片、28m跨度军用梁12片,设置5个出土口,出土口大小也为8.85m×3.0m,中间间距为40.0m。现仅以24m跨度军用梁为例,介绍其施工设计方案。
本工程基坑宽为23.3m,铺盖结构拟采用长24.3m加强型六四式军用梁。加强型六四式铁路军用梁是我国自行研制的中等跨度适用的一种铁路桥梁抢修制式器材,是一种全焊构架、销接组装、单层或双层的多片式、钢桥面体系的拆装式上承钢桁梁。本设计采用单层结构,选用加强型单层六四式军用梁(由加强三角架和辅助端构架组合而成)。
主体结构施工前,先处理好北边15.0m宽军用梁铺盖工程下的地下管线,再施工该处的钻孔咬合桩,待钻孔咬合桩施工完毕后,施工桩顶冠梁,待结构混凝土达到强度后,开挖该段第一层土方,并架设军用梁,铺设临时路面,然后恢复北边军用梁铺盖工程处地面交通,然后倒边施工南边剩余9.3m宽军用梁铺盖工程。
倒边铺盖军用梁分2期围挡施工,1期围挡内进行北边15.0m宽4车道临时铺盖工程施工,临时铺盖军用梁每片总长24.3m,1期铺设的军用梁每片长15.0m、间距1m(靠近出土口间距0.6m);2期围挡内施工南边临时铺盖工程,临时铺盖军用梁每片长9.3m,此范围内的9.3m长军用梁与1期已施工15.0m军用梁按照规范连接起来,最终形成每片长为24.3m军用梁铺盖系统工程。
3 车站临时铺盖工程详细设计方案
3.1 军用梁结构及桥面系设计方案
根据盖挖顺作倒边施工方案,军用梁各部件用平板拖车运至现场,在现场完成拼装施工,在第一层土方开挖及钢支撑施工完成后,用25t吊车吊装到位。军用梁便桥临时铺盖系统的结构形式设计:车站主体结构盖挖顺作倒边施工部分采用加强型六四式军用梁支撑形式和桥面系组成。军用梁只用作承托临时铺盖及地面车辆等荷载。
3.2 加强型六四式军用梁结构及其承台设计
本车站军用梁均采用单层加强型六四式军用梁,跨度为24m,应用于车站主体结构部位。军用梁榀中心间距为1.0m(出土洞口宽3m,出土洞口外围军用梁榀中心间距0.6m);军用梁系统结构采用斜向及纵向联结系,以加强军用梁整体稳定,所有的纵向联结构件均为军用梁系列定型产品。
为满足军用梁铺盖倒边施工的需要,保证1期围挡内临时铺盖工程的稳定性和安全性,1期围挡内施工的临时铺盖军用梁两端固定方案为:北端为L形围护桩承台,南端为1000mm×600mm混凝土支撑墩+钢板桩挡土墙,支撑墩设置正对于军用梁的加强三角下支撑点,钢板桩挡土墙深为5.0m。2期围挡内施工临时铺盖军用梁时,需拔除1期施工完成的南侧钢板桩。1、2期围挡见图1和图2。

3.3 桥面系统设计
根据设计文件及加强型六四式军用梁桥面系使用规范,为尽可能减轻军用梁上荷载,又能满足减振、安全要求,考虑只在北侧双向4车道15m宽的临时铺盖上设置行车桥面系,满足A级荷载要求。因此,车站主体北侧16m宽桥面系,沿车站东西向先铺设40cm宽、5cm厚、间距3m木板(设在钢板下层,起减振、降低噪声作用),再沿南北向铺设单层2cm厚防滑钢板(钢板采用A3花纹钢板,规格尺寸为12m×2m),最后在3m宽出土口部位东西向再铺设一层6m宽、9m长、2cm厚防滑钢板局部加强。根据设计检算,为满足龙门吊将盖挖土方吊至地面后暂时弃于南侧桥面上,在临时弃土范围内铺设1.2cm厚钢板以满足施工要求。
3.4 盖挖顺作配套施工设计
施工时以中间临时立柱为分隔线,两侧均采用两台电动葫芦提升、拼装钢支撑。在军用梁架设之前,完成第一道钢支撑掏槽、导梁和L形支撑承台施工,然后架设军用梁、铺设桥面系,完成临时铺盖工程,快速形成道路交通。
对于盖挖段军用梁下面的支撑架设,为满足钢支撑架设需要,还设置了4道东西向导梁,导梁采用I20形工字钢,位于军用梁及第一道钢支撑下,且紧贴第一道钢支撑,两侧导梁通过在冠梁下预埋吊钩焊接牛腿,安装电动葫芦;中间两道导梁采用“U”形卡和钢梁、螺栓固定导梁于军用梁上,每根导梁上安装1台10t电动葫芦,利于钢支撑拼装和架设。施工时以中间临时立柱为分隔线,两侧均采用2台电动葫芦提升、拼装钢支撑。在军用梁架设之前,完成第一道钢支撑掏槽、导梁和L形支撑承台施工,然后架设军用梁、铺设桥面系,完成临时铺盖工程。临时铺盖系统完成之后,通过沿车站纵向布置的导轨梁和横向的桁车天梁下悬吊的10t电动葫芦配合进行车站钢支撑架设、土方倒运和模板、钢筋等材料运输。土方开挖时主要采用挖掘机辅助开挖倒运。


3.5 军用梁行车和堆土时的荷载验算
3.5.1 荷载验算前提条件
材料为15MnVq、16Mnq钢材,车速不超过3km/h,城市A级荷载。
3.5.2 计算模型
通过单层24m跨度加强型六四式军用梁交通通行和临时堆土受力计算采用韩国MidasCivil671软件计算,Midas为空间结构通用有限元计算软件,内建了国内各种规范规定的材料和荷载,包括城A和各种型钢材料和截面。本次计算加载为加强型六四式军用梁结构。


本结构取一片梁建立模型,每片梁间距1m,每片梁间以横向连接系连接,结构计算沿纵向(车行方向)取1m进行荷载简化,计算结构模型见图3,取本标段的第2期围挡所示为计算工况。
　　在计算模型的左边15m(军用梁北侧)范围为双向4车道车行范围,汽车活载按城市A级荷载考虑。临时路面系统考虑为2cm厚钢板,在每个出土口范围,由于梁片间跨度达3m,需另外在上面再铺一张6m宽、9m长、2cm厚钢板,局部加强。
在计算模型的右边9m(军用梁南侧)范围为出土口施工范围,为在军用梁上临时堆土考虑,在军用梁上铺设一层1.2cm厚钢板,在出土口的两侧分别考虑临时平铺一定高度的开挖土方。
3.5.3 荷载
(1)恒载
结构自重:钢材容重78.5kN/m3。桥面钢板自重:2cm厚钢板、宽15m,1.2cm厚钢板,宽9m。q1=78.5×0.02=1.57kN/m;q2=78.5×0.012=0.942kN/m。
土的自重:按试算法考虑的松土厚度为1.8m,松土的平均容重为16kN/m3,则q3=1.8×16=28.8kN/m。
(2)活载
汽车活载:城市A级车辆荷载,4车道布置,车道折减系数0.67。
纵向分布系数:城A车辆荷载为轮间距1.8m,车道间距1.3m。纵向车队取2个最重轴,轴重140kN,轮重70kN,两重轴间距1.2m。其作用影响范围,考虑横向联系位置,取4m,即总共4片梁承受。纵向分布系数=2/4=0.5。
冲击系数μ=0.6686-0.3032×lg(24)=0.25。
3.5.4 荷载组合
结构自重+桥面钢板自重+土的自重+汽车活载×0.67×0.5×(1+0.25)。
3.5.5 单元内力计算结果
计算结果数值以拉为正,以压为负,计算结果如表1所示。
3.5.6 结论
在出土口两侧允许平均堆土厚度1.8m的情况下,以上各杆件都满足承载力的要求。其中最外端加强三角的外斜杆,是整体承载力控制杆件。本结构按纵向(车行方向)4m计算,如果覆土不是集中在4m宽范围内,可按照体积相应提高容许土层厚度。在平均堆土厚度为1.8m的情况下,按高峰期单个出土口每天最大可出土300m3考虑,则出土口两侧允许堆土宽度的范围为300/(9×1.8)=18.5m,即出土口单侧考虑9.3m就可以满足施工出土高峰期需求。实际施工中可考虑在其余地段也满铺钢板,用作堆放钢支撑等其他施工材料。
4 结语
南京地铁二号线新街口车站采用在国内较少运用的军用梁铺盖法施工技术,半盖挖、半明挖,倒边施做围护结构,分期形成临时路面桁架梁铺盖体系,加强型六四式铁路军用梁因其良好的承载性能和拆装简便的特点,在铺盖顺作法方案中得到了很好运用。该方案与暗挖法和全盖挖法相比降低了工程难度和造价,节约了工期,而且使地铁施工对地面交通、周边建筑物和环境的影响降到最低限度,真正体现了“车在地上走,施工地下行”的现代施工技术新理念,具有较高的科研、经济和社会推广价值。