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阅读 826 次 地铁站轨顶风道水平滑动式模板系统设计研究

摘要:本文以西安地铁一号线五路口站站内轨顶风道施工为例,分析了施工过程中的安全与质量要求。系统介绍了特殊工况下轨顶风道的水平滑模施工技术与施工工艺,分析了其安全风险。并运用通用有限元软件SAP2000对其结构安全性进行了有限元分析,有关成果可为类似工程提供参考。...

地铁站轨顶风道水平滑动式模板系统设计研究

张西京

陕西建工集团第五建筑工程有限公司地铁公司

    一、工程概况

    西安地铁一号线五路口站位于东、西五路与解放路十字路口处,地下2层,局部3层。车站平均埋深17m,宽22.7m,总长194.8m。标准段横剖示意如:

图1 五路口地铁站横剖图示意

    车站轨顶风道位于负二层轨行区顶部(见图1),其主要作用是排除地铁运行过程中产生的有害热量,对隧道内的温度影响很大。轨顶风道底板厚0.15m,内部净高0.75m;侧挂板厚0.25m、高1.4m,单线总长182.6m。结构特点是侧挂板纵向为一直线,底板标高为一平面。平面形式如图2所示。

图2 地铁车站轨顶风道平面图示意

    二、施工条件介绍

    按照一号线总体工法及标段划分方案,五路口站是(朝阳门—北大街)区间盾构空推过站车站。五路口站主体封顶后,盾构单位将于2011年7月15日打通(朝阳门—五路口)区间,随后,盾构机后配套系统将由东向西经过五路口站,在西端头二次组装后,开始(五路口—北大街)区间的盾构掘进。因盾构机后配套系统外形尺寸较大,五路口站内的轨顶风道在盾构过站前不能施工。

    由于提供(五路口—北大街)区间吊运管片和渣土的竖井设置在朝阳门站,因此,五路口站负二层轨行区将作为(五路口—北大街)区间盾构施工时渣土及管片运输的的过站通道。

   (五路口—北大街)区间盾构施工期间,盾构电瓶车将周期性的在五路口与朝阳门之间往返运行,直至2011年12月15日。

    在此之前,一号线铺轨作业已经由西向东推进,预计2011年12月30日抵达五路口站。进站前要求五路口站负二层的轨顶风道、站台板全部施工完毕。

    因此,五路口站轨顶风道只能在(五路口—北大街)区间盾构掘进期间进行。其下部的模板支架方案必须满足轨行区电瓶车通行条件。

    三、制约因素分析

1、水平交叉作业的安全要求

盾构电瓶车过站期间施工轨顶风道时,同时存在两项重大危险源,安全风险如下:因工作面交叉,相互干扰,存在人、车、物碰撞的安全风险;施工人员在轨行区活动时,可能发生盾构电瓶车与人员的碰撞事故;施工物料在轨行区堆放时,可能发生盾构电瓶车与物料的碰撞事故。

 2、模板支架本身的安全要要求

 轨顶风道模板支架属于危险性较大的分项工程,必须采用有效措施防止出现安全事故。风险如下:

   (1)风道底板距车站结构底板平均高度5.11m,模板支架高大,容易坍塌。

   (2)风道宽度3.4m,距地5.11m,模板支架宽高比为0.7,容易横向失稳。

   (3)模板支架为异形,支架形式、节点连接方式、立杆数量及排布方式与一般支架迥异。

    3、质量要求

    为防止影响地铁列车通行,轨顶风道施工完成后,必须对侧挂板的直线度和底板的标高进行限界测量。具体要求为:

   (1)轨顶风道底板标高到线路轨顶的距离严格控制在4.55m,允许偏差(+5,-0);

   (2)轨顶风道侧挂板在120m范围内直线度偏差小于20mm;

    四、模板支架方案设计

    1、方案说明

    经分析时间、场地、安全风险、经济性、可行性等各类因素,决定设计一套满足特殊工况条件下的移动式钢管门架方案。模板支架构造如下:

   (1)门架两侧采用Ф48×3.5碗扣式钢管作承重立柱,纵距0.9m,横距0.3m。斜杆、顶部拉结杆采用普通钢管。

   (2)工字钢作转换梁,上部搭普通钢管架。每4.5m一套,共制作8套,风道分五段施工。

   (3)风道底模板采用方木及塑料模板,侧挂板采用对拉螺栓加固。

   (4)底部行走机构采用槽钢、钢制滚轮制作。

   (5)底部升降系统采用建筑丝杆及配套螺母。

    方案示意见图3:

图3 轨顶风道滑动式模板支架方案示意图

    2、方案特点

   (1)结合了常规脚手架与可移动整体提升、滑动支架的优点。

   (2)杆件自重轻,可现场拼装。

   (3)可实现流水施工,需要劳动力较少。

   (4)一次拼装成型后,工人在轨行区活动较少。现场地面无设施材料堆放,避免了交叉作业的风险。

    3、方案关键参数

   (1)将门型架体的内部净空设计高度3.0m,顶横杆与电瓶车的最小安全距离为0.4m。

   (2)两侧立杆横向间距0.6m,纵向间距0.9m,纵横水平杆0.6m,纵向剪刀撑连续设置,顶部设八字形斜杆加强节点。

   (3)转换工字钢梁间距0.9m,采用套管承插在立杆顶部。纵向用6m长钢管连接为整体。

   (4)上部普通钢管架纵横立杆间距0.9m。上下各设置一道水平杆。

   (5)底部行走机构及垂直升降系统如图4所示。①行走轨道采用10号槽钢和Ф14钢筋,固定于底板,做滑架定向移动使用。②行走部件采用双拼10#槽钢和Ф200铸钢实心轮。实心轮每榀2个,间距2.4m。③承重构件采用10号槽钢和钢套管。10号槽钢长0.4m,间距900,其上焊接钢套管,作为钢管架体的底座。④升降构件采用Ф36丝杆和配套螺母。每榀设丝杠3个;建筑模板用U托4个,作为调节架体高度的承重构件。

图4 模板支架(单套单侧)底部机构设计大样图

    1—10号槽钢轨道;2—双拼10号槽钢底梁;3—0.4m长10号槽钢横托梁 ;4—Ф40钢套管L=120 ;5—Ф14圆钢(焊接于10号槽钢);6—丝杠着地点钢板垫片;7—Ф36国标建筑丝杠;8—钢轮轴承

    五、安全性验算

    本滑架体系为组合结构,主要由碗扣式架体、钢管扣件式架体、工字钢组成。在计算时,将架体分为上部、中部、下部三个部分来考虑,上部主要为钢管扣件式架体,中部为工字钢主梁,下部主要为碗扣式架体。采用SAP2000V14.1版通用有限元软件对其进行分析,变形情况见图5:

图5 SAP2000有限元建模分析变形示意图

计算说明:

1、根据现行《建筑施工模板安全技术规范》中有关规定进行荷载取值及组合,工字钢横梁上部加载为5×10KN+1×20KN。自重荷载软件自动添加。

2、杆件之间连接方式为铰接,杆件与型钢之间为插销式连接。

3、荷载组合模式为:1.2恒载+1.4活载。

4、计算显示工字钢梁跨中最大挠度为3.9mm,≤L/400=6.75mm,满足容许挠度要求。

5、计算显示内立杆最大轴力为34KN,外立杆最大轴力为23KN,最大应力比为0.49,安全储备51%。长细比满足要求。

6、计算显示架体顶部的横向倾斜变形最大值为工字钢梁末梢,向外倾斜量为3.3mm。

    六、架体搭设及顶升滑动工艺

    轨道定位放线→铺设、固定槽钢轨道→焊接Ф14钢筋定向钢轮→放置行走机构(提前加工成型)→搭设辅助架体(便于临时固定架体及方便人员操作)→搭设下部门架→架设工字钢主梁→加固下部架体→搭设加固上部架体→顶升架体→支模、绑钢筋、浇筑混凝土、养护至龄期→脱模、下落架体→水平滑移架体至下段→再次平移、循环4次完成车站右线轨行区轨顶风道→解体脚手架,在左线轨行区重新组装,施工方法同左线。

    七、结论

    城市地铁建设中轨顶风道的设计具有通用性,使用滑动式模板支架具有节省用工、减少设施材料投入、安全省力的优点,特别适合于车站内部结构与相邻盾构区间同步施工的情况,其缺点主要是分段流水作业,工期较长。在保证架体强度和刚度的前提下,采用常用的钢轮和建筑丝杠就可以满足升降和水平滑动要求,简单易行,施工方便,这对于类似工况下的车站轨顶风道施工具有一定的推广价值。

(本文来源:陕西省土木建筑学会   文径网络设计项目投资中心:刘红娟 尹维维 编辑   刘真 文径 审核)