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摘要：本文以西安地鐵一號線五路口站站內軌頂風道施工為例，分析了施工過程中的安全與質量要求。系統介紹了特殊工況下軌頂風道的水平滑模施工技術與施工工藝，分析了其安全風險。并運用通用有限元軟件SAP2000對其結構安全性進行了有限元分析，有關成果可為類似工程提供參考。...

地鐵站軌頂風道水平滑動式模板系統設計研究

張西京

陜西建工集團第五建筑工程有限公司地鐵公司

    一、工程概況

    西安地鐵一號線五路口站位于東、西五路與解放路十字路口處，地下2層，局部3層。車站平均埋深17m，寬22.7m，總長194.8m。標準段橫剖示意如：

圖1 五路口地鐵站橫剖圖示意

    車站軌頂風道位于負二層軌行區頂部（見圖1），其主要作用是排除地鐵運行過程中產生的有害熱量，對隧道內的溫度影響很大。軌頂風道底板厚0.15m，內部凈高0.75m；側掛板厚0.25m、高1.4m，單線總長182.6m。結構特點是側掛板縱向為一直線，底板標高為一平面。平面形式如圖2所示。

圖2 地鐵車站軌頂風道平面圖示意

    二、施工條件介紹

    按照一號線總體工法及標段劃分方案，五路口站是（朝陽門—北大街）區間盾構空推過站車站。五路口站主體封頂后，盾構單位將于2011年7月15日打通（朝陽門—五路口）區間，隨后，盾構機后配套系統將由東向西經過五路口站，在西端頭二次組裝后，開始（五路口—北大街）區間的盾構掘進。因盾構機后配套系統外形尺寸較大，五路口站內的軌頂風道在盾構過站前不能施工。

    由于提供（五路口—北大街）區間吊運管片和渣土的豎井設置在朝陽門站，因此，五路口站負二層軌行區將作為（五路口—北大街）區間盾構施工時渣土及管片運輸的的過站通道。

   （五路口—北大街）區間盾構施工期間，盾構電瓶車將周期性的在五路口與朝陽門之間往返運行，直至2011年12月15日。

    在此之前，一號線鋪軌作業已經由西向東推進，預計2011年12月30日抵達五路口站。進站前要求五路口站負二層的軌頂風道、站臺板全部施工完畢。

    因此，五路口站軌頂風道只能在（五路口—北大街）區間盾構掘進期間進行。其下部的模板支架方案必須滿足軌行區電瓶車通行條件。

    三、制約因素分析

1、水平交叉作業的安全要求

盾構電瓶車過站期間施工軌頂風道時，同時存在兩項重大危險源，安全風險如下：因工作面交叉，相互干擾，存在人、車、物碰撞的安全風險；施工人員在軌行區活動時，可能發生盾構電瓶車與人員的碰撞事故；施工物料在軌行區堆放時，可能發生盾構電瓶車與物料的碰撞事故。

 2、模板支架本身的安全要要求

 軌頂風道模板支架屬于危險性較大的分項工程，必須采用有效措施防止出現安全事故。風險如下：

   （1）風道底板距車站結構底板平均高度5.11m，模板支架高大，容易坍塌。

   （2）風道寬度3.4m，距地5.11m，模板支架寬高比為0.7，容易橫向失穩。

   （3）模板支架為異形，支架形式、節點連接方式、立桿數量及排布方式與一般支架迥異。

    3、質量要求

    為防止影響地鐵列車通行，軌頂風道施工完成后，必須對側掛板的直線度和底板的標高進行限界測量。具體要求為：

   （1）軌頂風道底板標高到線路軌頂的距離嚴格控制在4.55m，允許偏差（+5，-0）；

   （2）軌頂風道側掛板在120m范圍內直線度偏差小于20mm；

    四、模板支架方案設計

    1、方案說明

    經分析時間、場地、安全風險、經濟性、可行性等各類因素，決定設計一套滿足特殊工況條件下的移動式鋼管門架方案。模板支架構造如下：

   （1）門架兩側采用Ф48×3.5碗扣式鋼管作承重立柱，縱距0.9m，橫距0.3m。斜桿、頂部拉結桿采用普通鋼管。

   （2）工字鋼作轉換梁，上部搭普通鋼管架。每4.5m一套，共制作8套，風道分五段施工。

   （3）風道底模板采用方木及塑料模板，側掛板采用對拉螺栓加固。

   （4）底部行走機構采用槽鋼、鋼制滾輪制作。

   （5）底部升降系統采用建筑絲桿及配套螺母。

    方案示意見圖3：

圖3 軌頂風道滑動式模板支架方案示意圖

    2、方案特點

   （1）結合了常規腳手架與可移動整體提升、滑動支架的優點。

   （2）桿件自重輕，可現場拼裝。

   （3）可實現流水施工，需要勞動力較少。

   （4）一次拼裝成型后，工人在軌行區活動較少。現場地面無設施材料堆放，避免了交叉作業的風險。

    3、方案關鍵參數

   （1）將門型架體的內部凈空設計高度3.0m，頂橫桿與電瓶車的最小安全距離為0.4m。

   （2）兩側立桿橫向間距0.6m,縱向間距0.9m，縱橫水平桿0.6m，縱向剪刀撐連續設置，頂部設八字形斜桿加強節點。

   （3）轉換工字鋼梁間距0.9m，采用套管承插在立桿頂部。縱向用6m長鋼管連接為整體。

   （4）上部普通鋼管架縱橫立桿間距0.9m。上下各設置一道水平桿。

   （5）底部行走機構及垂直升降系統如圖4所示。①行走軌道采用10號槽鋼和Ф14鋼筋，固定于底板，做滑架定向移動使用。②行走部件采用雙拼10#槽鋼和Ф200鑄鋼實心輪。實心輪每榀2個，間距2.4m。③承重構件采用10號槽鋼和鋼套管。10號槽鋼長0.4m，間距900，其上焊接鋼套管，作為鋼管架體的底座。④升降構件采用Ф36絲桿和配套螺母。每榀設絲杠3個；建筑模板用U托4個，作為調節架體高度的承重構件。

圖4 模板支架（單套單側）底部機構設計大樣圖

    1—10號槽鋼軌道；2—雙拼10號槽鋼底梁；3—0.4m長10號槽鋼橫托梁 ；4—Ф40鋼套管L=120 ；5—Ф14圓鋼（焊接于10號槽鋼）；6—絲杠著地點鋼板墊片；7—Ф36國標建筑絲杠；8—鋼輪軸承

    五、安全性驗算

    本滑架體系為組合結構，主要由碗扣式架體、鋼管扣件式架體、工字鋼組成。在計算時，將架體分為上部、中部、下部三個部分來考慮，上部主要為鋼管扣件式架體，中部為工字鋼主梁，下部主要為碗扣式架體。采用SAP2000V14.1版通用有限元軟件對其進行分析，變形情況見圖5：

圖5 SAP2000有限元建模分析變形示意圖

計算說明：

1、根據現行《建筑施工模板安全技術規范》中有關規定進行荷載取值及組合，工字鋼橫梁上部加載為5×10KN+1×20KN。自重荷載軟件自動添加。

2、桿件之間連接方式為鉸接，桿件與型鋼之間為插銷式連接。

3、荷載組合模式為：1.2恒載+1.4活載。

4、計算顯示工字鋼梁跨中最大撓度為3.9mm，≤L/400=6.75mm，滿足容許撓度要求。

5、計算顯示內立桿最大軸力為34KN，外立桿最大軸力為23KN，最大應力比為0.49，安全儲備51%。長細比滿足要求。

6、計算顯示架體頂部的橫向傾斜變形最大值為工字鋼梁末梢，向外傾斜量為3.3mm。

    六、架體搭設及頂升滑動工藝

    軌道定位放線→鋪設、固定槽鋼軌道→焊接Ф14鋼筋定向鋼輪→放置行走機構（提前加工成型）→搭設輔助架體（便于臨時固定架體及方便人員操作）→搭設下部門架→架設工字鋼主梁→加固下部架體→搭設加固上部架體→頂升架體→支模、綁鋼筋、澆筑混凝土、養護至齡期→脫模、下落架體→水平滑移架體至下段→再次平移、循環4次完成車站右線軌行區軌頂風道→解體腳手架，在左線軌行區重新組裝，施工方法同左線。

    七、結論

    城市地鐵建設中軌頂風道的設計具有通用性，使用滑動式模板支架具有節省用工、減少設施材料投入、安全省力的優點，特別適合于車站內部結構與相鄰盾構區間同步施工的情況，其缺點主要是分段流水作業，工期較長。在保證架體強度和剛度的前提下，采用常用的鋼輪和建筑絲杠就可以滿足升降和水平滑動要求，簡單易行，施工方便，這對于類似工況下的車站軌頂風道施工具有一定的推廣價值。

(本文來源：陜西省土木建筑學會   文徑網絡設計項目投資中心：劉紅娟 尹維維 編輯   劉真 文徑 審核)

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