中鐵七局集團 鄭州工程有限公司 趙 凱

地鐵車站鋼支撐施工技術研究—以鄭州地鐵 11號線火車站站為例

中鐵七局集團 鄭州工程有限公司 趙 凱

地鐵車站基坑施工質量的好壞直接關系到地鐵車站的施工安全，在基坑施工過程中，基坑的支護及支撐結構在保證基坑的穩(wěn)定性方面起著至關重要的作用。在地鐵車站建設過程中，對于鋼支撐加工和拼接質量、安裝與拆除安全注意事項、支撐預加軸力施工技術等都有嚴格要求，本文，筆者以鄭州地鐵1號線火車站站為例，對鋼支撐的布置、假設和拆除等施工過程進行了探討，以期對同行有所參考。

一、工程概況

鄭州市軌道交通1號線火車站站（鄭州火車站西出口配套軌道交通工程）是火車站西出口改造工程的重要組成部分，包括車站主體工程及其附屬工程。車站位于鄭州火車站西站房站前廣場地下，為地下3層島式車站，地下1層為站前廣場地下停車場，地下2層為地鐵廳，地下3層為站臺層，總建筑面積11 071.4 m2。車站主體結構采用明挖施工、樁錨聯(lián)合支護的施工方法，基坑挖深約20 m，圍護樁樁徑1.0 m、樁間距1.2 m，嵌入下部土層不少于13 m。該工程場地西緊鄰太和路，太和路西側為居民區(qū)，房屋修建年代較早。北側為火車站西廣場已拆遷區(qū)，較空曠；南側西廣場地下一層停車場正在施工；東端緊鄰國鐵北出站廳，距鐵路既有貨線坡腳35 m，東端端頭部分地基噴射攪拌樁已加固；東南角新建國鐵西站房采用35～44 m鉆孔樁基礎，距Ⅱ號出入口15.7 m，距車站主體結構約20 m。

二、鋼支撐布置形式

根據(jù)設計要求，基坑共設兩道鋼支撐，兩道鋼支撐均采用壁厚16 mm的Φ609鋼管支撐，鋼圍囹為雙拼I45c工字鋼。鋼支撐豎向間距均在5 m左右，鋼支撐直撐水平間距從2.3 m到3.0 m不等，斜撐沿車站軸線方向水平間距從1.7 m到2.4 m不等。該基坑以“分段分層、由上而下、及時支撐”為施工原則，由基坑西側和東側各分四段開挖和支撐。鋼支撐局部平面布置如圖1所示。

圖 1 鋼支撐局部平面布置

三、鋼支撐施工技術

1.施工過程。做好施工前準備工作，先對基坑進行降水，進行冠梁及混凝土撐施工；再按“開挖土方→安裝牛腿→拼裝腰梁→安裝第一道鋼支撐→支撐加力”的順序施工，這一施工順序進行兩次，最后開挖土方至基底。

2.鋼圍囹加工。該車站鋼圍囹采用雙拼I45c工字鋼加工。為確保其整體性，在工字鋼迎土面及背土面設置加強鋼板，兩節(jié)鋼圍囹之間采用12 mm厚鋼板焊接，確保鋼圍囹整體剛度。

3.斜撐支座安裝。斜支撐的架設最為關鍵，其支座采用30 mm厚加勁肋板和20 mm鋼板制作斜撐鋼墊箱，鋼墊箱雙面焊接在鋼圍囹上，形成整體斜支座。

4.鋼支撐拼接。采用壁厚16 mm的Φ609的鋼管作為鋼支撐，鋼支撐由固定端頭、中間節(jié)、活動端頭組成。各段之間采用12孔法蘭盤連接，鋼支撐按照設計長度預先拼接完成，需進行架設時，采用25 t吊車配合龍門吊整體吊裝架設。鋼支撐拼裝如圖2所示。

四、鋼支撐架設步驟及施工控制措施

1.鋼支撐架設步驟。冠梁和第一道混凝土支撐施工完成并達到設計強度后，方可開挖土方，每開挖到鋼支撐中心線下約1 m處時架設鋼支撐。鋼支撐由固定端、活動端和中間接頭組成，在基坑外空曠場地內拼接，拼接時下墊鋼軌進行抄平；拼接后，支撐要平順，焊接質量要達到設計要求，法蘭拴接牢固。拼裝完成后用汽車吊吊放到基坑中間平臺，并配合龍門吊往坑內托架上吊放。鋼支撐吊放就位后，將固定端焊接于鋼墊板上，活動端用千斤頂施加預加力，打入鋼楔塊填塞。至此，完成單根鋼支撐的安裝吊放。

（1）加強抽查和指導。支撐、鋼圍囹加工過程中必須派專業(yè)結構工程師進行不定期抽查和指導，確保支撐的加工質量和焊縫要求，鋼支撐預加力后，在土方開挖和結構施工過程中做好監(jiān)測工作，根據(jù)監(jiān)測結果發(fā)現(xiàn)異常應及時采取補救措施。

（2）做好架設支撐。開挖時必須及時架設支撐，在支撐位置挖出來之后，迅速支撐，并及時按設計值施加預應力。

首先，支撐架設前，依據(jù)設計事先在墻面（鋼圍囹）上標出支撐位置。鋼圍囹架設前，先在支撐端面中心線兩側鉆孔樁上鉆眼安裝牛腿支撐，為支撐的安全架設提供平臺。鋼圍囹架設后，對鋼圍囹與樁體之間的空隙采用細石砼回填，保證支護體系的整體受力。支撐架設前先以設計凈空為依據(jù)，對基坑的凈空分斷面進行實測，滿足要求后，進行現(xiàn)場接長試拼，接長后支撐的長度允許偏差為±50 mm。鋼支撐安裝允許誤差見表1。

表 1 鋼支撐安裝允許誤差

其次，安裝支撐時，端頭、千斤頂要在同一平面上，為確保平直，橫撐上法蘭螺栓應采用對角和分等分順序的方法扳緊。兩端部與內襯墻接觸處應緊密結合。

第三，支撐預應力之前，迅速設定支撐軸力監(jiān)測點，取得初始讀數(shù)后加力，加力后測試實際預加力，以此實現(xiàn)預加力的準確施加。對鋼支撐加力時，加載速度由設計分級加載反應和現(xiàn)場觀測墻體加載反應決定。千斤頂和壓力表應到有資質的檢測單位同時標定，施加應力時2臺千斤頂應同時加力。

在一次DMA讀操作完成,下一次DMA讀操作開始前,PCIE總線處于空閑狀態(tài),一方面需要等待中斷響應,另一方面數(shù)據(jù)拷貝到緩沖區(qū)也有很大的延時,這就極大地限制了圖像傳輸效率。

第四，鋼支撐預加力后，在土方開挖和結構施工時，加強對鋼支撐軸力的監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)異常及時采取補救措施。

（3）合理施加鋼支撐軸向力。

首先，在基坑開挖過程中隨挖隨撐，同時要對已架設后的鋼支撐及時施加軸向預應力，以此減小由于支撐不及時而引起的圍護結構變形。

其次，在鋼支撐施工過程中，對所有鋼支撐按設計施加軸向預應力，2個千斤頂加力要對稱同步，預應力施加應分兩級加載。

第三，在第一次加預應力后，觀測預加軸力損失及墻體水平位移，并復加預加軸力至第一次施加值，當軸力穩(wěn)定后第二次加力；如此重復，直至預加軸力達到設計值。

第四，當晝夜溫差過大導致支撐預加軸力損失時，立即在當天低溫時段復加預加軸力至設計值。

第五，當樁體水平位移速率超過警戒值時，可適當增加支撐軸力以控制變形，但復加后的支撐軸力和擋墻彎矩必須滿足安全度設計要求。

第六，在架設一、二道鋼圍囹時，鋼圍囹豎向必須垂直，縱向線型應平順、焊接良好，以防止支撐受力后上翹或下曲；背部采用C25細石混凝土回填密實，嚴防支撐因圍護結構變形或施工撞擊而脫落。

（4）鋼支撐施工注意事項。

首先，支撐托座須與鋼圍囹焊接牢固，焊縫高度不小于10 mm，支撐架設時，確認支撐端部與托座是否靠穩(wěn)，牛腿錨固深度是否滿足設計要求。

其次，支撐分節(jié)拼裝后，法蘭盤處螺栓安裝必須正反間隔連接，以防支撐局部變形，造成連接處掉落，同時必須將法蘭處螺栓上緊，支撐加力后，螺栓將可能出現(xiàn)松動現(xiàn)象，應及時采取相關措施擰緊螺栓。

第三，支撐架設初期，必須盡快完成第一階段預加應力，以防基坑變形和外圍土體失穩(wěn)。

第四，鋼支撐最終拼接長度比設計長度小5～10 cm，架設時該空隙可通過調節(jié)活絡頭彌補，活絡頭最大伸縮長度為30 cm。

第五，當土方分層開挖至設計支撐中心線下100 cm時，立即測量支撐架設的準確高度和位置，保證兩側支撐對稱連接。

第六，鋼圍囹及支撐就位時，須緩慢放置在牛腿或托座支架上，不得有碰撞和沖擊現(xiàn)象。

第七，架設支撐后迅速設定支撐軸力監(jiān)測點，取得初始讀數(shù)后，按設計分級和樁體反應決定的加載速度加載。加載過程應嚴格控制預加力。

第八，用吊車將2個100 t千斤頂?shù)醴诺交罱j頭加壓處定位加壓，并觀察壓力表，達到設計預加軸力值后，停止加壓，將鋼楔用大錘打入活絡頭預留楔槽內，然后減壓卸掉千斤頂，若采用2個以上鋼楔時，上下應交錯布置。

第九，斜撐的架設最為關鍵，斜撐端面的支座與拼裝的支撐必須配套施工?；娱_挖后采用大鋼尺現(xiàn)場實測基坑凈空，然后推算斜撐的實際架設長度，斜托支座必須與鋼圍囹焊接牢固。

五、鋼支撐的拆除

1.鋼支撐拆除方法。支撐的拆除必須根據(jù)結構混凝土上升強度確定，底板混凝土澆筑后等強度達到設計強度的85%后，拆除第二道鋼支撐；中板混凝土澆筑后混凝土強度同樣達到設計強度的85%后，拆除第一道鋼支撐?；炷恋膹姸扰卸ㄒ酝瑮l件下3 d、7 d混凝土試件抗壓強度為準，拆除過程中必須有專人指揮，由安全員進行巡查拆除。鋼支撐拆除應進行跳榀拆除，拆除過程如下：先用千斤頂施加壓力，用大錘穩(wěn)敲取出卡在活絡頭插銷部分的鋼楔；再卸載千斤頂，用龍門吊控制平穩(wěn)，吊運至地面。若在加壓的情況下用大錘難以打出卡在活絡頭插銷頭部分的鋼楔時，可考慮用氧焊從活動端插銷頭部分進行切割，從而平穩(wěn)地吊出支撐。

2.鋼支撐系統(tǒng)拆除技術要點。鋼支撐拆除時應密切觀察圍護結構的變形，必須作好鋼支撐拆除階段周圍施工監(jiān)測點的量測工作，并做好量測記錄，切不可草率施工，拆除時應避免預應力瞬間釋放過大而導致結構局部變形、開裂。

（1）為防止主體結構開裂，在對應板層結構混凝土達到設計強度85%后才能拆除鋼支撐。

（2）鋼支撐拆除時，用鏈條葫蘆將鋼支撐吊起，在活動端設100 t千斤頂，施加軸力至鋼楔塊松動，取出鋼楔塊，逐級卸載至取完鋼楔，再吊下鋼支撐。避免預加應力瞬間釋放而導致結構局部變形、開裂。鋼支撐分節(jié)拆除后轉運至指定場地堆放。

（3）在鋼支撐拆除過程中，需對圍護結構加強監(jiān)控量測，出現(xiàn)異常情況，應及時處理或上報監(jiān)理工程師商討決策，并采取相應的處理措施進行處理。

（4）鋼支撐拆除應跳榀拆除，拆除過程中應根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進行適時調整。

綜上，地鐵車站鋼支撐結構中的支撐加工、拼接、安裝架設及預加軸力、各施工過程的施工質量均關系到地鐵車站的施工安全，稍有不慎就有可能造成重特大安全事故。本文，筆者主要介紹了鄭州地鐵1號線火車站站的鋼支撐施工過程，分析了施工質量控制過程中的重難點。在地鐵車站施工過程中，施工人員應不斷完善施工過程，提高施工質量，確保地鐵車站基坑的施工安全。此外，還要認真貫徹國家的安全方針和有關安全施工的各項規(guī)定，加強安全施工的領導和管理，切實做好安全施工管理工作。