地铁车站满堂碗扣式脚手架门洞的设计与施工

徐林有 龚 杰

中建三局基础设施工程有限公司 湖北 武汉 430064

1 工程概况

百步亭花园路站为武汉市轨道交通21号线工程的第2个车站，与远期轨交14号线换乘。

本站为地下2层岛式站台车站，采用明挖法施工，车站总建筑面积为17 153.9 m2，车站外包长度为206 m，标准段宽22.3 m，车站标准段基坑深约18.1 m，端头井段基坑深19.2 m，宽31.3 m，顶板覆土约2.75 m。本站共设4个出入口、2组风亭（图1）。

图1 百步亭花园路站平面位置示意

2 车站主体结构传统满堂架施工方法

车站主体结构纵向划分为11个施工段流水施工，每个施工段长20 m左右，按照底板、地下2层部分侧墙、地下2层剩余侧墙及中板、地下1层侧墙及顶板的施工顺序竖向分4段进行施工。采用满堂脚手架施工，立杆纵横向间距0.6 m×0.9 m，为防止中板和顶板混凝土开裂，必须在顶板混凝土达到设计强度后才能拆除地下2层的支架，造成地下2层满堂架使用时间较长，每个施工节段从搭设满堂架开始到拆除完成需要60 d左右。

3 盾构始发条件

盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩，防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械将土运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

综合考虑安全、工效和成本因素，盾构一般采用整体始发，但盾构整体始发需满足相应的条件。

盾构机主要包括刀盘、前盾、中盾、尾盾、螺旋机、后配套台车等，本工程采用盾构机装机完成后整体长度80 m，车站主体结构作为盾构始发场地，必须保证这段主体结构施工完成，包括架体拆除完成。

另外，盾构机还配套有运输列车编组：1辆45 t电瓶机车＋5节18 m3渣土车＋1节8 m³砂浆车＋2节15 t管片车，总长56 m。

盾构机及后配套安装完成后，盾构吊装井将被盾构机所占据，盾构始发掘进时需要的管片和产生的渣土必须从主体结构上预留的出渣口进行运输。这就必须保证列车向后行驶的最后一节车厢能在出渣口顺利装车（图2）。

由图2可知，为保证东端盾构整体始发，必须保证东端主体结构完成136 m，即需完成第4～11段主体结构，并保证地下2层架体拆除完成。

图2 盾构始发场地示意

4 满堂架门洞设置背景

4.1 车站施工进度影响盾构机整体始发

根据本工程工期安排，百新区间右线盾构机拼装并调试完成时，车站只能完成东端第7～11段主体结构，共计91 m，第4～6段主体结构正在进行底板、中板施工，到拆除架体需要2.5个月，该时间段地下2层的满堂架阻碍编组列车向后移动，显然，此时已施工好的车站主体结构有效长度远不能满足盾构机整体始发要求[1-2]。

4.2 传统的2种处理方法不能满足现场施工需要

当已施工好的车站有效长度不能满足盾构整体始发要求时，传统的处理办法有以下2种：

1）车站第4～6施工段底板以上不施工，直接在底板上铺设好轨道，进行盾构施工，等相应的盾构区间施工好后，再进行这3段的剩余主体结构施工。此为方法一。

2）车站主体结构加快进度施工，等车站第4～6施工段施工完成后再进行盾构始发。此为方法二。

4.2.1 方法一的优、缺点

该方法虽能确保盾构如期始发，保证盾构区间的施工工期，但它具有以下缺点：

1）减小了车站主体结构施工作业面，导致窝工，影响车站施工工期。

2）侧墙预留钢筋时间过长，容易生锈，影响施工质量。

3）预留的施工段深基坑长时间暴露，仅靠钢管支撑支护，基坑容易产生较大变形，若采取加密钢支撑的间距，以保证盾构施工期间，长期暴露的深基坑变形满足规范要求，则会加大钢支撑的投入，延长钢管支撑的使用时间，增加成本。

4.2.2 方法二的优、缺点

该方法虽能保证盾构始发时列车编组不受阻碍，也不会影响车站施工，但它具有以下缺点：

1）盾构机推迟了2.5个月左右的时间始发，延长了盾构区间的施工工期，盾构工期无法保证，同时加大了盾构施工成本。

2）在车站高大模板抢工期间，施工安全、质量很难控制，车站因抢工造成的车站施工成本加大。

从以上分析可看出，传统的2种处理方法均不能满足现场施工需要。由于工期紧，故必须找到一种新方法，确保在车站已施工好的有效长度不能满足盾构机整体始发的情况下，盾构如期始发，车站主体结构同步进行施工。

5 满堂架门洞设计

5.1 满堂架门洞设计方案

电瓶车轨道中心距0.97 m，电瓶车宽度1.55 m，高度2.5 m，设置门洞净宽2.05 m，净高3 m，南北两侧门洞对称布置。门洞顶横梁采用双拼10#槽钢，长度3.9 m，间距0.6 m，横梁上满铺竹胶板，脚手架立杆钢管下垫8#槽钢，门洞两侧第1根采用双立杆，其余为单立杆[3-5]。

地下2层满堂架第1根立杆距离侧墙边缘550 mm，横梁下方的门洞两侧立杆加密，间距300 mm。门洞部位水平杆步距加密，间距600 mm。横梁固定于顶托底座上，底座尺寸168 mm×115 mm，10#槽钢宽度48 mm，双拼宽度96 mm。

门洞两侧及横梁上方设置“八”字斜杆，其中门洞两侧设置2道“八”字斜杆，与地面倾角60°，纵向间距1.2 m布置；门洞上方“八”字斜杆与地面倾角53°，纵向间距1.2 m布置。中板支模及浇筑阶段，门洞内需设置剪刀撑，与地面倾角51°，间距2.4 m（图3）。

图3 满堂架门洞示意

5.2 满堂架门洞施工要点

1）中板达到设计强度前严禁拆除门洞支架。

2）钢管不得伸入门洞界限范围内，避免电瓶车通行碰撞危及支架稳定。

3）在门洞顶部及两侧设置限位标识牌、标识带等安全标识，所有标识应有夜间反光效果。

6 满堂架门洞支架体系验算

6.1 荷载计算

中板厚度400 mm，顶板厚度800 mm，荷载计算按照最不利荷载工况，取横梁以上地下2层支架、中板荷载，地下1层支架及顶板荷载，并考虑人、机荷载，混凝土倾倒、振捣荷载。

按照0.6 m×0.9 m的支架搭设参数，恒荷载G包括中板、顶板钢筋混凝土，槽钢，碗扣支架；活荷载Q包括人群及机具设备、混凝土浇筑和振捣。对于楼板计算，荷载组合取1.2G＋1.4Q，经计算，每根立杆作用在单根槽钢上的荷载为10.2 kN。横梁槽钢、竹胶板均布荷载为0.254 kN/m。

6.2 横梁验算

横梁上作用集中荷载和均布荷载，经验算，其抗弯强度、稳定性及最大挠度均满足要求。

6.3 立杆验算

立杆采用φ48 mm×3.6 mm钢管，壁厚按2.8 mm计算，支架自重标准值q=0.15 kN/m，横梁下支架高度3 m，地下1层支架高度6.25 m。经验算，立杆长细比、轴心受压强度及稳定性均满足要求。

7 满堂架门洞运用情况

实践证明，每一施工节段满堂架门洞搭设仅比满堂支架搭设多花了2 d时间，但是节约了2.5个月的整体工期，保证了盾构的顺利始发，同时车站主体结构施工也未受影响。

8 结语

本工程满堂架门洞的设计与运用，克服了满堂支架法施工对盾构施工的影响；在确保安全和质量的前提下，确保了盾构整体始发与车站主体结构同步施工，提高了施工工效，缩短了盾构区间工期，节省了盾构施工成本，获得了成功，可为相似工程提供借鉴和参考。