探析贝雷架在地铁车站盾构龙门吊轨道梁中的应用

宋作堂

（中铁建海南投资有限公司，海南 陵水572400）

1 工程概况

长沙地铁星沙文体中心站作为地铁施工区间站，兼顾盾构始发井的功能，车站围护结构标准段宽度为22.7m，加宽段宽度为26.6m。盾构井设置了左右2 个井口，计算尺寸为24.6m×13.8m。根据施工组织设计需要，需在本站安装3 台龙门吊，龙门吊轨道梁基础[1]在标准段利用围护结构的冠梁为基础，在扩大端井口部位利用贝雷架作为轨道梁供16t 龙门吊行走。龙门吊采用L 型吊钩门式起重机，龙门吊型号为MDG16T-21A6 型，设计跨径21m。基于安全施工等因素考虑，贝雷梁的挠度控制和利用现有车站机构是贝雷梁设计的重点。

2 方案设计分析

如上文所述，现阶段城市轨道交通地铁区间采用盾构法施工时，车站端头往往兼顾盾构始发的功能，本项目车站为中间站，所处城市主干道下方，施工过程中封闭半幅道路，留半幅道路进行交通导行，封闭施工区较为狭小。以往吊装盾构管片的龙门吊跨度采用2 种形式，一是盾构井外侧宽度加上0.5～1m 作为龙门吊的设计跨度，轨道采用钢筋混凝土结构，这种设计缺点是占用了较多的施工场地，后期拆除混凝土量较大，优点是构造相对简单；二是利用冠梁作为标准段的轨道梁，盾构井处采用现浇钢筋混凝土结构，该方法后期拆除混凝土量相对较小，拆除相对麻烦，需采用绳锯等方法拆除，受工序影响，混凝土支模板及后期养护时间较长。本项目采用贝雷架替代钢筋混凝土梁，优点较为凸显，原材料贝雷架不但取材方便，可以租赁而且可以回收利用，降低成本，在工期上也可减少一半以上时间。

3 贝雷架轨道梁总体施工方案

贝雷架梁设计：车站盾构井部分采用321 型贝雷片3 排单层设计，设计轨道基础梁宽1.08m，采用单跨设计，计算跨度12.4m，两行走轨中心间距21m（见图1）。3 排贝雷片，贝雷片间距为0.45m（1.08=0.45×2+0.18），贝雷架上横向铺设20b 工字钢，工字钢间距0.4m，工字钢上铺设43 型钢轨。

图1 贝雷梁平面布置图

支座设计：利用设计混凝土轨道梁顶标高进行反算，现有盾构井两侧混凝土需在现有高度上加高700mm，采用现浇钢筋混凝土结构，支撑座中心间距12.4m（见图2）。另每个支撑梁上预埋钢板，预埋钢板尺寸分别为1.1m×0.7m 及1.1m×0.3m，安装时贝雷梁与预埋钢板焊接连接。

图2 贝雷梁安装图

西侧2 个支撑座（支撑座1）尺寸为1.3m（长）×0.8m（宽）×0.7m（高），其与顶板采用植筋连接，钢筋为16 根φ20mm 螺纹钢（见图3）；东侧2 个支撑座（支撑座2）尺寸为1.3m（长）×0.4m（宽）×0.7m（高），其与顶板及挡土墙采用植筋连接，钢筋为20 根φ20mm 螺纹钢（见图4）。

图3 支座1 预埋筋布设

图4 支座2 预埋筋布设

4 贝雷梁受力分析

4.1 满荷载下受力分析

16t 龙门吊共有2 个支腿，4 个轮支点，龙门吊门架重420kN（42t），为了方便快速验算，建立简化受力模型，龙门吊自重为按照静荷载考虑，每个支腿受力为210kN（21t）。架体行走小车重86kN（8.6t），简化为集中活荷载进行验算；该龙门吊的主要施工任务为吊装盾构管片，每次吊装3 片，按照楔形块（质量约为1.2t）、临近块、标准块（质量约为3.8t）重的标准块质量考虑[2]，吊重为114kN（11.4t），考虑到施工过程中的最不利环境，以龙门吊理论吊重荷载160kN（16t）进行验算，加上行走小车自重，因此，集中活荷载最大为86kN（8.6t）+160kN（16t）=246kN（24.6t）。

临近悬挑段侧为支腿A，支腿A 的最大受力分析：当满荷载吊物246kN（24.6t）运行到左侧端部位置时，支腿A 的受力最大（受力简图如图5 所示）。

图5 满荷载下吊物运行到悬挑端受力简图

另一侧为支腿B，对B 点取力矩平衡得：

计算得：RA=515.7kN。

支腿B 的最大受力分析：当满荷载吊物246kN（24.6t）小车运行到界限处时，支腿B 的受力最大。如图6 所示。

图6 满荷载下吊物运行到远离悬挑端受力简图

对A 点取力矩平衡：

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式中，P为支腿A 和B 中心间距；e为小车运行到支腿B 侧时距支腿B 的最小间距。

计算得：RB=444.3kN。

4.2 混凝土支座验算

龙门吊行走梁基础为C30 混凝土支筋浇筑方台，预埋等面积钢板，钢板厚度为2cm，预埋在混凝土表面，考虑钢板下为混凝土，不考虑钢板变形，混凝土均匀受力，故混凝土基础验算如下（仅考虑混凝土基础为轴心受压）：混凝土基础所承受的最大压力为龙门吊全部行走在贝雷架梁体上，即4 个混凝土支座每个承受的静载及动载的和为：N=（420kN（42t）+246kN（24.6t））÷4=166.5kN（16.65t）；

贝雷架90kg/m，配件70kg/m，单侧轨道质量：N1=（90+70）×12.4=1.98t；

22b 工字钢36.4kg/m，单侧轨道工字钢总质量：N2=（12.4÷0.4+1）×1.08×36.4=1.26t；

混凝土基础的最小表面积：A=1.3×0.4=0.52m2；

4.3 弯矩剪力验算

使用过程中，龙门吊在轨道上行走2 种状态，一种是单轮在梁上，轨道梁只承受一个轮子的压力，另一种龙门吊完全行走在轨道梁上，计算这2 种状态下贝雷架轨道梁的弯矩情况，荷载系数取1.3。

情况一：单轮上梁，前轮到达梁中间处所受弯矩最大，以此进行弯矩验算。

式中，P为支腿A 最不利情况下荷载的一半，即257.85kN（2 个轮子均匀受力）；L为跨度。

结论：弯矩、剪力均满足设计要求。

5 主要施工方法

5.1 测量放线定位

对于地铁车站龙门吊轨道梁，由2 部分组成，一部分为利用现状围护桩顶部冠梁，一部分为贝雷架。定位测量主要确定冠梁顶部标高，以此控制贝雷架轨道梁顶部高程，确保整个梁体在同一水平面上。对冠梁中线既钢轨中线测量，每5m 测量一次，计算平均值。根据轨道支座尺寸，对盾构井两侧的贝雷架支座进行测量放样，确保支座中线与冠梁中线同轴。

5.2 支座预埋件安装及浇筑

后浇支座浇筑前按设计要求进行植筋，植筋前对新旧混凝土界面进行凿毛处理，界面清理干净后方可植筋，钢筋锚固深度均按照受拉构件进行考虑，长度为20cm。在植筋过程中需严格控制施工质量，严格执行清空程序，植筋完成后进行拉拔实验。提前支座预埋钢板，钢板支腿与钢板采用塞焊，钢板顶需与浇筑后混凝土平面保持高程一致，安装就位经现场技术人员检验合格后方能支模浇筑混凝土。

5.3 贝雷梁架设施工

贝雷梁采用地面拼装，整体吊装就位。贝雷片拼装时，由16t 汽车吊配合工人按照既定的设计图纸逐片进行拼装，拼装完成经现场技术人员检查合格后方能进行吊装。吊装采用35t汽车吊四吊点起吊，吊环及钢丝绳在使用前需进行检验，合格后方能使用。吊装时需安排2 位司索指挥，贝雷架吊离地面50cm 时，查看起吊状态，无异状后匀速缓缓起吊。安放位置需提前测量标记定位，由司索指挥指挥工人进行微调，安装误差控制在1cm 范围内。

5.4 钢轨铺设

汽车吊配合人工将20b 工字钢吊放到贝雷梁上，按照设计好的位置进行安放，工字钢需利用直径20mm 的螺纹钢与贝雷梁横向进行固定焊接，工字钢固定完毕后即可安装轨道。轨道的安装要按照设计的轴线进行安装固定，固定用的卡片需要与工字钢进行满缝焊接[3]。

5.5 负载试验

轨道安装完毕后，在投入使用前进行负载实验，试验分2阶段进行，第一阶段为正常使用状态下（吊装3 片标准块、临近块），贝雷梁各测点最大变形量；第二阶段为满负荷状态（荷载为16t 时使用状态下）。经试验贝雷梁在荷载160kN（16t）时各测点最大变形量为10.88mm。具体数据详见表1。

表1 16t 龙门吊不同负载不同位置贝雷梁标高数据表

6 结语

经项目部科学计算、优化组织，长沙地铁星沙文体中心站采用321 型贝雷片组装的龙门吊轨道梁快速投入使用，保证了盾构施工工期。在盾构施工的6 个月使用过程中，经历了大风、暴雨等恶劣天气，均未发生任何安全事故。经实践证明，贝雷片拼装轨道梁在城市轨道交通施工中具有较大的应用可推广性，为以后类似的工程提供了理论基础及实用依据。