明挖地铁车站钢倒撑置换技术终

1、明挖地铁车站钢倒撑置换技术张政勃422785703QQ.com(天津市地下铁道集团有限公司，天津市,300222)摘要：以天津市某明挖地铁车站为例，通过对其主体结构施工过程中的钢倒撑施工方案进行技术分析和专家论证后，采用了扣件式钢管脚手架置换钢倒撑的施工方案。经施工实践证明，该钢倒撑置换方案可行，既保证了安全质量，又取得了较好的经济效益，加快了施工速度，对同类工程施工有一定的借鉴和参考价值。关键词：地铁车站 钢管脚手架 置换 钢倒撑 1 工程概况1.1 车站概述该地铁车站为地下两层岛式车站，全长216.9m。车站标准段为两排柱列式三跨现浇钢筋混凝土箱型框架结构，框架结

2、构高度14.71m（顶板顶至底板底）。车站标准段基坑宽 20.7m，局部宽度为 22.3m和 23.8m，平均开挖深度为15.4m，地连墙厚800mm，地连墙墙长29.5m，锁口管接头，配筋长度28.0m。 标准段沿基坑深度方向设置1道C30砼支撑（截面800×800mm，平均水平距6m）+2钢管道支撑（800×16mm，平均水平距3m）+1道钢管倒撑（609×16mm，平均水平距3m）的支撑体系，钢支撑材质为Q235B钢。盾构井基坑开挖深度约为17.2m，地连墙厚800mm，墙长33m，锁口管接头，配筋长度31.5m。盾构井沿基坑深度方向设置1道砼支撑（截面80

3、0×800mm）+3钢管道支撑（800×16mm）+1道钢管倒撑（800×16mm）的支撑体系。车站标准横断面，见图1：图1 车站标准横断面及地质柱状断面图1.2 周边环境及工程地质本地铁车站位于规划市政道路交口处,车站位置及其周边现状均为农田或鱼塘。本车站施工场坪标高为±0，场地地层分布依次为1黏土，底标高-0.43m；6粉质黏土，平均厚1.36m；2粉质黏土，平均厚3.51m;3粉土，平均厚1.91m；5淤泥质黏土，平均厚5.19m；6淤泥质粉质黏土，平均厚2.81m；2粉质黏土，平均厚1.82m；3粉土，平均厚1.0m；2粉质黏土，平均厚2.26m

4、；3粉土，平均厚2.53m；2粉质黏土，平均厚1.63m；3粉土，平均厚2.65m；4粉砂，平均厚4.15m；1黏土，平均厚2.36m；2粉质黏土，平均厚2.6m；3粉土，平均厚1.95m；1黏土，平均厚3.37m；2粉质黏土，平均厚4.59m；3粉土，平均厚2.55m；4粉砂，平均厚1.81m；1黏土，平均厚2.82m。1.3 水文地质本场地表层地下水类型主要为第四系孔隙潜水。上部潜水，地下水埋藏较浅，勘测期间地下水埋深0.02.1m（高程-2.60.06m），主要赋存于第海相层中的粉土、黏性土与粉土互层的地层中，含水层水平、垂直向渗透性差异较大，当局部地段夹有粉砂薄层时，其富水性、渗透性相

5、应增大。接受大气降水和地表水入渗补给，地下水具有明显的丰、枯水期变化，丰水期水位上升，枯水期水位下降，多年变化平均值0.8m。主要含水介质颗粒较细，水力坡度小，地下水径流十分缓慢。微承压水以第陆相层的湖沼相沉积2粉质黏土为相对隔水顶板，主要赋存于3粉土、3粉土、4粉砂、3粉土及3粉土、4粉砂、4粉砂层中。其间夹有多层黏性土相对隔水层。微承压水的渗透补给，与上层潜水水力联系紧密，排泄以相对含水层中的径流形式为主。第一层微承压水含水层主要为3粉土、3粉土及4粉砂层，埋深11.927.6m，稳定水位埋深为2.363.5m（高程-0.3-1.8 m）；第二层微承压水含水层主要为3粉土、3粉土、4粉砂、

6、4粉砂层，埋深23.957.3m，稳定水位埋深7.10m（-5.4m）。2 钢倒撑置换方案设计2.1 原钢倒撑施工方案本车站采用明挖顺作法施工，主体结构按水平分段，竖向由下向上逐层顺作的方法施工，竖向分5个步骤： 第一步，施工作垫层、底板（含上翻梁、下翻梁及侧墙上翻50cm）；第二步，待底板砼达到设计强度后，施作负二层中柱及负二层边墙至第三道钢支撑下30cm； 第三步， 待上述边墙砼达到设计强度，施作钢倒撑后拆除第三道钢支撑；第四步，搭设模板支架，施作负二层剩下部分边墙及中板；第四步，待中板砼达到设计强度后，拆除第二道钢支撑，施作负一层侧墙及中柱；第五步，待负一层侧墙砼达到设计强度后，施作顶板

7、结构，拆除第一道砼支撑和钢倒撑，回填土恢复路面，封堵降水井。其中，钢倒撑施工顺序，见图2：图2 钢倒撑施工顺序示意图2.2 钢倒撑置换方案设计经过技术经济分析，置换方案拟采用扣件式钢管脚手架方案，设计计算如下： （1）钢倒撑的总轴向力N钢倒撑设计轴向力=425.88KN/m,由于钢支撑跨度L=3.0m，N=L=425.88×3.0=1277.64KN设计文件要求钢支撑预加轴力应控制在设计轴力的40%60%范围之内，实际施工时需根据现场监控量测结果进行动态调整。因此，钢支撑的预加最大轴力为766.58 KN。（2） 替换后单根钢管承受的轴向力施工第一、二步序共施工侧墙高度为2.2米，所

8、以脚手架搭接高度为2.2米。脚手架立杆横距取为h=900mm、纵距为=600mm，水平杆步距为=600mm，将斜撑按角度折算成水平杆，架体平、剖面设计，见图3：钢管根数 n=（4+3）（30.6）=34.7根=1277.64/34.7=36.82KN 脚手架钢管容许力N1 此次脚手架采用Q235-A钢，规格为483.5，所以查表知横截面积A=4.89mm2，回转半径i=15.8mm由于h=0.9，长度附加系数k=1.243，=1.5,=1.5,=1.547此时l=kh=1.2431.5470.9=1.73h+2a，取最大值l=1.73m=109查表可知稳定系数=0.523所以N=Af=0.52

9、34.89210=53.7KN综合以上，N单=36.82KN<N=53.7KN，符合要求。综上，采用置换方案理论上可行，故本工程采用扣件式钢管脚手架置换钢倒撑的施工方案进行主体结构施工。图3 扣件式脚手架架体平、剖面示意图3 施工监测验证本工程的监测对象为基坑围护结构及周围土质体，其主要监测项目为地连墙顶部竖向位移监测、地连墙顶部水平位移监测、地连墙墙体深层水平位移监测、混凝土支撑轴力监测、钢支撑轴力监测、基坑周边地下水位监测、中间立柱沉降监测；基坑周边地表沉降监测。经技术分析，本文选择地连墙墙顶、墙体深层水平位移、第一道砼支撑轴力、第二道钢支撑轴力四个监测项目对置换方案的可行性进行施工

10、验证。下面对实施置换方案后，上述四个监测项目在拆除第三道钢支撑时其监测数据增量进行整理分析，建立了地连墙墙顶、墙体深层水平位移增量包络曲线图和支撑轴力最大增量表，见图4和表1。 图4 地连墙墙顶、墙体深层水平位移增量包络曲线图 表1 支撑轴力增量表支撑名称控制值（KN）轴力最大增量（KN）累计值第一道砼支撑轴力694.42-57.5398.98第二道钢支撑轴力2338.86173.131562.5 由图4和表1分析可知，在实施置换方案后，在拆除第三道钢支撑时，地连墙最大水平位移增量为2.3mm，第一道砼支撑轴力最大增量为-57.5KN，第二道钢支撑轴力最大增量为173.13KN，而且相应监测项

11、目的监测累计值在整个施工中均未发生监测报警。同时，在施工过程中扣件式钢管脚手架管件轴力和变形也未发生异常情况。因此，通过施工实践亦证明采用该扣件式钢管脚手架置换钢倒撑的施工方案是可行的。4 施工体会（1） 扣件式钢管脚手架安拆工序简单、操作便捷，而钢倒撑安拆工序复杂、操作笨重、周期长，并需大型吊装设备配合人工施工和专人指挥，施工风险因素多，发生人员伤亡的概率较高。因此，采用扣件式钢管脚手架置换钢倒撑的方案，能够加快施工进度和降低施工风险。（2） 本工程70根钢倒撑的租赁、安拆费用较高，而采用扣件式钢管脚手架不仅在水平支撑上置换钢倒撑，而且在竖向还可与中板模板支架兼顾搭设，其租赁、安拆费用也相对较低。因此，采用扣件式钢管脚手架置换钢倒撑的方案，较大地节约了钢倒撑施工成本。（3） 施工中现场应加强扣件、钢管等原材料和架体搭设质量验收工作，严禁使用不合格原材料搭设架体，从源头上确保架体质量。（4） 全面实施置换方案前应先选取一段作为试验段，并做好信息化施工管理，根据试验段监测数据及时调整施工方案，取得经验后再全面施工。（5） 待侧墙砼应达到设计强度，并确保脚手架架体与侧墙模板密贴顶紧和架体的整体性后