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大直径盾构整体始发段后浇结构同步施工技术

工程概况
    武汉轨道交通8号线一期工程起于汉口后湖三金潭,止于武昌徐东大街梨园,线路从长江二桥上游450米处穿越长江后在武昌徐家棚上岸。越江隧道段长3186米,设计为单洞双线复合二衬结构,采用一台直径12.1米泥水平衡盾构机完成掘进施工,由徐家棚站提供整体始发条件。徐家棚站横跨居民区域、和平大道、三三七铁路货场,大致呈东西走向;车站外包总长447米,宽13.9~66.7米,基坑深约24.5~29米,总建筑面积4.2万平方米,主体结构为双层两跨局部三层四跨(五跨)矩形框架结构,侧式站台车站,有效站台长度186米。盾构始发井段为三层四跨矩形框架结构,受制于盾构整体拼装始发的需要,车站结构内部分中二板及中隔墙、柱需要后浇施工,盾构掘进过程中的各种物料运输需从车站底板穿过,洞内运输与后浇结构施工相互干扰极大,完善的施工方案可有效解决同步施工问题。
总体施工筹划
    内部结构为钢筋砼结构,由于结构断面形式复杂,同时不能影响盾构掘进施工,后浇部分采取分层分段施工。模板采用15mm竹胶板(1.22×2.44m),用10*10cm方木加固;支撑体系采用扣件式脚手架、型钢等相结合形式。脚手架采用φ48钢管,工字钢22#A型做支撑(施工组织顺序见图1)。
    (1)施工4-10轴(A、B区域)负三层中隔墙和中二板,施工中隔墙时,中隔墙两侧搭设600*600*600mm脚手架,同时两侧预留盾构行车道路;
    (2)施工3号吊装孔中隔墙及风道并预留行车道,中隔墙及风道施工完毕后施工中一板后浇孔洞,最后施工顶板后浇孔洞;
    (3)施工盾构井中隔墙及人防门安装,施工完毕后施工盾构井后浇孔洞及后浇柱子。
    施工顺序详见图 1:
施工流程
    支撑体系采用扣件式脚手架,并配合适当的方木、型钢做支撑联结件。
    模板:厚度为15mm,长2440mm,宽1220mm的竹胶板。
    内楞:100mm×100mm方木,间距20cm。
    外楞:100mm×100mm方木,间距60cm。
    支撑系统:扣件式满堂支架+M14对拉螺杆,扣件架间距600*600*600(纵距*横距*步距),对拉螺杆间距600*600(横向*竖向)。
3.1 (4-10轴)中隔墙及板施工流程
    第一步:搭设3.5米高脚手架施工一段中隔墙,并在脚手架两侧预留盾构施工行车道,现场施工时行车道宽度可根据实际情况调整,满足盾构通车施工要求。
    第二步:待第一段中隔墙达到强度后,拆除脚手架,在中隔墙两侧3.5米范围外搭设脚手架,搭设至第一段中隔墙顶后架设22A工字钢并固定牢固,工字钢上铺设方木及模板后继续搭设脚手架,施工第二段中隔墙及风道底板。
    第三步:待第二步所施工区域达到强度后继续搭设脚手架,施工剩余中隔墙和风道,待达到强度后拆除所有脚手架。
3.2 (10-17轴)中隔墙及3#吊装孔板施工流程
    第一步,搭设3.5米高脚手架施工一段中隔墙,并在脚手架两侧预留盾构施工行车道,现场施工时行车道宽度可根据实际情况调整,满足盾构施工要求。
    第二步:待第一段中隔墙达到强度后,拆除脚手架,在中隔墙两侧3.5米范围外搭设脚手架,搭设至第一段中隔墙顶后架设22A工字钢并固定牢固,工字钢上铺设方木及模板后继续搭设脚手架,施工第二段中隔墙及风道底板。
    第三步:待第二步所施工区域达到强度后继续搭设脚手架,施工剩余中隔墙和风道,待达到强度后继续搭设脚手架并施工剩余风道和中隔墙结构。
    第四步:待第三步施工区域达到强度后,继续搭设脚手架施工最后一段中隔墙。
    第五步:待最后一段中隔墙达到强度后,继续搭设脚手架至中一板底,施工3#吊装孔的中一板,待中一板达到强度后搭设满堂支架施工3#吊装孔的顶板。
3.3 (盾构井)中隔墙及吊装孔板施工流程
    第一步:搭设6.5米高脚手架施工一段中隔墙,并在脚手架两侧预留5.2m盾构施工行车道,现场施工时行车道宽度可根据实际情况调整,满足盾构施工要求,施工此部位的中隔墙时同时将人防门安装完成,考虑人防门槛比现有箱涵顶高,人防门施工完毕后需做人字坡满足车辆通行要求。
    第二步:待第一段中隔墙达到强度后,拆除脚手架,在中隔墙两侧3.5米范围外搭设脚手架,搭设至第一段中隔墙顶后架设22A工字钢并固定牢固,工字钢上铺设方木及模板后继续搭设脚手架,施工负二层夹层板及梁。
    第三步:待负二层板达到强度后,继续搭设满堂脚手架施工负一层板及顶板,搭设脚手架的前提是负二层板必须达到100%的强度,同时施工负一层板及顶板不能拆除负三层脚手架。
受力计算
4.1 型钢强度验算
    型钢承受中板(厚度0.6m)和脚手架传递的荷载,按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算。
    本工程中,外龙骨采用22#A型钢,宽度110mm,高度220mm,截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=310cm3
I=3400cm4
    型钢跨中弯矩计算公式:
M=1/8*q*l2
 
    其中,作用在型钢的荷载:q=13KN/m;
    型钢计算跨度(横杆水平间距):l=3.6m;
    型钢最大弯矩:M=1/8×13×3.6*3.6=21.06KN*m;强度验算公式:
 
    其中,σ--型钢的最大应力计算值(N/mm2)
    M--型钢的最大弯距(N.mm);M=21.06KN*m
    W--型钢的净截面抵抗矩;W=0.00031m3
    [f]--型钢的强度设计值(N/mm2),[f]=205MPa;
    型钢的最大应力计算值σ=67.9MPa小于型钢的抗弯强度设计值205MPa,满足要求!
4.2 型钢的挠度验算
    根据《建筑施工计算手册》,刚度验算采用荷载标准值,同时不考虑振动荷载作用。
    挠度验算公式如下:
ω=0.677*ql4/100*EI≤【ω】=l/1000
    其中,ω--型钢最大挠度(cm);
    l--计算跨度(水平螺栓间距):l=360cm;
    E--型钢弹性模量(N/cm2):E=20600000.00N/cm2
    I--型钢截面惯性矩(cm4),I=3400;
    型钢最大挠度计:ω=0.677×130×3604/(100×2.06×107×3400)=2.024mm;
    型钢的最大容许挠度值:[ω]=3.6mm;
    型钢的最大挠度计算值ω=2.024mm小于型钢的最大容许挠度值[ω]=3.6mm,满足要求!
结束语
    此方案在编写时经过多次谈论分析和受力计算,并且在武汉地铁8号线土建项目后浇结构施工过程中得到了成功应用,是一套可行的指导性施工方案。
    在方案实施过程中,对盾构施工通行基本无影响,而且土建施工部分也能够按节点完成任务,避免了以往施工过程中,待盾构贯通后再施工后浇部分施工队伍二次进场所带来的经济损失,为公司最大限度的节约了管控成本。
 

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