基坑扩大断面龙门吊轨道梁及支撑体系

一、 前言

在地铁车站及隧道施工中，龙门吊应用非常广泛，但在实际施工中，由于基坑两侧存在扩大断面，龙门吊往往无法工作，对龙门吊利用率大大降低，对车站的开挖及主体结构施工都造成一定影响。原设计是在扩大端位置采用塔吊，但考虑到现场实际情况，距离房屋及道路太近，在施工中存在较大安全隐患，且使用塔吊又增加了施工成本。为提高龙门吊利用率及降低施工成本，由中铁十九局集团轨道交通有限公司五公司承建的珠江三角洲城际快速轨道交通广佛线17标石溪站，应用本工法，得到了较好的效果。

二、工法特点

1、提高龙门吊利用率，方便施工。

2、降低施工成本。

3、有效的利用施工场地。

三、适用范围

含扩大端结构的地铁车站施工。

四、 工艺原理

由于地铁车站两端有扩大断面，龙门吊轨道梁将从标准断面铺设至扩大断面，在扩大断面较小的位置，轨道梁可以直接加设在基坑的支撑上，在扩大断面较大的位置，轨道梁则需架设在支撑的临时立柱上。需要验算支撑及临时立柱的承载力、抗剪及抗弯强度，支撑体系需满足龙门吊起重吊装时的最大荷载要求，确保龙门吊的安全运行。

五、 施工工艺

（一）施工方法

1、确定龙门吊轨道平面位置

根据本站现场实际情况，轨道梁跨距22.4m

2、设计轨道梁尺寸

选跨度最大的轨道梁进行验算，若符合要求，其余位置则均满足要求。

在Ⅰ号出入口位置，轨道梁跨度为10m。

M=P[L/4-(a-x)/2]+ P[L/4-x/2]=P（La）/2

Mmax=P（La）/2

根据现场实际情况和龙门吊参数： a=7.5m，P=（25+2.35+16）*10/4=108.4kN

L=10m，梁宽500mm，高1000mm

Mmax= P（L a）/2=1.2x108.4(10-7.5)/2=162.6kNm

梁自重产生的弯矩M1=1.2*1/8*20*10*10=300kNm

M= Mmax+ M1=462.6kNm

Vmax=1.2*(108.4+6.5/10*108.4+20*10)=454.632kN

（1）已知条件及计算要求：

①已知条件：矩形梁，b=500mm，h=1000mm。

砼强度等级 C30，fc=14.30N/mm2，

纵筋级别 HRB335，fy=300N/mm2，

箍筋级别 HPB235，fy=210N/mm2。

弯矩设计值 M=470.00kN.m，

剪力设计值 V=500.00kN，

扭矩设计值 T=0.00kN.m。

②计算要求：

a.正截面受弯承载力计算

b.斜截面受剪承载力计算

c.受扭承载力计算

d.裂缝宽度计算。

（2）截面验算：

截面验算：V=500.00kN < 0.250βcfcbh0=1367.44kN 截面满足

截面配筋按纯剪计算。

（3）正截面受弯承载力计算：

①按单筋计算：as下=35mm，相对受压区高度ξ=x/h0=0.119 < ξb=0.550

②上部纵筋：按构造配筋As=800mm2，配筋率ρ=0.20%

③下部纵筋：As=ξa1fcbh0/fy=2178mm2ρmin=0.21% < ρ=0.54% < ρmax=2.50%

（4）斜截面受剪承载力计算：

受剪箍筋计算：Asv/s=583.22mm2/mρsv=0.12% < ρsvmin=0.16% 按构造配筋Av/s=817mm2/m

（5）配置钢筋：

①上部纵筋：计算As=800mm2，实配4D16(804mm2 ρ=0.20%)，配筋满足

②腰筋：计算构造As=b*hw*0.2%=765mm2，实配4D16(804mm2 ρ=0.20%)，配筋满足

③下部纵筋：计算As=2178mm2，实配9D18(2290mm2 ρ=0.57%)，配筋满足

④箍筋：计算Av/s=817mm2/m，实配d8@240四肢(838mm2/m ρsv=0.17%)，配筋满足

（6）裂缝计算：

①计算参数：Mk=42.86kN.m，最大裂缝宽度限值0.400mm。

②受拉钢筋应力：σsk=Mk/(0.87h0As)=28.12N/mm2 < fyk=335N/mm2。

③裂缝宽度：Wmax=0.010mm < Wlim=0.400mm, 满足。

最终实配钢筋：

上下各9根D20，腰筋8根D16，箍筋10@200四肢箍

3、验算支撑体系

（1）Ⅰ号风道位置支撑承载力验算。

斜撑，跨度15m

第一道支撑：轴力设计值1425KN，支撑在与吊车梁相交处受集中荷载最大为215KN，弯矩860，剪力850

截面验算:V=850.00kN

按纯剪截面计算。

第二道支撑跨度小于第一道支撑，截面同样满足要求

（2）东端扩大端位置支撑体系验算

①型钢立柱支撑验算

支撑在与轨道梁相交处受集中荷载最大为215KN，采用两根63C型工字型钢焊接。截面尺寸为480mm×670mm。

a.强度验算：

按轴心受压计算，稳定性计算公式：

N/（φA）≤f

N――轴心拉力或压力；

φ――轴心受压构件稳定系数，根据构件的长细比及屈服强度，查《钢结构设计规范》得φ=0.523

A――构件的毛截面面积。

215000/（0.523×48×67）=127.86≤335 稳定性满足要求。

b.刚度验算：

轴心受压构件的刚度用长细比来衡量。受压构件的容许长细比按《钢结构设计规范》表5．3．8采用。

构件计算长度：l0=l1(0.75+0.25N2/N1)

l0――计算长度；

l1――构件的几何长度（节点中心间距离）

N1――较大压力，计算时取正值；

N2――较小压力或拉力，计算时拉力取正值，拉力取负值。

l0=1.2×(0.75+0.25×215/43)=2.4m

λ= l0/im

im2――构件对X轴的回转半径，im=0.49b=147mm

λ=2400/147=16.32≤[λ]=200刚度满足要求。

立柱7、8、9、10为避开底板纵梁，分布在龙门吊轨道梁两侧，中间采用用两根45C型H型钢做联系梁，轨道梁直接架设在联系梁上，取跨度较大的梁进行验算。

②联系梁强度验算

a.抗剪强度验算：

т=VS/Itw≤fv

V――计算截面沿平面腹板作用的剪力；

S――计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩；

I――毛截面惯性矩；

tw――腹板厚度。

т=（147×103×1099024）/（5.94×108×15.5）=17.54N/mm2≤fv=125N/mm2

强度满足要求。

b.抗弯强度验算：

σc=ΨF/lztz≤f

F――集中荷载，对动力荷载应考虑动力系数

Ψ――集中荷载增大系数；对重级工作制吊车梁Ψ=1.35，其他梁Ψ=1.0

lz――集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度；按下式计算：

lz=a+5hy+2hr

a――集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，对钢轨上的轮压可取50mm。

hy――自梁顶面至腹板计算高度上边缘距离。

hr――轨道的高度，对粱顶无轨道的梁hr=0。

f――钢材的抗压强度设计值。

σc=（1.35×215×103）/（248×15.5）=75.5≤f=215

抗弯强度满足要求。

c.整体稳定性验算：

l1/b1=787/408=1.3≤13（查表得数值）

根据《钢结构设计规范》中4.2中规定，当H型钢或等截面工字型简支梁受压翼缘的自由长度l1与其宽度b1之比不超过表4.2.1中数值时，可不计算梁的整体稳定性。

4、施工临时立柱

临时立柱桩直径为1200mm，在围护结构施工完成后可以开始施工，采用冲击钻机进行冲孔，深度冲至底板下2m。底板下2m要求灌注砼，作为临时立柱的基础，上部则回填砂。临时立柱采用2两根63C型H型钢焊接而成。

5、施工轨道梁

轨道梁尺寸采用500mm×1000mm，采用普通C30商品砼，在施工冠梁及支撑时，与轨道梁向交的部分要求预埋钢筋，临时立柱及联系梁与轨道梁则采用螺栓连接。

（三）操作要点：

1、临时立柱桩在施工前，必须与主体结构施工图纸核对，避免临时立柱与底板、中板、顶板的结构梁冲突；

2、在加工临时立柱时，所有构件要求满焊且焊接质量满足规范要求；

3、所有支撑与轨道梁连接处严格按照图纸施工，避免连接处松动，发生安全事故；

4、在施工轨道行走梁时，定位一定要准确，由于本站东西两侧路面存在2‰高差，在施工轨道梁时，标高要求相应的增加；

5、吊装临时立柱时，要严格控制H型钢立柱的顶标高，在吊装完成后，将型钢立柱固定，要求保持型钢立柱的垂直度。

六、效益分析

根据现场场地实际情况，对原设计采用一台塔吊、一台龙门吊的施工方案进行优化，现只需一台龙门吊，降低成本是明显的，且增加了单次吊装重量及提升速度，使土方开挖及主体结构施工的工作效率得到了较大提高。扩大端位置的临时型钢立柱在原设计是为扩大端砼撑做支撑的，现增加了它的功用，提高了临时立柱的使用价值。龙门吊轨道直接铺设至地面上，充分利用了现有场地条件，比原设计使用塔吊的作业范围更大，方便施工，提高施工安全指数。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。