地铁基坑斜撑处围护结构与钢围檩连接结构型式优化研究_杨青戈.pdf

2020年第12期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-05-30修回日期 2020-05-30 作者简介 杨青戈 （1981-） ， 男 （汉族） ， 湖南汉寿人， 工程师， 现从事土木工程施工与管理工作。 地铁基坑斜撑处围护结构与钢围檩 连接结构型式优化研究 杨青戈* （中铁十二局集团第七工程有限公司， 湖南 长沙 410004） 摘要 地铁车站深基坑支护体系设计与施工过程中， 往往忽略基坑阴阳角位置处钢围檩中轴向力的存 在， 易使钢围檩产生滑移， 造成钢支撑脱落甚至基坑垮塌。结合工程实践， 提出采用 “L” 型抗剪销钉锚固 于基坑围护结构， 并与钢围檩焊接固定， 形成有效抗剪的强连接结构。实践表明，“L” 型抗剪销钉不仅满 足强度及安全要求， 而且施工比传统的 “一” 字型销钉更为简单、 便捷， 且不损伤钢围檩 “H” 型钢， 提高了 材料的循环利用率， 在地铁车站钢支撑斜撑施工中显示出显著的经济效益及较好的推广应用前景。 关键词 地铁车站； 围护结构； 钢围檩； 斜撑； 抗剪销钉 中图分类号 U231 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202012-0167-03 地铁是一种高效、 环保、 准时的公共交通出行方 式， 并能满足城市集约用地及景观保护需求， 正成为各 大城市解决地面交通拥堵的优先选择方案[1]。然而， 地 铁车站通常位于复杂、 繁闹的环境中， 与既有建筑距离 较近， 且所穿越地层中各类管线密集， 地铁基坑开挖所 引发的潜在安全风险极高， 必须采用合理的支护体系 才能保证深基坑的施工安全。 我国已经具备较为成熟的地铁车站支护体系设计 理论和施工技术， 并秉持着精细化、 高效化、 环保化的 理念不断完善和改进这一体系[2]。钢围檩作为内支撑 与围护结构的连接部分， 直接影响到整个支护体系的 安全与稳定， 尤其是在基坑阴阳角位置， 两侧的钢围檩 仅存在部分重叠， 由于错开的钢围檩端头部分没有进 行临时封堵及抗滑移措施， 钢围檩容易发生水平滑动， 影响支撑稳定及基坑安全。许多工程技术人员对此进 行了关注与研究， 例如， 刘斐然等[3]提出了一种钢围檩 与基坑竖向围护体的装配式连接结构， 解决了钢围檩 施工对基坑竖向围护体产生损伤的问题。祖希龙等[4] 发明了一种钢围檩的防坠落装置， 解决了地下明挖车 站作业空间不足的问题。王浩楠等[5]优化了钢支撑安 装于基坑钢围檩上时所用的托架及其施工方法， 解决 了钢围檩安装困难的问题。 基于此， 本文以徐州城市轨道交通2号线工程为依 托， 通过工程实践研究提出了一种用于地铁车站围护 体结构和钢围檩之间的连接构造， 该构造可改善现有 基坑阴阳角处钢围檩抗剪强度不足、 容易滑移等安全 问题， 同时还具有简化施工和节约成本等优势。 1背景 地铁车站深基坑的支护体系由围护结构和内支撑 两大部分组成。围护结构形式较多， 包括地下连续墙、 钢板桩墙、 排桩、 SMW桩、 钻孔咬合桩等， 其工艺方法、 施工特点和适用范围各异， 可根据地基土质情况、 水文 情况、 地面荷载情况及施工特点等综合比选后确定。 基坑内支撑体系主要有钢支撑体系、 钢筋混凝土支撑 体系以及钢支撑钢筋混凝土支撑混合体系三类。 地铁车站明挖深基坑多采用桩钢支撑的围护体系， 这种围护体系兼具支撑刚度大， 基坑变形小、 钢支撑材料 可循环利用等特点， 更加符合安全施工、 绿色施工的要 求。在基坑开挖前， 通过钻孔灌注桩等形式在基坑周围 施作围护结构， 然后对基坑进行分层开挖， 并根据基坑开 挖安全要求及监控量测反馈信息， 及时施加钢围檩钢支 撑支护。在钢支撑安装过程中需首先架设钢围檩， 并在 钢支撑与钢围檩之间通过络头进行连接， 利用钢围檩将 支撑力传递至围护桩。其工艺流程如图1所示。 隧道与建设工程 167 2020年第12期西部探矿工程 图1基坑钢支撑安装工艺流程 如图2所示， 钢支撑垂直作用于钢围檩上时， 钢围 檩内无轴向力， 且在跨中和支点位置分别承受最大弯 矩与最大剪力作用。但在基坑阴阳角位置， 钢支撑斜 撑于钢围檩上， 结构除受弯剪作用外， 还将受到较大的 轴向力作用。 图2拐角处钢支撑钢围檩示意图 为此， 工程实施过程中， 项目部组织技术力量， 针 对该问题开展了细致的探讨， 研究提出了一种用于地 铁车站围护体结构和钢围檩之间的连接构造。 2技术优化 当斜撑钢腰梁抗剪构造不合理或围护结构与钢围 檩连接强度不足时， 水平轴力作用将使钢围檩产生滑 移， 造成钢支撑失效甚至脱落[6]。因此， 需对钢围檩采 取固定措施以增强其抗剪能力。 原设计为 根据销钉布设间距， 分别在基坑围护结 构及 “H” 型组合钢围檩上预先钻孔。安装时， 将双 “H” 型组合钢围檩按设计要求放置在牛腿托架上， 并将 “一” 字型抗剪销钉打入组合钢围檩及围护结构的预留孔洞 内， 利用销钉锚塞提供的反向剪力对钢围檩进行固定。 为使围护结构与钢围檩间形成强连接， 提高结构 的抗剪能力， 进行如下优化设计 采用 “L” 型抗剪销钉 代替 “一” 字型抗剪销钉； 销钉布置于钢围檩上下两侧， 锚固于围护结构上， 并与钢围檩焊接固定。具体包括 在围护结构上按设计位置预先埋设销钉孔洞， 将双 “H” 型组合钢围檩按设计要求放置在牛腿托架上， 顶部用 拉锁拉紧至紧贴围护结构面后， 将 “L” 型抗剪销钉较长 边打入围护结构的预留孔洞并进行锚固， 然后将较短 边密贴 “H” 型钢围檩并满焊， 从而形成有效连接。 原设计施工存在以下困难 （1） 在 “H” 型钢侧壁上钻孔需要专门的钻机， 设备 较大且移动困难， 作业难度较大； （2） 围护结构中的钻孔孔位需与 “H” 型钢侧壁孔位 完全吻合， 定位精准度要求极高， 而在实际操作中， 两 者孔位难以完全吻合， 销钉打入时经常错位、 扭曲， 无 法满足结构强度要求， 且后期整改难度大； （3） 钻孔后的型钢残值较低， 材料无法循环使用， 周转利用率低， 造成较大的材料浪费。 采用 “L” 型抗剪销钉， 无需在 “H” 型钢侧壁上进行 钻孔， 减少了施工工序， 降低了施工难度， 节约了时间 成本； 同时， 对 “H” 型钢的破坏减少， 提高了 “H” 型钢的 残值， 结构强度得到保证， 更有利于施工安全。 3工程应用 地铁车站端头井及盾构井是盾构隧道施工时的工 作井， 相比标准段而言， 其开挖深度更大、 基坑支撑体 系更复杂， 且端头支撑体系的布置形式大都为斜撑 型。因此， 在端头井及盾构井支护体系的施工中， 经常 涉及斜撑作用于钢围檩的情况， 设计时应充分考虑钢 围檩中轴向力的存在， 并对结构连接处采取一定的强 化措施。 2016年6月以来，“L” 型抗剪销钉在徐州城市轨道 交通2号线11标文博园站端头井及文博园站大龙湖 站区间盾构井钢支撑安装施工中进行应用。按原设 计， 施工时间需要3～5d， 施工工人30人， 预计造成约 68.947t “H” 型钢材料的浪费。技术变更后， 在满足结 构安全性要求的同时， 施工时间减少为1.5～2d， 施工 工人减少为20人， 所使用 “H” 型钢围檩均可被再次利 用， 避免了材料浪费。从经济效益来看， 文博园车站节 省时间、 人力及材料成本约28万元。实践证明，“L” 型 抗剪销钉在地铁车站围护结构端头井、 盾构井等采用 斜撑的钢支撑施工中具有显著的经济效益及较好的推 广应用前景。（下转第172页） 168 2020年第12期西部探矿工程 底环向间距1.5m， 纵向间距2m； 注浆浆液采用1 ∶ 1水 泥浆液， 注浆压力按0.3～0.5MPa。先对初期支护进行 拆换， 拆换段初期支护及二次衬砌进行加强， 初期支护 厚度调整至30cm， 二衬衬砌厚度调整至60cm。 5结语 该隧道浅埋段发生滑坡后， 通过现场补充勘探、 监 控量测、 滑坡原因分析、 滑坡推力检算， 经方案比选后 采用的反压回填、 大减载、 增设抗滑桩方案， 滑坡整治 后效果好， 整治代价小。浅埋偏压段在低山侧拉槽施 工卸载、 明洞坡脚开挖后长期不施作明洞、 设计局部抗 滑桩和地表注浆措施施作不到位， 在地表强降雨恶化 工程地质条件后容易引发滑坡。 参考文献 [1]邓小鹏.温岭隧道滑坡分析与处治方案研究[J].公路,20145 199-122. [2]王崇讯.隧道口滑坡的影响因素和处理措施浅析[J].铁道工 程学报,2008350-53. [3]王亚琼,王开运,赖金星,等.隧道洞口滑坡综合治理与监测分 析[J].铁道工程学报,201510103-108. [4]张伟,焦玉勇,郭小红.隧道洞口滑坡稳定性分析与防治措施 [J].岩土力学,2008,29S1311-314. [5]邢军,董小波,贺晓宁.隧道洞口滑坡工程地质问题与变形机 理研究[J].灾害学,2018,33S114-17,29. [6]吴红刚,吴道勇,马惠民,等.隧道滑坡体系类型和隧道变形 模式研究[J].岩土力学与工程学报,2012,31S23632-3642. [7]马惠民,吴红刚.隧道滑坡体系的研究进展和展望[J].地下 空间与工程学报,2016,122522-530. [8]史晓琼.青坪隧道浅埋偏压及滑坡处治安全监测研究[J].公 路工程,2012,371157-160. [9]全炳欣.黄花岭隧道进口滑坡处治分析[J].公路,2014,595 78-81. [10]张鹏元.公路隧道洞口滑坡分析与综合治理[J].中外公路, 2018,38143-46. Landslide Treatment Technology at Portal Section of a Unsymmetrically Loaded Tunnel TANG Bo China Railway Fourth Survey and Design Institute Group Co., Ltd, Wuhan Hubei 430063, China Abstract Due to the influence of station location, the tunnel en- trance of a railway mountain tunnel is in the shallow buried bias section for a long distance, and the overlying soil layer is thick, which causes landslide under the influence of heavy rainfall and slope toe construction. The longitudinal cracking of tunnel lining caused by landslide endangers the safety of construction and opera- tion. Through supplementary exploration, landslide cause analysis and comparison of landslide treatment schemes, the of anti slide pile large load reduction back pressure backfill is adopt- ed, and good treatment effect is achieved. Key words unsymmetrically loaded tunnel；tunnel entrance； landslide； comprehensive improvement （上接第168页） 4结论 （1） 基坑阴阳角位置， 钢支撑斜撑于钢围檩上， 结 构除受弯剪作用外， 还将受到较大的轴向力作用。 （2）“L” 型抗剪销钉锚固于基坑围护结构， 并与钢 围檩焊接固定， 可有效提高钢围檩结构的抗剪能力、 比 “一” 字型销钉施工更为简单、 便捷， 且不损伤钢围檩 “H” 型钢， 提高了材料的循环利用率。 （3）“L” 型抗剪销钉在地铁车站围护结构端头井、 盾构井的钢支撑斜撑施工中具有显著的经济效益及较 好的应用前景。 参考文献 [1]闫超.巨厚砂层地质条件下的地铁车站基坑设计研究[J].土 工基础， 2019， 33 （2） 129-132. [2]皮海波.隧道工程钢围檩、 支撑及系梁施工实例分析[J].安徽 建筑， 2018， 24 （6） 201-202. [3]王琪.钢围檩与基坑竖向围护体的装配式连接结构 CN201910946750.0[P].2020. [4]黄河勘测规划设计研究院有限公司.用于基坑临时支护的 钢围檩连接结构 CN201821764452.7[P].2019. [5]中建八局轨道交通建设有限公司.钢支撑安装于基坑围檩 用的托架及其施工方法 CN201911078756.7[P].2020. [6]管喆玮.地铁车站深基坑支护体系设计研究[J].价值工程， 2020， 39 （8） 108-109. 172