软弱地层盘扣架代替钢倒撑在地下三层地铁车站基坑的应用

孟灵波

（中铁隧道集团局集团路桥工程有限公司，天津，300000  ）

摘要在深大基坑软弱粉砂高富水基坑，围护结构封闭后进行土方开挖、内支撑倒换、车站结构施工等工序转化使基坑变形，可造接缝处涌水涌砂造成基坑坍塌事故，往往围护结构变形不易控制。本文主要结合天津地铁4号线某三层结构车站施工实例，通过盘口架安装、受力分析和施工监测探究，提出以盘扣架代替钢倒撑的一种能保证基坑安全的施工方法，为相关工程提供借鉴。

关键词 软弱地层、钢倒撑、盘扣架

1. 引言

近年来，随着城市繁华地区地铁线路不断加密，为了减少城市土地资源紧张问题，拓宽城市空间，地铁车站设置越来越深，确保以后在地铁上方规划商业、管线等构筑物，如何控制深大基坑在施工过程中的基坑变形、渗漏等不利影响成为在工程领域上的重点难点问题，深大基坑设计之初会考虑负三层的层高变形问题设置刚性砼支撑，在底板浇筑完成后负三层侧墙分两次施工，同时为考虑不利变形影响往往会在已浇筑的侧墙上设置钢倒撑，来抵抗围护结构的变形。钢倒撑架设后，在施工上一层中板结构和后期钢支撑拆除时，施工十分不便，安全风险多。通过对盘钩架的受力验算分析、施工架设和施工监测，找到一种安全、高效的支撑，在功效、安全、荷载转换施工管理等方面分析钢倒撑施工架设问题，提出了在地下三层车站采用盘扣架代替钢倒撑的建议，向安全可靠、操作简便、安全方向推进。通过初步实践结果介绍，可供类似地下三层车站钢换撑体系转换盘口支撑体系施工提供选择性参考。

2.工程背景

天津某车站车站全长198.8m，正线线间距17m，站台宽14m，主体结构标准段总宽度为23.1m/23.4m，为地下三层双柱岛式站台车站，站中心里程处顶板规划覆土约3m，标准段基坑深度为26.5m，车站共设2组风亭，2个出入口，均采用明挖法施工。车站南侧小区为6层住宅楼，钢混结构，距离车站结构最近约50.4m，西侧为楼房距离附属结构44.36m。车站平面布置见图1。

围护结构采用1000mm厚地下连续墙，C35 P8钢筋混凝土，插入比：0.86/0.815。基坑标准段竖向设置竖向设6道支撑+2道倒撑。第一、五道为钢筋混凝土支撑，第一道撑截面800mm×1000mm，第五道为1000mm×1200mm，第二~四、六道及倒撑为直径800mm、壁厚16mm的钢管支撑。车站基坑竖向支撑体系横断面见图2。

图1  车站平面布置图

图2 车站基坑竖向支撑体系横断面图

地质情况：基坑范围内主要地层依次向下主要是①1素填土、⑥4粉质粘土、⑨1、2粉质粘土、粉砂。

水文情况：主要为潜水和承压水两类。潜水一般分布于浅部土层中，以第8-1层粉质粘土为相对隔水底板，潜水补给来源主要有大气降水入渗及地表水迳流侧向补给，水位埋深一般为1.0～3.0m，年变幅在0.5～1.0m左右。承压含水层水位受季节影响不大，水位变化幅度小，接受上层潜水的补给，以地下径流方式排泄，同时以渗透方式补给深层地下水。

3.盘扣架施工方案

3.1原施工方案施工流程

第一步施作结构底板、底纵梁及部分侧墙→第二步待底板强度达到设计强度后，拆除第六道支撑，施作剩余部分边墙防水层、边墙结构→第三步边墙达到设计强度后，先施做倒撑再拆除第五道支撑，继续施作剩余部分边墙防水层、边墙结构及负二层中板→第四步待负二层中板达到设计强度后，拆除第四道支撑以及第一道倒撑，施作剩余部分边墙防水层、边墙结构，边墙达到设计强度后，先施做倒撑再拆除第三道支撑→第五步施作负一层板、边墙防水层、边墙结构及柱。待负一层板达到设计强度后，拆除第二道倒撑，施作剩余部分设备层边墙防水层、边墙结构→第六步施作剩余部分边墙防水层、边墙结构、柱，拆除第二道支撑，施作剩余部分边墙防水层、边墙结构、柱至负一层板

3.1盘扣架方案

在负三层设置盘扣架脚手架，盘扣架采用钢管采用Φ60×3.2，Q345B低碳合金钢钢管。盘扣架采用4根盘扣钢管作为立柱，断面尺寸为600×600mm，纵向间隔1.5m设置联系杆，同时联系杆间利用斜杆进行连接，设置位置见图3。盘扣架两端采用可调节托撑撑在已施工完成的主体侧墙上，桁架本身与支架立杆进行连接，增加多点约束，同时将支架所有水平杆与侧墙顶紧，保证其整体性和稳定性。

图3钢倒撑位置和盘扣架设置断面图

3.2盘扣架钢管撑体系代替钢倒撑受力验算

依据钢支撑设计轴力负三层钢倒撑1轴力设计值为1348.46KN/m，钢倒撑预加轴力设计值均为0KN/m。

⑴设计钢倒撑轴力值计算

根据设计图纸给出钢倒撑轴力，两根支撑中心距离取最大值3m进行验算，核算3m范围内支撑轴力设计值。取标设计轴力1348.46kN/m，预加轴力按照30%进行验算。

故：3m范围内预加设计轴力为1348.46×3×0.3=1213.614KN；

⑵单根钢管撑抗压允许承载力计算

根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》计算钢管脚手架单根管的轴心抗压允许承载力：

N ≤φA f                    式（5-1）

式中：N为钢管轴心抗压承载力允许值；

φ为轴心压力稳定性系数，与长细比有关，需进一步计算；

A为钢管截面面积，φ60  3.0mm钢管截面积为5.95cm2；

f为钢材抗压强度设计值，Q235钢材f=205N/mm2。

其中φ值计算如下：

                式（5-2）

式中，或者取大，取1.423m；i为回转半径15.94mm。

（k为等效长度系数取1.272、u为长度附加系数取1.243，l为两主节点间距0.9m，a为悬臂长度0.25m。故（m），（m），最终取值1.423m）

将和i值带入式（5-2）得：

当时，φ=0.667

将φ=0.667带入式（5-1）中得：

N ≤φA f =0.667*5.95*100*205=81.5KN

经以上计算的知，单根钢管承载力设计值最大值为81.5KN。

⑶格构柱式桁架体系代替钢换撑验算

3m范围内钢管承载力允许值与钢倒撑轴力设计值对比，前者大于后者即说明群体钢管代替换撑满足要求。

负三层采用4个格构式桁架体系代替一根钢换撑，即：

81.5*4*4=1304KN＞1213KN

钢管承载力＞设计轴力。

因此，钢管承载力满足设计换撑轴力要求，可等效替换。

结论：采用钢管对撑形式替代换撑其抗压承载力满足要求。

4 应用与讨论

施工监测情况：第二道砼支撑割除前，在侧墙位置设置水平位移检测点，结合围护结构水平深度位移进行全过程监测。混凝土割除后水平累计变化量-2.5mm，围护结构对应位置变化量1.2mm。施工过程中地连墙接缝未出现渗漏点，结构侧墙未出现裂缝。实施效果见图4。

图4  盘扣架实际实施效果

5 结论

钢倒撑安装工序复杂，在施工侧墙时需预埋钢板和后期焊接托板，拆除时需在中板预埋吊环用手拉葫芦拆除，拆除作业空间狭小、周期长，吊装困难，运输难度大，安全隐患多。通过实际操作和对盘钩架受力验算分析、施工架设、施工监测效果看，盘扣钢桁架可以提前在地面预拼装，整体吊装提高架设效率、后期拆除安全且功效高，可降低施工难度和风险，为类似工程提供参考。

参考文献

[1]《建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准》JGJT 231-2021

[2]《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》