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摘要：交通堵塞制约城市发展的重要因素，还会对城市环境以及城市居民的日常工作生活造成影响。以地铁为主的轨道交通可以有效缓解城市的交通拥挤现象，与传统的交通运输方式相比，地铁速度更快且安全可靠性较高。但是地铁车站的修建工程量较大，如果需要在城市的闹市区修建地铁车站则会受到周边环境以及路面交通的限制，可以采用挖法施工确保施工进度和施工质量。针对于此本文就盖挖顺作法地铁车站的竖向支撑系统进行了研究，以期可以为类似的工程施工提供借鉴。
关键词：盖挖顺作法 地铁车站 竖向支撑系统
采用盖挖顺作法进行支撑系统的施工时必须要明确路面系统的荷载，并对不同形式的临时路面系统结构进行计算，确保盖板和盖板梁设计的合理性。立柱桩差异沉降以及围护结构都会对车站的结构产生影响，在进行工程设计时必须要提高对于这些要素的重视程度，尽可能避免施工安全事故的发生。
一、 地下连续墙研究
1.1地下连续墙特点
地下连续墙是地铁车站重要的围护结构，在施工过程中连续墙可以起到防渗漏、挡土、挡水的作用，在地铁车站投入使用之后连续墙还可以继续承重，从而减少地铁车站底部地基的附加应力。地下连续墙构造可以提高地铁车站的整体支撑能力，减少建筑物沉降。地下连续墙除了作为地铁车站的基坑的围护结构之外，在一些工程中也有将其作为主体结构进行建设的案例，因而连续墙的侧墙结构既可以是双层也可以是单层，单层侧墙一般只是作为施工阶段的围护结构，而双层侧墙还可以在浇筑钢筋混凝土内衬，使其成为复合型的永久侧墙，在工程使用阶段继续发挥其承载作用。
1.2地下连续墙承重设计
盖挖顺作法地铁车站竖向支撑系统的地下连续墙承重设计至关重要，计算方法常见的包括基床系数法和桩基规范法。一般来说常规的工程不需要对工程地基土的分担作用进行考虑，只需要对立柱桩和地下连续墙的荷载分担进行思考。
首先是基床系数法。即在不考虑底板影响的情况下对地下连续墙的承载进行单独的分析，基床系数法中将桩、底板和地下连续墙是为一个整体，工程上部结构的垂直荷载需要这些部分共同承担，这种计算方法也将为简单。地下连续墙的结构弹性根据工程地基上的平板进行整体计算，并将包括连续墙在内的地下结构视作竖向支撑系统的基础结构弹簧，之后再对媒体部分选取不同的基床系数，结合竖向支撑系统的结构荷载作用利用软件对桩、底板和地下连续墙的沉降、不同节点内力以及荷载分担情况进行计算，整体计算简图如图1所示。
图1-1 基床系数法的整体计算简图
其次是桩基规范法，这种方法是将地下连续墙墙顶的垂直荷载和地下结构楼板传递的部分荷载假设全部由连续墙来承载，底板与桩不参与荷载的分担。这种计算方式之下地铁车站竖向支撑系统地下连续墙的垂直荷载受力分析如图2所示，连续墙需要上下两部分的荷载。地下连续墙作为地铁车站支撑系统的基础结构，必须确保其坚固性和承重性能，针对于此可以在墙底注浆加固，在一定程度上提升连续墙的竖向端部承载力。
图2 地下连续墙承受垂直荷载的受力示意图
二、立柱和立柱桩研究
2.1立柱和立柱桩施工
盖板以及地下结构楼层的重量都将直接作用在立柱和立柱桩上，为了避免施工过程中严重的变形以及与地下连续墙之间过大的差异沉降导致工程稳定性的降低，必须在工程设计时做好充分的计算。盖挖顺作法中一般会先进行中间立柱和围护结构的施工，以便于为后续的施工提供支撑构建。根据使用功能的不同可以将中间立柱分为只在施工期间作为支撑构件使用的临时立柱与将作为工程主体结构的永久性承载构件，在实际的施工中也可以采取两种立柱施工方法相结合的办法。
在进行立柱体系的选择与设计时，需要综合考虑地铁车站的建筑布局、工期造价、承载体系受力的合理性以及结构安全性。相较于永久性立柱，临时立柱在盖挖顺作法地铁车站修建中更为常见，这主要是因为这种施工方法的工程上部荷载较小，可以直接采用更为简单的合成简易格钩作为承载，且机动性更强，永久性承载立柱大多采用钢管混凝土柱。导致立柱桩沉降的原因是多方便的包括开挖方式、土层特性以及支撑类型等等。在基坑隆起和竖向荷载的共同作用之下，立柱桩存在上台和下沉两种可能性，设计人员需要充分考虑到两种情况。
2.2立柱承载力分析
采取盖挖顺作法施工的地铁车站竖向支撑系统的立柱的承载力会对整个系统的稳定性产生影响，支撑盖板的立柱形式较为多样，型钢柱、格构式钢柱以及钢管柱在实际的工程施工中应用的都比较多，工程设计和技术人员可以根据工程的实际状况和要求进行选择。立柱设计过程中需要将行业规定的允许偏差计入偏心对承载能力的影响，立柱偏心包括立柱与水平支撑不对称导致的偏心、荷载与立柱截面的偏心、安装时产生的底偏心等等。立柱承载力的计算分析具体有四个方面的内容，桩沉降计算、立柱桩承载力计算、钢管混凝土柱承载力计算以及型钢柱、格构柱和钢管柱的承载力计算，之后再对这些数据进行综合的分析最后根据计算结果进行立柱的设计和施工。
三、 竖向支撑系统差异沉降影响分析
3.1计算参数的选定
立柱桩和围护结构是地铁车站竖向支撑系统的主要组成部分，但是施工以及地铁车站使用。过程中地下连续墙与立柱桩之间存在差异沉降，使得临时路面系统的附加应力较大。为了准确计算差异
沉降的影响，以免于采取恰当有效的处理措施，首先需要先对计算参数进行选定。以两层两跨框架结构的盖挖顺作法地铁车站为例，开挖至底板未浇筑结构底板时最上部为混凝土盖板梁，竖向支撑系统不同部分的尺寸差异较大，具体如表1所示。
表1 结构各部分尺寸
竖向支撑系统除了一般情况下施加的荷载之外，还会根据实际状况在立柱底部施加5～30mm的大小不同的六种荷载，具体的位移荷载施加如图3-1所示。
图3盖挖顺作法地铁车站立柱底部位移荷载示意图
3.2计算结果分析
选定相关参数以及计算方法之后便要进行计算，计算的内容包括地铁车站竖向支撑系统结构的变形和内力、不同差异沉降下的盖板梁弯矩值以及由弯矩值求得的混凝土盖板梁裂缝情况、盖板梁不同差异沉降作用下的最大内力等，其中盖板梁的内力承受情况如表2所示。
表3-2 不同差异沉降下盖板梁最大内力
通过对相关数据的汇总分析和计算可以发现盖板梁内最大附加弯矩值会伴随着差异沉降量的增加而增大，当地铁车站竖向支撑系统立柱桩的差异沉降量为5mm时，盖板梁最大弯矩值为282KN▪m，此时混凝土裂缝宽度为0.03mm，而当差异沉降量达到20mm时，盖板梁最大弯矩值提高，于此同时混凝土裂缝宽度也达到了0.2mm。根据相关的行业标准和规范要求，钢筋混凝土结构件的裂缝宽度不可超过0.2mm，因而该地铁工程的地下连续墙与立柱桩之间的最差差异沉降量不可以超过20mm，一般来说地盖挖顺作法的地铁车站竖向支撑系统的立柱桩需要存在60%的允许变形报警值，因而在12mm时就需要触发报警。为了确保工程施工的顺利进行，避免地铁安全事故的出现需要对立柱桩以及地下连续墙施工进行严格的监控，一旦超过警戒值便要立即采取相应的补救措施。
四、 结束语
综上所述，采用盖挖顺作法的地铁车站竖向支撑系统系统中，盖板梁具有重要的支撑作用，此外盖板梁刚度的折减还会对低下连续墙的整体性产生影响，主要体现在连续墙墙顶的水平位移。控制沉降是确保地铁车站结构的重要途径，在实践中需要根据工程的具体要求确定连续墙和立柱桩的差异沉降报警值，提高工程安全监测的合理性。
参考文献：
[1]吴洪强. 淤泥质软土地层中盖挖逆作车站顶板土胎模施工技术[J]. 天津建设科技，2017（01）
[2]晏启祥. 洞桩法地铁车站施工力学行为及其修正荷载-结构模型研究[J]. 现代隧道技术，2016（06）
论文作者:张公羽
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第24期
论文发表时间:2018/4/8
标签：立柱论文; 荷载论文; 地铁论文; 车站论文; 盖板论文; 结构论文; 地下论文; 《建筑科技》2017年第24期论文;