南京地铁新街口站钢便桥盖挖法施工技术

1 工程概况

　　南京地铁2号线新街口车站以新街口环岛为中心分为东、西两段，东段位于中山东路下，西段位于汉中路下。与南北向正在运营的1号线新街口站（地下三层车站）呈“T”形相交并相互换乘。2号线新街口站全长为362.6m，东段长为165.5m，西段长为197.05m。标准段宽度为23.2m，基坑最大开挖深度为17.34m。为地下两层岛式结构，车站设9个出入口。
　　根据对2号线新街口站施工场地条件、各种施工工艺对场地的需求、东、西两段地质条件、工程风险、工期与经济的综合分析。东段围护结构采用f800mm@600mm的套管咬合桩支护型式，桩长21.75～23.75m，西段围护结构采用f1000mm钻孔灌注桩＋桩间旋喷桩止水的支护型式，桩长21.75～23.75m。车站平面布置如图1所示。


2 工程地质与水文地质
　　场区内土层有：①杂填土，②1b2-3粉质黏土、②1c3粉土、②2b4淤泥质粉质黏土～粉质黏土、②3b3粉质黏土，③2～2b2粉质黏土、③2～3b2-3含砂粉质黏土、③3～1b1-2粉质黏土、③3～1b2粉质黏土、③3～2b2含砂粉质黏土、③3～2d2粉细砂、③4e粗砂混卵砾石，⑤1强风化泥质粉沙岩～泥岩、⑤2b1中风化泥岩、⑤2a中风化泥质粉砂岩。
3 钢便桥设计
　　新街口站位于南京市核心闹市区，主体结构基坑两侧距离建筑物较近，根据市政府“保大树，保交通”的理念，主体结构基坑与两边建筑物之间的原中山路、汉中路上行道树需保护，因此基坑两侧均不能满足组织社会交通及场内施工便道的要求，只能在基坑上布置社会交通便道，导致社会交通组织难度大、施工场地狭小，给基坑开挖和结构回筑带来了较大困难。
　　如采用明挖法或盖挖逆作法中的任何一种施工方法都会长时间的阻断东西向交通，1号线新街口站土建施工期间采用盖挖逆作法将新街口商业区封闭了一年半左右，对该地区的交通和商贸区营业状况造成了很大的影响和损失。本工程经过对交通组织方案、施工工艺对场地的需求、工期等综合因素分析，确定采用“321”贝雷梁钢便桥临时道路系统的盖挖顺作施工工艺，该钢便桥道路系统具有施工速度快、布置灵活的特点，能确保各个施工阶段社会交通畅通、施工场地的需求和盖挖顺作施工的顺利进行。
3.1 临时路面体系的设计
　　按照车站交通疏解方案，本次临时路面体系采用采用“321”桁架（100型贝雷梁）作为钢便桥的主梁结构，沿车站结构横向布置，最大跨度28m。桥面车道分两部分，一部分宽10m，作为社会交通疏解道路，另一部分宽3.6m，做为车站主体结构施工期间的施工便道，在施工场地内30m布置一个2.8m×7.6m盖挖顺做施工作业孔，均按照城市－A级荷载设计。
3.2 主要技术参数
　　设计荷载：城市─A级；
　　行车道净宽：单车道3.6m、三车道10m；
　　便桥最大计算跨径：28m；　
　　桥跨容许挠度：[f]≤L/250
3.3 钢便桥设计计算
　　（1）采用“321”标准型桁架结构单元
　　（2）桁架容许力
　　桁架弦杆容许轴向压力：535kN；
　　桁架弦杆容许轴向拉力：629kN；
　　桁架斜杆容许轴向压力和拉力分别为：163kN和235kN；
　　桁架弦杆容许弯矩：749kN-m。
　　（3）建模与计算
　　采用大型通用有限元分析软件ANSYS8.0对钢便桥结构进行三维空间有限元分析，桁架弦杆采用梁单元BEAM44，腹杆采用杆单元LINK8。按最不利工况计算，跨度取28m，按5车道加载，30m布置一个2.8m×7.6m施工作业孔。
　　计算结果：桁架横向间距0.9m，横向支撑较强。


　　城─A级标准载重汽车作用时，结构变形如图2所示，出土口处最大竖向挠度为65mm。
　　主桁上弦杆最大轴向压力为430kN。

　　最大支座反力为220kN。
　　经计算采用桁架横向间距0.9m，能满足施工需要。
4 钢便桥承载试验
4.1 测点布置
　　为了验证贝雷片钢桁架的实际工作状态，由南京林业大学对以上计算结果进行了承载力试验。在实验室布设28m×10m×1.5m的钢桁架便桥，在桁架上布设测点，在钢桁架的底面布置了应力应变片。用位移传感器和电阻应变片采集数据，最终用以分析桁架在不同荷载等级下的应力和位移，如图3、图4所示。




4.2 荷载施加

　　加载等级依次为0t、49.8t、98.8t、160t、190t；加载顺序依次为先在右端3跨（三车道）加载49.8t，然后左端2跨（单车道）加载49 t，最后再
在右端3跨（三车道）加载至最后。
4.3 数据分析（如图5、图6、图7所示）






4.4 试验结论

　　钢桁架跨中最大挠度69.47mm＜[f]= L/250=112mm，满足要求。
　　桁架弦杆最大轴向拉应力为111.65MPa＜容许轴向拉应力200MPa，满足要求。
　　由以上试验可知：采用该方案钢桁架跨中最大挠度与最大轴向拉力均满足要求。
5 钢便桥施工
5.1 钢便桥构造
　　采用“321”桁架（100型贝雷梁）作为钢便桥的主梁结构，沿车站结构横向布置，横向间距为900mm，两端架在围护桩冠梁顶面，在贝雷梁顶面铺设16号工字钢，间距200mm，其上铺设厚6mm的花纹钢板作为桥面板，主体结构临时路面体系平面布置如图8所示。


5.2 钢便桥施工

　　车站施工中进行倒边分两次进行围护结构和贝雷梁路面体系的施工，期间在基坑中间设置临时立柱做为钢便桥形成的临时支撑点。
　　钢便桥体系形成后，该体系每隔30m的一个2.8m×7.6m的预留孔做为基坑开挖、支撑安装、结构回筑的施工作业孔，保证了工程顺利实施。
5.3 钢便桥施工监测
　　桥面体系的钢便桥的主梁结构在整个监测过程表明此结构是安全可靠，其中上下弦杆最大压应力99MPa，最大拉应力81MPa，腹杆最大应力为112MPa均小于允许应力260MPa，跨中沉降最大为7.7mm均远远小于设计值。
6 结语
　　南京地铁施工中的临时路面系统是解决地铁施工对城市交通影响的非常重要的手段，贝雷梁临时路面系统在地铁2号线新街口站的成功应用和实践经验为今后同类地铁工程施工具有实际意义，值得大力推广。
　　该路面体系成功解决了在场地狭小施工环境下确保社会交通组织畅通、保护城市行道树的施工难题，获得了南京市民的认可。
　　相对1号线新街口站采用盖挖逆作法实施后的效果来看顺作法施工对车站永久结构防水更为有利。