中铁一局天津公司天津300000
摘要在城市地铁车站基坑支撑体系受力转换施工过程中，传统的在基坑内设置钢倒撑来维持基坑围护结构稳定的方法费时费力，需要研究一种既能保证基坑安全，又不影响车站主体结构施工的新型的基坑支撑体系受力转换的方法。本文以天津地铁1号线东延工程为背景，通过地铁车站基坑支撑体系受力转换过程中运用组合式钢管架体代替水平钢倒撑的施工实践，阐述组合式钢管架体代替钢倒撑施工工艺、作业方法、技术要求，供类似工程参考。
关键词地铁施工受力转换组合式钢管架体钢倒撑
1概述
地铁建设已成为大中型城市缓解交通压力的发展趋势，地铁车站土建施工过程中，传统的在已完成的车站主体结构侧墙上架设水平钢倒撑，然后再拆除上层支撑以完成基坑支撑体系受力转换的方法，经证实是行之有效的，但此方法经济性欠佳，且钢支撑重量较大，即使分节搬动运输都必须借助吊车等机械设备，钢支撑的架设会占用施工空间、且在结构封闭后拆除吊出困难，大大降低施工效率，因此需要找到行之有效的办法对现有施工工艺进行改进。
天津地铁1号线东延咸水沽北站为地下两层车站，车站总长346.85m，标准段（除盾构井外）基坑宽20.5～32.93m，基坑标准段深度为13～15.4m，设计采用在基坑内设置支撑体系的方法来维持基坑围护结构稳定并保证后续主体结构的安全施工。标准段沿基坑竖直方向设置1道C30钢筋混凝土支撑（截面800×1000mm，平均水平距6m）+2道钢管支撑（φ800×16mm，平均水平距3m）+1道水平钢管倒撑（φ800×16mm，平均水平距3m）的支撑体系，钢支撑材质为Q235B钢。
车站采用明挖顺作法施工，竖向由下向上逐层顺作，负二层施工分4个步骤，车站明挖顺做法施工步骤及支撑体系如图1-1所示。
其中车站基坑标准段长度约311米，设计有一道水平钢倒撑，基坑宽度（即钢倒撑长度）为20.5m~32.93m，总重量大，钢倒撑租金、运输费及安装拆除费用高。
另外，水平钢倒撑单根重量大，拼装、拆解及加压工序繁琐，需要吊装作业，施工风险较高；水平钢倒撑数量多，造成工作量较大，工期较长；而且车站主体结构封顶后，有限空间内水平钢倒撑拆解、搬运、吊出比较困难。
2工程地质概况
站区场地表层地下水类型主要为第四系孔隙潜水，赋存于第Ⅱ陆相层及以下的粉土、砂层的地下水具承压性，为微承压水。
第一层微承压水会水层主要为⑧3粉土、⑧4粉砂、⑨3粉土及⑨4粉砂层，埋深16.36～29.75m，稳定水位为5.34～5.91m；第二层微承压水会水层主要为⑩3粉土、⑩4粉砂、及⑪3粉土、⑪4粉砂、⑫3粉土、⑫4粉砂、⑫5细砂、⑫6中砂层，埋深25.76～57.2m，稳定水位6.19～7.10m。
由此可见车站场区范围内地质条件复杂，地下水位较高，基坑上道支撑拆除时，如果倒撑架设不到位，则会导致基坑围护结构地连墙形变较大，甚至会引起基坑围护结构渗漏水继而引发更严重的事故。所以主体结构底板施工完成且第一步主体结构侧墙施工完成后，继续顺做下一步侧墙而需要拆除成为阻碍的上道钢支撑时，必须在支撑拆除前在已完工的第一步侧墙上架设倒撑，以保证基坑处于稳定状态。
3方案比选
3.1方案一：利用倾斜钢筋混凝土倒撑代替水平钢倒撑
3.1.1方案概述
倾斜钢筋混凝土倒撑与主体结构侧墙连为一起，一端支撑在主体结构底板上，另一端支撑在已浇筑完成的侧墙上，车站主体结构施工完成后，凿除钢筋混凝土倒撑。
3.1.2施工步骤
第一步，车站主体结构侧墙浇注，强度达到设计要求；
第二步，绑扎钢筋、安装模板，浇注倒撑混凝土；
第三步，混凝土达到设计强度后拆除第二道钢支撑，继续施工剩余结构；
第四步，车站主体结构施工完成后凿除钢筋混凝土倒撑。
3.1.3分析结论
此方案优点为结构稳定、可靠性强，缺点为施工难度较大，且钢筋混凝土材料无法周转使用，造成材料浪费，车站地下空间有限，钢筋混凝土倒撑必须采用人工拆除，拆除困难，且拆除产生大量粉尘及噪音，影响施工现场及周边环境。此外此方案经济性差，且施工工期长。
3.2方案二：利用倾斜钢倒撑代替水平钢倒撑
3.2.1方案概述
倾斜钢倒撑一端安装在已浇筑完成且混凝土强度达到设计要求后的主体结构侧墙上，另一端安装在已浇筑完成且混凝土强度达到设计要求的主体结构底板上，然后加压支顶，车站主体结构施工完成后，拆除钢倒撑，运出。
3.2.2施工方法概述
第一步，车站主体结构侧墙浇注，强度达到设计要求；
第二步，在侧墙及底板间按一定角度安装倾斜钢倒撑；
第三步，拆除第二道钢支撑，继续施工剩余结构；
第四步，车站主体结构施工完成后，拆除钢倒撑，吊出。
3.2.3分析结论
此方案优点为，使用的钢支撑总重量减少，相对节省了材料、降低了材料成本，缺点是钢支撑单体重量大，安装固定均较繁琐，拆除、搬运、吊出较困难。此外，此方案经济性较差，施工工期较长。
3.3方案三：利用组合式钢管架体代替水平钢倒撑
3.3.1方案概述
利用车站主体结构中板施工架体，按一定间隔将钢管（φ48*3.5，Q235钢）接长对顶基坑两侧已浇筑侧墙且每根对顶钢管均与架体牢固连接，钢管接长采用钢管对接扣件，与侧墙接触的两端安装可调钢顶托，这种满堂支架模板支撑系统和对顶钢管支撑组合既能够代替水平钢倒撑支顶结构两侧侧墙，保持基坑稳定，又能够保证结构中板模板铺设、钢筋绑扎及混凝土浇筑，钢管支撑在车站主体结构施工完成后随满堂支架一起拆除，这种组合构成的钢管架体支撑系统，施工便捷，且相当于同时进行架体搭设和换撑施工，从而完成基坑支撑体系受力转换的过程，可大大缩短工期。
3.3.2施工步骤
第一步，车站主体结构侧墙浇注，强度达到设计要求；
第二步，搭设碗扣式钢管满堂支架，在支架内部安装扣件式钢管水平横杆支顶两端侧墙，支顶横向水平钢管与满堂支架组合成一个整体；
第三步，拆除第二道钢支撑完成受力转换，继续施工剩余结构。
第四步，车站主体结构施工完成后，拆除架体，吊出。
3.3.3分析结论
此方案的优点为架体整体构造稳定，与主体结构满堂支架组合在一起且能同时搭设施工，安装拆卸方便。缺点为施工监测比较困难，相比传统方法的水平钢支撑轴力监测，组合式钢管架体的钢管对撑不能采用安装轴力计的方法进行监测，只能采用安装表面应变计的方法进行监测。总之，此方案施工便捷，能大大缩短工期，且能节约大量成本，因此拟选用此方案。
3.3.4计算验证
结论：根据理论计算，采用钢管脚手架代替钢倒撑的方案可行。
4方案实施
4.1组合式钢管架体设计
钢管支撑系统与结构中板满堂支架系统保持一致，满堂支架立杆横距为h=900mm、纵距为la=600mm，水平杆步距为lb=600mm，架体横向支顶水平钢管利用十字扣件固定在碗扣式满堂支架立杆上，与满堂支架的横杆并排平行设置，立杆与碗扣式钢管满堂支架的立杆通用，形成一个整体。
架体横向支顶水平钢管纵向间距同为600mm，竖向步距同为600mm，支顶水平杆两端悬臂长度取300mm。横向支顶水平钢管架设时测量人员用全站仪放线检验，必须保证钢管在一条直线上，且与基坑纵向中心线保持垂直。
由于基坑宽度大于钢管长度，支顶横向水平杆钢管加长对接，两端加可调钢顶托。为防止侧墙混凝土表面受损，侧墙受力部位加垫100mm×150mm方木，调节钢顶托长度，与方木顶紧。
邀请了天津市深基坑施工方面的有关专家召开了专家评审会，设计方案一次通过评审，并与建设、设计、监理单位进行了工程洽商。
4.2组合式钢管架体搭设
4.2.1严格进行构配件进场检验
供应商应配套提供钢管、零件、铸件、冲压件等材质、产品性能检验报告。构配件进场重点检查以下部位质量：钢管壁厚、焊接质量、外观质量；可调底座和可调顶托材质及丝杆直径、与螺母配合间隙等。主要采用外观检测方法，构件检测频率1/10。
4.2.2严格按设计方案搭设架体
对顶支架与结构中板碗扣式满堂支架同时搭设，形成稳固的整体。严格按照设计方案搭设，对顶架体的水平横杆与结构中板碗扣式满堂支架的立杆用十字扣件锁紧，用全站仪辅助测量保证架体横杆水平、立杆竖直。
4.2.3对搭设完成的架体进行验收
组合式钢管脚手架架体搭设完成后必须经项目部验收小组成员及监理的验收。
架体搭设重点检查下列内容：基础的沉降，立杆底座与基础面的接触情况；水平横杆与侧墙支垫方木顶紧情况；扣件锁紧情况；立杆连接销的安装、斜杆扣接点、扣件拧紧程度；架体结构是否合规。
4.3支撑体系受力转换
4.3.1布设监测点
在架体水平杆靠近端头位置安装表面应变计，两端各安装1个，水平杆中间部位根据需要安装。表面应变计在竖直方向每间隔1.8m布设一个，沿纵向水平方向按照每个间隔2.4m布置，围护结构形变利用在地连墙上预埋的监测点位进行监测。
4.3.2拆除基坑第二道钢支撑
基坑底板和侧墙达到设计要求强度后，按照设计方案搭设组合式钢管架体代替钢倒撑，并由项目部出具书面通知方可拆除第二道钢支撑，按照隔一拆一的顺序拆除。为保证基坑安全，在拆除支撑前，地面配好不少于8根支撑，就近放置，准备100t吊车一台，若出现监测数据异常，立即增设支撑。
4.3.3加强监测，及时反馈监测信息
实施转换方案后，分别对钢管脚手架水平杆轴力及地连墙深层水平位移等进行监测，在拆除第二道钢支撑时增加监测频次，对监测数据进行整理分析，绘制地连墙水平位移增量包络曲线图，并由钢管水平横杆表面应变量计算钢管应力变化。
实施转换方案后，在拆除第二道钢支撑时，围护结构地连墙最大水平位移增量为22.6mm＜30mm，单根钢管支撑轴力最大增量为50.6KN＜53.7KN，而且相应监测项目的监测累计值在整个施工中均未发生监测报警。
5结语
用组合式钢管架体代替水平钢倒撑的方式实现地铁车站基坑支撑体系受力转换，达到与使用水平钢倒撑同样的目的，而在经济性、效率性方面却更具优势，同时保证了基坑围护结构的安全。
在类似城市地铁车站施工中采用组合式钢管架体代替水平钢倒撑进行施工，能够保证基坑围护结构安全，工程风险较小、对车站周边环境的影响也较小，而且能够缩短工期，节约成本，此方案的成功实施为以后类似地铁站施工中倒撑替换施工留下了宝贵的经验。