某地铁大型基坑半铺盖系统设计

某地铁大型基坑半铺盖系统设计

赖鹏邦1赵峰1

广州地铁设计研究院有限公司广州510010

摘要：本文通过介绍某地铁大型基坑半铺盖系统设计，对地铁半铺盖系统设计进行总结，提出合理的建议，为类似工程设计提供借鉴。

关键词：车站；半铺盖；变形缝

前言

城市轨道交通线路往往沿着城市道路敷设，地铁车站经常设置于城市道路下方或道路一侧，车站施工时需占用道路作为施工场地，对城市交通影响较大。为了尽量减小对城市交通的影响，保持地面交通的顺畅，车站基坑施工可采用铺盖法或半铺盖法，利用铺盖作为地面交通疏解道，既保证地面交通的通行又使得车站施工得以顺利的进行。本文通过介绍某地铁大型基坑半铺盖系统设计，对地铁半铺盖系统设计进行总结，提出合理的建议，为类似工程设计提供借鉴。

1.工程概述

南宁轨道交通某车站为两条线路换乘站，双岛四线平行换乘，车站主体结构采用地下箱型结构，标准段为两层四跨结构，局部结合物业开发为三层结构。车站总长301.200m，基坑标准段宽度45.000m，扩大头宽度50.8m，呈东西走向，车站有效站台中心里程处顶板覆土3.405m，底板埋深约18m。

车站位于交通繁忙的城市交通主干道下方，地面道路为南宁主要的进城道路，需保证车辆的正常通行，不得因施工而减少车道数量。由于本站宽度较宽，主体基坑已占据了一半路面，为确保施工期间地面交通不受影响，且不耽误地铁施工，车站主体采用半铺盖法施工，在基坑南侧沿道路方向（车站纵向）设置半铺盖，作为交通疏解道。

图一：车站主体基坑总平面图

2.半铺盖系统结构设计

2.1半铺盖系统结构体系

本站半铺盖系统结合基坑支撑体系采用现浇钢筋混凝土结构，铺盖下方设置中立柱，采用梁板结构路面桥的结构形式。

铺盖板设置于基坑围护桩上方，标高与原路面标高平齐，基坑第一道混凝土支撑兼做铺盖板横梁，标准段铺盖板宽度为19.1m。铺盖板厚300mm，横梁截面为800mmx900mm，纵梁截面为1000mmx1400mm，考虑铺盖上方车流量大，且有重型车辆通行，在铺盖体系上产生较大的振动荷载，为确保安全，铺盖下方中立柱采用整体刚度较大的钻孔灌注桩，桩径取为1200mm。基坑第一道混凝土支撑间距为9m，考虑中立柱设置于支撑下方，兼做支撑减跨的中立柱，因此中立柱纵向间距取为9m。

在每道支撑下方设置混凝土连梁，纵向连接中立柱，减小中立柱竖向跨度，同时形成一个整体，提高立柱整体稳定性。为抵抗车辆产生的纵向水平冲击力，在立柱之间设置竖向和水平向的剪刀撑，使得整个铺盖系统更加稳固。

图二：铺盖板平面布置图

图三：铺盖系统横剖面图

2.2半铺盖系统荷载的选取及传递

半铺盖系统的计算主要包括铺盖板面结构（含铺盖板及其纵、横梁）计算及中立柱计算。

2.2.1荷载的选取

铺盖系统在车站基坑开挖后，到车站主体结构施工完成的这段时间作为道路路面使用，使用时间为1～2年，道路为城市主干道，是进出南宁的交通要道，交通繁忙，各种车辆均由此进出南宁市，根据《城市桥梁设计规范（CJJ11-2011）》规定，铺盖系统设计安全等级为二级，作用与作用效应组合均应按现行行业标准《公路桥涵设计通用规范》JTGD60的有关规定执行，根据《公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）》，结构重要性系数1.0。

根据《城市桥梁设计规范（CJJ11-2011）》，铺盖系统设计汽车荷载等级为城-A级。

根据《城市桥梁设计规范（CJJ11-2011）》，桥梁结构的整体计算应采用车道荷载，桥梁结构的局部加载、桥台和挡土墙压力等的计算应采用车辆荷载。车道荷载与车辆荷载的作用不得叠加。

2.2.2荷载的传递

本铺盖为梁板结构，荷载的传递遵循梁板结构荷载传递模式的规律，横梁截面小于纵梁截面，路面荷载通过铺盖板传递给铺盖横梁及直接连接的纵梁，横梁荷载再传递给纵梁，与中立柱连接的纵梁及部分横梁以节点力的形式传递给中立柱。

考虑车辆行走产生的水平荷载传递给中立柱之后由柱间剪刀撑承受。

对于兼做基坑第一道支撑的横梁，还需考虑基坑两侧土体产生的压力，按压弯构件计算其受力及稳定性。

对于横梁及纵梁的计算，还需考虑荷载的最不利布置工况，将车辆轮压按最不利荷载排布形式进行组合，计算其受力及配筋。

2.3铺盖系统变形缝设置

图四：铺盖变形缝布置图

本铺盖板纵向长度301.2m，南宁地区季节温差大、夏季昼夜温差也大，对于这种长大铺盖，需考虑其混凝土铺盖板的温度应力影响，采取相应的措施消除温度变化引起的不利影响。本铺盖板在纵向方向设置两处变形缝，每处设置两道缝，将整个铺盖板划分为三个独立板块，有效的解决了温度应力问题。为了尽量减少中立柱的数量，在满足立柱受力的情况下，变形缝处采用单柱，柱顶设置牛腿，如图四所示。

变形缝宽度取值按如下计算确定：

本车站长约301米，沿铺盖长度方向设两处变形缝，缝之间的距离约103米。变形缝宽度估算公式：

宽=混凝土的线膨胀系数x温差x跨度=10-5x（39-（-1））x103=0.04120米=41.2毫米。每处变形缝设置两道缝，每道缝宽为20.6毫米，取变形缝宽度为30毫米。

2.4铺盖系统设计的细节问题

在铺盖系统的设计中，尚有一些细节问题值得注意。

1、本车站主体结构跨度大，车站靠自重及覆土重不能满足抗浮要求，需设计抗拔桩进行抗浮，而铺盖系统中设置了两排钻孔桩立柱，可兼做车站抗拔桩，参与车站抗浮受力，减少抗拔桩的数量。

2、铺盖板结构应与基坑围护桩顶冠梁同期浇筑混凝土，以形成一个牢靠的整体结构。

3、中立柱采用的是混凝土钻孔灌注桩，纵向连系梁为混凝土梁，而柱间剪刀撑为型钢支撑，中立柱先期施做，中立柱与连梁、中立柱与剪刀撑的连接节点处需预埋钢板，以便后期的连接。

4、铺盖上车辆众多，为防止车辆不慎驶出铺盖范围，坠入下部基坑内，在铺盖靠近基坑一侧设置了防撞墩。

5、为确保铺盖系统在使用过程中的安全，需设置相关的监测点对铺盖系统进行监测，一旦监测数据异常，及时采取应急措施，保证基坑及交通的安全。

3.半铺盖系统使用情况

本铺盖系统在车站主体结构施工期间正常使用了约两年，顺利的完成了其使命。在使用过程中，铺盖系统各项监测数据正常，基坑稳定，未出现险情，既确保车站施工安全、有序的进行，按时完成施工任务，又有效的保证了施工期间路面交通的顺畅。

结论

半铺盖法施工在交通繁忙或需要提供地面通行条件的情况下是有效的一种工法，本文介绍的半铺盖系统设计具有一定的参考意义，在类似工程设计中可供参考。同时，铺盖系统的设计还需注意相关细节问题，特别是节点处的处理。

参考文献：

[1]GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010

[2]GB50157-2013.地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2014

[3]中国有色工程有限公司.混凝土结构构造手册（第四版）[R]北京：中国建筑工业出版社，2012