贝雷梁在地铁盾构法施工中的应用

牛朋朋

（中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司，上海 200135）

1 概述

1.1 工程概况

化章街站位于人民南路和化章街交叉口，车站沿人民南路南北方向布置，车站主体为明挖地下两层岛式车站，标准段为单柱双跨箱型框架结构，总长212.6m，标准段结构宽度20.1m，总高13.59m，结合深基坑施工设计经验，本站主体围护结构采用钻孔灌注桩+止水帷幕+内支撑的形式。

化章街站-通达街站盾构区间左线隧道长1122.487m，右线隧道长1123.806m。区间自化章街站大里程井始发，沿人民南路路中向北，沿现状道路布设，以1000m 的半径曲线向左转，至人民南路与通达街交口处设置的通达街站，区间含有4 处平曲线，最小曲线半径1000m，最大曲线半径4000m，区间采用V 字坡，最大坡度25‰，隧道结构最大埋深为16.7m，最小埋深为10.5m，左右线间距14.2m，本区间设置一座联络通道及泵房，采用冻结法施工。

为解决化章街站附属围护结构和盾构区间施工场地冲突问题，而设计化章街站45t 龙门吊行车梁架设在化章街站附属围护结构以外，便于化章街站附属围护结构和化章街站-通达街站盾构区间同步施工。

1.2 贝雷梁布设及行车参数情况

1.2.1 行车主要参数

MG45-24m 门吊单台重约142t，最大额定载重45t；门吊跨度24m，大车轮距10.2m，单悬臂，左悬臂有效长度8.5m、左悬臂有效长度6.5m；门吊整机工作环境A6，主钩起吊速度1.5～15m/min。

行车主要部件包括：大车、钢支腿、主梁及小车等，各部件的重量见表1。

1.2.2 行车梁的布置

化章街站行车轨道梁平行于车站布置，端头井东侧轨道梁位于冠梁上，标准段位于基坑外便道上，西侧轨道梁沿标准段冠梁布置，跨车站端头井处采用六排单层加强型标准贝雷架[1-2]并排间距225mm 放置。

表1 行车主要部件重量

便道与冠梁上侧的轨道梁尺寸宽500mm，贝雷架单片1.7m×3m，每排5 片。为了使六排贝雷架能均匀受力，在贝雷架上方满铺[14b 槽钢，在槽钢上放一块厚8mm 的钢板，详情如图1 所示。

图1 贝雷梁平面

图2 贝雷梁纵剖面

图3 贝雷梁横剖面

2 行车梁设计

2.1 行车梁承载力验收

行车自重：G1=142t，小车自重35t，最大荷载Qmax为45t，行车主 梁 上 均 布 荷 载 为 [（142-35-2×15）×1000×9.8/1000]/44=17.15kN·m。

图4 行车结构受力

在行车最大荷载45t 且最大有效悬臂长度8.5m 时，该侧轨道梁的受力最大[3]。行车共有四个支腿，每个支腿有两个轮子，根据荷载分布情况可以算出单侧最大压力为P=1617.41kN，每个轮子上的压力为F=1617.41kN/4=404.35kN。预埋钢板尺寸为300mm×150mm×10mm，轨道梁混凝土采用C30，抗压标准值为20.1N/mm2，设计值为14.3N/mm2。轮子对轨道梁最大的应力为δ=404.35×1000/（300×150）=8.99N/mm2＜14.3N/mm2，故轨道梁满足强度要求。

2.2 贝雷梁受力验算

根据行车技术参数表中数据及工程实际情况[4]，贝雷架在行车悬臂端的受力最大，最大单轮压为404.35kN，行车单侧行驶共使用两组轮子，组间距为10.2m，每组有2 个轮子，即一组轮压为808.7kN；贝雷架搭设采用加强单层六排形式，贝雷片自重为420千克/片，单层六排共30 片，因此贝雷架总重为148.18kN；钢轨道自重为43kg/m；其余如钢轨枕、螺栓重量可忽略，则均布荷载：

q=8.17kN/m+0.42kN/m=8.59kN/m。

贝雷架在均布荷载作用下的剪力及弯矩如图5～图7 所示。

在均布荷载q=8.59kN/m，支座处的最大剪力：

F=ql/2=8.59×15.12/2=64.94kN

图5 均布荷载

图6 均布荷载剪力

图7 均布荷载弯矩

跨中最大弯矩为M=ql2/8=8.59×15.12×15.12/8kN·m=245.47kN·m。

查表得知321 型六排单层加强型标准桁架容许抗弯为[M]=10125kN·m。

查表得知321 型六排单层加强型标准桁架容许抗剪为[M]=1470kN。

行车在贝雷梁上行走时分三种工况[5]考虑贝雷梁的受力情况：

工况一：当行车的一组轮子行驶贝雷梁跨中，另外一组轮子在贝雷梁外，贝雷梁的受力情况[6-7]如图8～图9 所示。

图8 工况一剪力

图9 工况一弯矩

在不考虑自重情况下支座处剪力：

F=808.7/2=404.35kN

跨中弯矩M=Fl/4=808.7×15.12/4=3056.89kN。

与贝雷梁自重叠加得：

Fmax=404.35+64.94kN=469.29kN

Mmax=3056.89+245.47kN·m=3302.36kN·m

考虑动荷载情况下取1.2 的安全系数则：

Fmax=469.29×1.2kN=563.15kN＜1470kN

Mmax=3302.36×1.2kN.m=3962.83kN·m＜10125kN·m，均满足要求。

工况二：当行车的一组轮子行驶在贝雷梁中，另外一组轮子在贝雷的支座上，受力如图10～图11 所示。

图10 工况二剪力

图11 工况二弯矩

在不考虑贝雷梁自重情况下支座处剪力：

F1=F+F×4.92/15.12=808.7+808.7×4.92/15.12kN=1072kN

F2=F×10.2/15.12=808.7×10.2/15.12=545.55kN

最大弯矩为M=F1×10.2-F×10.2=1072×10.2-808.7×10.2=2685.66kN·m

与贝雷梁自重叠加得：

Fmax=1072+64.94kN=1136.94kN

Mmax=2685.66+245.47kN·m=2931.13kN·m

考虑动荷载情况下取1.2 的安全系数则：

Fmax=1105×1.2kN=1136.94kN＜1470kN

Mmax=2838.53×1.2kN·m=2931.13kN·m＜10125kN·m，均满足受力要求。

工况三：当行车的两组轮子行驶在贝雷架上且中心与贝雷架的中点重合，贝雷梁的受力情况如图12～图13 所示。

图12 工况三剪力

图13 工况三弯矩

在不考虑贝雷架自重情况下支座处剪力：F1=F2=F=808.7kN

最大弯矩为M=F1×a=808.7×2.46kN·m=1989.4kN·m

与贝雷梁自重叠加得：Fmax=808.7+64.94kN=873.64kN

Mmax=1989.4+245.47kN·m=2234.87kN·m

考虑动荷载情况下取1.2 的安全系数则：

Fmax=873.64×1.2kN=1048.37kN＜1470kN

Mmax=2234.87×1.2kN·m=2681.84kN·m＜10125kN·m，均满足受力要求。

3 贝雷梁的量测和检查

3.1 监控量测

施工后立即对贝雷梁进行监测，包括各类沉降、位移、噪声等的监测，每天至少一次。

3.2 临时路面系统的检查

为了确保贝雷梁上面的行车及下面的施工人员的安全，在贝雷梁安装完后[8]，对成型后的贝雷梁进行试压，试压成功后，对通过贝雷梁的行车限速等措施，以减小梁上的竖向和水平荷载对贝雷梁产生的不利影响。

同时安排专人对贝雷梁定期进行检查和保养维修，发现问题及时处理，避免发生安全事故，确保贝雷梁的正常、安全的使用。主要检查项目有[9]：梁面是否有坑洼不平及破裂；梁面板是否有破损；板与板间的缝隙高差是否有大的变化；梁面板与贝雷梁之间的胶垫是否脱落；贝雷梁的连接销钉是否有松动、脱落；贝雷梁上下节点是否脱焊、螺栓是否松动；贝雷梁两端与墩台的连接螺栓是否破坏；贝雷梁的跨中扰度是否超标；贝雷梁杆件的受力是否在允许范围内等。

4 结束语

贝雷架间距可以灵活调整，单层贝雷架也可以拼装成双层贝雷架，梁上下贝雷架还可以安装加强弦杆；贝雷梁属于钢便梁的一种形式，其具有安装快捷[10]、结构灵活多变，方便多次周转使用，经济实用等优点，在工程施工中应用广泛；化章街站贝雷梁系统，经过专家论证后进行了实施，从贝雷梁预压和实际施工的沉降观测数据显示[11-12]，沉降量均满足规范要求，是较为成功的施工案例，即解决了化章街站附属结构施工和盾构施工冲突问题，又节约了成本。笔者在多个施工项目上跨越基坑、管线悬挂保护均采用贝雷梁施工模式，都很好地处理了施工跨越、管线保护的难题。