摘要：国内大直径盾构隧道施工项目越来越多，为了满足盾构机后配套1号台车的组装，明挖隧道主体结构的中板须在盾构施工结束后再施做。为了保证基坑安全，结构在施工过程中需施工钢支撑换撑，满堂支架体系被换撑打断，施工复杂且安全风险高，如能将换撑方案优化，不仅降低施工风险，更可以便捷施工。 关键词：大跨度深基坑；钢支撑换撑；满堂支架；水平对撑钢杆。 1 工程概况 南京长江第五大桥工程在南京长江第三大桥下游约5公里，南京长江大桥上游约13公里处。路线全长10.33公里。其中跨江大桥长4.4公里，夹江隧道长1.8公里，其余路段长4.1公里。夹江隧道设计速度80km/h，双向六车道，包含梅子洲明挖隧道、盾构过江隧道、江南工作井三部分。 2 梅子洲后续段01节设计概况 2.1 梅子洲后续段01节基坑围护概况介绍 梅子洲后续段01节围护形式：围护结构为1000mm厚地下连续墙，连续墙深度59m。基坑深度21.1m～22.4m，基坑宽度46.8m～53.6m。基坑自上而下设计了1层混凝土支撑+5层 钢支撑。在施做主体结构时采用4道换撑。根据设计要求，换撑工况要求如下：先施工底板，待底板达到设计强度后，拆除第六道钢支撑，然后逐层向上施工侧墙与中隔墙，待侧墙施工至上一道钢支撑底部并达到设计强度后施工钢支撑换撑，换撑与既有钢支撑之间中心间距为1m，换撑与拆除钢支撑同型号。
2.2 梅子洲后续段01节主体结构概况介绍
梅子洲后续段01节主体结构形式：主体结构高度19.6m～20.9m，结构净高17.1m～18.3m。底板和顶板，与侧墙交汇处设置4.0×4.0m×1.0m三角形混凝土腋板，与侧墙同步施工。梅子洲后续段01节为盾构机后配套1号台车组装范围，明挖隧道主体结构的中板须在盾构施工结束后再施做。主体结构施工支撑系统采用盘扣式满堂支架（立杆φ48mm×3.2mm、横杆φ48mm×2.5mm）+钢管对撑（φ48×2.8mm钢管对撑，步距0.5m，纵距0.6m。）+剪刀撑
广东科学技术职业学院图书馆 3 钢支撑换撑施工存在问题
（1）上部的支撑间距密、下部换撑架设不均匀，满堂支架体系被打断，施工风险高
钢支撑规格φ609mm，考虑法兰盘并焊接抱箍后，单根换撑需要1.0m的操作空间。换撑施工是从下到上依次施工，下部的换撑施工时，必须避开上部的混凝土支撑、钢支撑以
及降水井，导致部分换撑只能相邻设置。2根支撑相邻设置，需要2.0m空间，高度方向4层换撑，满堂支架纵向方向被断开。下部的满堂支架遇到“相邻设置的换撑”被断开（详见图3-1），造成顶板腋板处的支架竖向无法安装固定，局部承载力难以满足要求。综合考虑上述情况，换撑施工对此段支架影响较大，施工风险较高。
图3-1 现场支撑及降水井实景图
⑵换撑安装操作空间小，满堂支架重复搭设体量大
钢支撑换撑施工过程中，上一道钢支撑、联系梁均未拆除，钢支撑吊装时，需两端倾斜，一端高、一端低，斜向插入（图3-2），方能避开上一道的联系梁，落至新的联系梁上。操作空间有限，容易碰到下部盘扣架，造成立杆竖向倾斜、架体横向方向扭曲，须重新搭设。如不重新搭设，架体整体稳定性不满足要求。4层换撑施工，会出现多次被破坏、重复搭设情况。
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图3-2 钢支撑吊装
⑶钢支撑拆除作业时间长，影响后续盾构作业，不可控因素多
换撑拆除过程中，每根钢支撑均需搭设临时脚手架进行施工且底板存放空间有限，只能一层拆除完毕，再拆除上面一层，脚手架重复搭设。拆除到底板的支撑采用叉车运输至洞口处，由于顶板（单线隧道）只有一个预留洞口，只能逐根退步运输，吊装出地面，再循环作业，无法多根同时运输，效率低，耗时长。
4 钢支撑换撑方案选择
4.1 方案介绍
此段结构侧墙，净高达到18.3m，侧墙施工需要采用横向钢管对撑，横向对撑至中墙，抵抗侧墙混凝土浇筑时的侧压力。为了保证主体结构满堂支架施工安全及深基坑安全，拟计划调整钢支撑换撑方案。调整后方案如下：
方案一：盘扣式满堂支架+钢管对撑+剪刀撑。原设计换撑4次，拟计划采用满堂支架代替换撑。利用横向对撑杆φ48×2.8mm钢管，支撑至侧墙上，代替钢支撑换撑。在第三层和第四层φ609mm钢支撑高度范围，步距由0.50m加密为0.3m。在K9+068.5～K9+113.2段主体结构施工过程中，搭设的满堂支架及模板全部保留、不拆除，直至顶板浇筑完成且达到设计强度后再进行拆除。
方案二：盘扣式满堂支架+钢管对撑+1层钢支撑换撑+剪刀撑。原设计换撑4次，现调
整为1次。在方案一基础上，在原设计第三层钢支撑下部1.5m设置钢支撑换撑。其余部位采用满堂支架代替换撑。主体结构施工过程中，搭设的满堂支架及模板全部保留、不拆除，直至顶板浇筑完成且达到设计强度后再进行拆除。钢支撑换撑在顶板结构完成、内部支架全部拆除后再进行拆除。
4.2 方案选择
方案一中，满堂支架代替换撑。采用同济启明星进行围护验算，验算基坑各项稳定系数；参照《钢结构设计规范》（GB50017-2003）验算“φ48mm对撑钢管”的强度及整体稳定性。
单根“φ48mm对撑钢管”的轴力值为72.9KN，钢管在竖向方向和水平方向的稳定性验算接近临界值，且未考虑钢管的偏心。实际实施过程中对撑钢管的搭设线形、偏心、搭接质量等均与规范要求、设计计算有偏差。因此该方案在实施中风险较高，基坑稳定性难以满足要求。
对方案二进行受力验算，增加了一道φ609mm的钢支撑换撑后，单根φ609mm换撑的轴力值为1879.2KN，单根“φ48mm对撑钢管”的轴力值由72.9KN降低为47.34KN，强度和整体稳定性均满足规范要求。基坑整体稳定性、坑底抗隆起、地表沉降等的验算值满足规
范要求。
对比上述两个方案，推荐采用方案二。
5 基坑变形预测分析
根据方案二的工况，采用地层结构法预测分析基坑的变形。考虑实际工程的实际影响范围、数值计算精度、计算速度等，确定模型尺寸以及边界条件。考虑基坑开挖影响范围为基坑开挖深度2～5倍范围，因此模型边界在基坑开挖深度2～5倍范围。基于本工程的实际情况，模型尺寸取150m×100m×10m，采用AUTOCAD建模，用FLAC3D模拟计算。
图5-1 地层结构法模型图图
6-1 基坑深层水平位移最大值
在结构侧墙布置16个测点，每隔一米一个测点，从下到上依次为1～16号；围护设置20个测点，从地面开始，每隔一米一个测点，从下到上依次为1～20号。围护结构水平位移见图5-2，图5-3；主体结构侧墙位移见图5-4、图5-5。
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图5-2左侧围护水平位移
图5-3右侧围护水平位移
图5-4左侧墙水平位移图
图5-5右侧墙水平位移
本次数值计算单独考虑主体结构施作和换撑，不将前期基坑支护、基坑开挖引起的位移累加到此阶段。经过数值计算，并做详细的分析讨论，得出以下主要结论：
①每次换撑后，主体侧墙变形总体可控，最大位移区域随着侧墙施作在上移且最大值为3.1mm；
②每次换撑后，支架及横支撑钢管均未达到设计承载力，剩余的钢支撑均未到达设计承载力；
③在主体结构施作的过程中，最大拉应力出现在底板与侧墙交界处，，大小为0.99MPa，未超过抗拉强度值。
6 方案实施
在方案实施过程中，每层支架及结构施工时，对满堂支架及横向对撑钢管的变形、对基坑的深层水平位移进行跟踪监测。支架和对撑钢管未发现变形，基坑的深层水平位移实际数据为5mm，与预测值偏差值较小，详见图6-1。施工安全可控。
7 结论
基坑原设计有四道钢支撑换撑，经过优化调整，充分利用了满堂支架体系，改为一道换撑，减小了施工难度，降低了施工风险且节约了工期。类似工程可参考借鉴。
参考文献：
[1] 《建筑施工承插盘扣式钢管支架安全技术规程》（JGJ166-2008）；
广东爱国主义教育网 [2] 《建筑施工扣件式钢管支架安全技术规范》（JGJ130-2011）；
[3] 《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80-91）；
>湖北理工学院人文社科部
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