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明挖法：基坑钢支撑螺栓锥楔式活络装置

2020年1月17日 3,097 0

基坑钢支撑螺栓锥楔式活络装置

1、技术产生背景

目前地铁基坑内撑式围护结构中，钢支撑架设多采用钢楔式活络装置，国内外文献与事故案例表明，此种活络装置调节量有限、整体性差、易松动、刚度小，是钢支撑中薄弱环节，易诱发工程事故。新型螺栓紧固锥楔式活络装置能够改善活络装置结构构造，改进传力方式，易于保障钢支撑架设质量，提升整体装配化和规范化程度，对降低施工风险具有重要意义。

2、技术内容

螺栓紧固锥楔式（BoltFastenWedge，简称BFW）活络装置是设置在钢支撑端部，能够连接固定、拆卸、伸缩的受力节点构件，包含1个带法兰的锥楔座，2块夹板，6支高强螺栓以及1个端板（图1.5-1）。2块夹板由光杆（或嵌套凹槽）固定在端板上，可竖向滑动，初始状态时锥形座全部嵌入夹板之间，夹板被完全挤开，通过紧固螺栓使夹板与锥楔座密贴形成整体，此时活络装置的长度最短（图1.5-2（a））。在安装过程中，将活络装置与钢支撑纵向连接，借助液压千斤顶，将锥楔座顶出一定长度并顶紧围护结构侧壁，达到预加轴力的要求，通过均匀紧固6支螺栓使2块夹板向中间移动，密贴加紧锥楔座，然后移出千斤顶，此时该活络装置与钢支撑可共同承受预加轴力和后续开挖引起的侧压力（图1.5-2（b））。

图1.5-1 BFW活络装置整体装配

图1.5-2BFW活络装置不同伸长状态

为了保证其安全稳定，通过限位块决定其最大伸长长度，根据地铁基坑工程经验设计为150mm（图1.5-2（c））。

3、主要技术性能和技术特点

（1）设计原理：采用静态平衡状态下力的分解原理，采用高强螺栓夹紧锥楔体承受由部分轴力转变来的横向力（图1.5-3）。高强螺栓为核心受力构件，可选用M30、M39或M48标准件。

图1.5-3BFW活络装置受力分解图式

（2）力学性能：由多轮加载试验、理论计算与数值模拟可知，BFW活络装置强度高，刚度大，偏心荷载作用下承载性能亦良好，可使得组成钢支撑的活络装置与钢管两部分等强度、等刚度，有效解决了钢支撑活络装置节点薄弱的问题。

（3）安装操作与适用性：BFW活络装置由工厂定型制造，无需备用件，组装出厂；适用性强，操作简单快捷，调节范围大，维护简便且拆卸方便，可多次重复使用。

4、适用范围及应用条件

适用范围：BFW活络装置，适用于地铁明挖结构内撑式基坑工程，可与不同型号钢支撑配套使用，提高钢支撑的整体承载能力。采用不同型号螺栓得到不同的设计承载能力，可满足不同钢支撑设计轴力的要求。选用10.9级M39、M48、M56螺栓时，该活络装置的设计承载能力分别为2551kN、3854kN、5311kN。

应用条件：安装前需预加工，将BFW活络装置夹板侧端板同钢支撑短接段密贴同心焊接，再将短接段与标准段法兰连接；整体吊装就位时活络装置处于零伸长状态；使用千斤顶分级施加预应力，每加一级后对螺栓紧固，保证夹板与锥楔座接触面的密贴；最后一级螺栓紧固时，M39、M48、M56型号的螺栓拧紧力矩分别为4111N·m、7697N·m、12369N·m；当达到了预加轴力的要求停止加压并维持该油压，对活络装置螺栓逐个进行紧固操作，使夹板同锥楔体夹紧密贴；该装置结构整体性强，有利于减少轴力损失。夹板侧端板同钢围檩或冠梁密贴接触，BFW活络装置连同钢支撑可受压，不可受拉。

5、已应用情况

应用于北京地铁7号线东延黑庄户站明挖基坑工程。BFW活络装置长510～660mm，设计最大伸长值150mm，材质为45#钢材，采用10.9级M39高强螺栓，整体重量0.45t/套，适用于Φ609钢管内支撑体系的连接节点构造，钢支撑整体长度为20.0～23.9m。现场应用效果良好，尤其对于轴力损失进行及时补充时更为方便，应用情况如图1.5-4所示。

图1.5-4北京地铁黑庄户站基坑工程应用