□文/扈朝陽 張 欣 宋紅智

下沉隧道超厚頂板及側(cè)墻模板支撐體系施工技術(shù)

□文/扈朝陽 張 欣 宋紅智

介紹天津西站交通樞紐配套市政公用工程，西青道下沉隧道的超厚側(cè)墻單側(cè)支模和超厚頂板大荷載模板支架施工技術(shù)。包括模板的設(shè)計(jì)階段、準(zhǔn)備階段、施工方法、監(jiān)測(cè)分析、施工管理等內(nèi)容。

下沉隧道；超厚；側(cè)墻；頂板；單側(cè)支模；支撐體系

1 工程概況

天津西站交通樞紐配套市政公用工程西青道下沉隧道為地下一層單箱雙室結(jié)構(gòu)，總建筑面積18 713.5 m2，分為下沉隧道箱體段和U型槽敞開段。其中箱體標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng) 260 m，箱體頂板厚 1.5 m，底板厚 1.5 m，凈空 5.8～6.7 m，平均埋深8.2 m。箱室側(cè)墻最厚1.5 m。箱體段頂板覆土厚0.31～2.23 m，中間設(shè)有500 mm厚中隔墻將箱體分為2部分，箱室最大跨度21.3 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用SMW工法樁。下沉隧道下方為地鐵西站站，已采用蓋挖逆作法施工完畢。

箱體主體結(jié)構(gòu)采用C40P10混凝土，共劃分為15段施工，每段長(zhǎng)度20～42 m不等。一次澆筑混凝土長(zhǎng)度根據(jù)施工段長(zhǎng)度而施工。

底板混凝土澆筑完畢后進(jìn)行中隔墻和側(cè)墻的模板支撐搭設(shè)，由于基坑兩側(cè)有SMW工法樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，所以側(cè)墻采用單側(cè)支模，大模板、三角形側(cè)向支架，墻體混凝土澆筑高度5.16 m。待側(cè)墻與中隔墻混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，進(jìn)行頂板混凝土澆筑。

2 施工難點(diǎn)

1）下沉隧道頂板厚1.5 m，凈載荷達(dá)37.5 kN/m2，模板支架施工安全風(fēng)險(xiǎn)大，需認(rèn)真制定大載荷模板支架方案。

2）下沉隧道側(cè)墻厚 1.5 m，高 5.16 m，墻模板側(cè)壓力大。由于側(cè)墻外緊貼支護(hù)樁，只能采用單側(cè)支模方案，無法用對(duì)拉螺栓加固墻模，如何保證單側(cè)支模的穩(wěn)固是施工難點(diǎn)。

3 模板配置及受力分析

3.1 頂板厚1 5 0 0 mm，頂板模板支架的構(gòu)造

采用竹模板，次龍骨用50 mm×100 mm方木，間距150 mm；主龍骨用 150 mm×150 mm方木，間距 600 mm。支架立桿間距為600 mm×600 mm，水平桿間距900 mm，在立桿端部設(shè)可調(diào)支托。水平、豎直方向每3 m設(shè)置一道十字撐。架體距底部200 mm設(shè)掃地桿。

3.2 頂板支架內(nèi)力分析

模板支架搭設(shè)高度最大為6.7 m，立桿的縱距0.60 m，立桿的橫距 0.60 m，步距 0.90 m。

面板厚度18 mm，剪切強(qiáng)度1.4 N/mm2，抗彎強(qiáng)度15.0 N/mm2，彈性模量 6 000 N/mm4。

經(jīng)計(jì)算立桿的軸向壓力19.688 kN，立桿的穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

3.3 側(cè)墻模板單側(cè)支模構(gòu)造

側(cè)墻模板采用鋼制大模板，豎向次龍骨采用木工字梁，橫向主龍骨采用槽鋼背楞。單側(cè)模板支架由埋件和架體兩部分組成，其中埋件系統(tǒng)包括：地腳螺栓、連接螺母、外連桿、外螺母和橫梁。三角支架部分采用的規(guī)格為3 600 mm標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。地腳螺栓出地面處與混凝土墻面距離 120 mm，出地面為 130 mm，埋置深度 15d（d為螺栓直徑）。各埋件桿間距為 300 mm，在靠近墻體的起點(diǎn)和終點(diǎn)處宜各布置一個(gè)埋件，埋件與地面須成45°，埋件預(yù)埋時(shí)拉線保證埋件在同一條直線上，見圖1。

圖1 單側(cè)模板支架安裝

3.4 單側(cè)支模的內(nèi)力分析

模板的側(cè)壓力隨混凝土的澆筑高度而增加，當(dāng)澆筑高度到某一臨界值時(shí)側(cè)壓力不再增加，此時(shí)的側(cè)壓力即為新澆筑混凝土的最大側(cè)壓力。側(cè)壓力達(dá)到最大值的澆筑高度稱為混凝土的有效壓頭。

經(jīng)計(jì)算，模板側(cè)壓力為38.28 kN/m2，考慮傾倒混凝土產(chǎn)生的水平載荷標(biāo)準(zhǔn)值4 kN/m2，分別取荷載分項(xiàng)系數(shù)1.2和1.4，則作用于模板的總荷載設(shè)計(jì)值為38.28×1.2+4×1.4=51.54（kN/m2），按 51.54 kN/m2進(jìn)行受力分析（全部按鉸接分析），見圖2-圖3和表1。

圖2 單側(cè)支架受力分析

表1 模板支架壓桿內(nèi)力

桿件內(nèi)力/kN 規(guī)格 截面面積/mm2長(zhǎng)細(xì)比 穩(wěn)定系數(shù) 應(yīng)力/kN 4 -85.95 ][10 2 549.6 11 0.991 34 5 -84.58 ][10 2 549.6 45 0.878 38 6 -161.57 ][10 2 549.6 128 0.397 159.6 8 -85.2 ][10 2 549.6 11 0.991 33.7 10 -56.5 □10×5 1 274.8 26 0.95 46.7

壓桿穩(wěn)定性均滿足要求（穩(wěn)定系數(shù)按3號(hào)鋼b類截面查表），7#桿壓力很小，未做驗(yàn)算。經(jīng)驗(yàn)算單側(cè)支模，強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性均滿足強(qiáng)度、變形要求。

4 模板及支撐系統(tǒng)施工

4.1 模板支架的搭設(shè)

4.1.1 側(cè)墻單側(cè)模板支設(shè)施工工序

鋼筋綁扎并驗(yàn)收后→彈外墻邊線→合外墻模板→單側(cè)支架吊裝到位→安裝單側(cè)支架→安裝加強(qiáng)鋼管→安裝壓梁槽鋼→安裝埋件系統(tǒng)→調(diào)節(jié)支架垂直度→安裝上操作平臺(tái)→緊固檢查一次埋件系統(tǒng)→驗(yàn)收合格→澆筑混凝土。

4.1.2 頂板模板支設(shè)施工順序

在底板上按立桿間距彈線→搭設(shè)立桿→主龍骨方向水平橫桿→次龍骨方向水平橫桿→其他連接桿件→安放U型托→鋪設(shè)主龍骨→鋪設(shè)次龍骨→鋪設(shè)竹膠板。

4.2 操作要點(diǎn)

1）隧道頂板模板支架從底板以上2 m的范圍內(nèi)，橫桿加密為300 mm。橫桿兩端安裝可調(diào)支托，以中隔墻與兩側(cè)側(cè)墻同時(shí)作為支頂，保證架體水平方向的穩(wěn)定性。豎向及水平剪刀撐每3 m設(shè)置一道。架體頂部水平桿距頂板400 mm，掃地桿距底部200 mm。見圖4。

圖4 架體立桿平面及剪刀撐布置

2）側(cè)墻模板支架每隔一排立桿沿豎向設(shè)3道斜撐，間距1.2 m，下部頂在底板鋼筋地錨上，斜撐中間與架體鎖扣，支頂在側(cè)墻主龍骨木方上，對(duì)側(cè)墻進(jìn)行加固。見圖5。

圖5 斜撐加固

3）由于采用碗扣式腳手架，為確保架體整體穩(wěn)定，在水平向和縱向每隔一道設(shè)通常管。

5 混凝土澆筑

結(jié)構(gòu)頂板分2步澆筑，第1步澆筑厚度900 mm（以過變形縫處中埋式止水帶15 cm為宜），第2步澆筑厚度為600 mm。

6 模板支架的監(jiān)測(cè)

在施工中對(duì)支架的垂直、水平變形，立桿和水平桿的軸力進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，下面主要介紹軸力監(jiān)測(cè)情況。

6.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置

在隧道右箱體區(qū)域隨即選取10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)各個(gè)區(qū)域不同點(diǎn)位同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)S1～S6是架體立桿軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，H7～H10架體水平桿軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)。見圖8。

圖6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置平面

6.2 監(jiān)測(cè)方法

架體搭設(shè)、模板鋪設(shè)、鋼筋綁扎完畢后，在立桿底部與底板之間安放軸力計(jì)監(jiān)測(cè)豎向受力值，在橫桿端部與側(cè)墻之間安放軸力計(jì)監(jiān)測(cè)橫向水平力值。軸力計(jì)安放完畢后先記錄初始讀數(shù)，自混凝土澆筑開始后每2 h進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)，記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，直至混凝土澆筑完畢達(dá)到初凝。

6.3 架體監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)及報(bào)警值

模板支架立桿軸心受力設(shè)計(jì)值為19.69 kN，為更好地保證架體安全穩(wěn)定，選定安全系數(shù)值0.9，即19.69×0.9=17.721（kN）作為監(jiān)測(cè)報(bào)警值。在監(jiān)測(cè)過程中若出現(xiàn)大于報(bào)警值的監(jiān)測(cè)數(shù)時(shí)，立即停止混凝土澆筑，組織技術(shù)人員檢查架體是否存在安全風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)采取處理措施。

6.4 監(jiān)測(cè)數(shù)值分析

在頂板混凝土未澆筑之前，支架立桿所受的力有腳手架自重0.855 kN、模板自重0.108 kN、鋼筋自重0.594 kN，則初始讀數(shù)為 0.855+0.108+0.594=1.557（kN）。

隨著混凝土澆筑量的增加，架體桿件軸力明顯上升。在第一步混凝土澆筑完畢后，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)曲線出現(xiàn)直線段，表明第一步混凝土澆筑后架體桿件未有明顯的受力突變，第一步混凝土澆筑完畢后架體理論受力值與實(shí)測(cè)值相吻合，證明架體此時(shí)安全穩(wěn)定。待第二步混凝土開始澆筑，架體受力值繼續(xù)上升，至混凝土澆筑完畢達(dá)到初凝狀態(tài)時(shí)，架體受力值達(dá)到峰值。繼續(xù)監(jiān)測(cè)一段時(shí)間，受力值無明顯變化。架體立桿在混凝土澆筑過程中最大受力值為14 kN，則實(shí)際架體最大受力為14.02+1.557=15.577（kN），小于報(bào)警值。說明架體在混凝土澆筑開始至混凝土澆筑完畢初凝后，處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。見圖7和圖8。

圖9 立桿軸力曲線

圖8 橫桿軸力曲線

7 結(jié)語

采用以上模板方案，安全地完成了天津西站交通樞紐配套市政公用工程，西青道下沉隧道超厚大荷載頂板模板及超厚側(cè)墻單側(cè)支模的施工，為天津西站及周邊市政道路按時(shí)通車提供了保障。

□張 欣、宋紅智/天津三建建筑工程有限公司。

TU755.2

C

1008-3197（2013）06-41-03

10.3969/j.issn.1008-3197.2013.06.017

2013-07-16

扈朝陽/男，1969年出生，高級(jí)工程師，天津三建建筑工程有限公司總經(jīng)理，從事工程技術(shù)管理工作。