魏業(yè)松

（福建省交建集團(tuán)工程有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

隨著廈門市海滄馬鑾灣片區(qū)建設(shè)的發(fā)展，提倡立體交通通行方式的工程增多，下穿通道工程存在跨度大、凈空高和工期短等特點(diǎn)。在馬鑾灣新城中心島馬鑾灣西路一期項(xiàng)目的下穿通道頂板模板支撐架施工中，變截面雙孔下穿通道采用盤扣式支架體系，等截面雙孔下穿通道采用鋼管+貝雷梁支架體系。在保證模板支撐體系穩(wěn)定的前提下，改進(jìn)后的兩種整體移動(dòng)模架在工程項(xiàng)目中可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約成本，提高施工效率及質(zhì)量。

1 工程概況

馬鑾灣新城中心島馬鑾灣西路一期工程項(xiàng)目全長0.892km。下穿通道采用雙孔框架結(jié)構(gòu)型式、明挖暗埋方案。下穿通道采用整體雙孔箱型框架斷面，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土構(gòu)件，全長315.638m，施工范圍為SK1～SK14節(jié)段。變截面SK1～SK6節(jié)段，節(jié)段長15m～20.64m，左右孔凈寬13m～18.97m；等截面SK7～SK14節(jié)段，節(jié)段長14m～20m，左右孔凈寬13m；SK1～SK4頂板厚度1.3m、底板厚度1.4m；SK5～SK6頂板厚度1.2m、底板厚度1.3m；SK7～SK14頂板厚度1.1m、底板厚度1.2m。

2 下穿通道兩種頂板模板支撐體系設(shè)計(jì)方案

該公司承接較多大跨度橋梁項(xiàng)目，倉儲(chǔ)貝雷梁及鋼管等材料較多，從考慮成本的角度出發(fā)，節(jié)省外購或租賃材料的費(fèi)用。因?yàn)樵摱位邮瞧瑓^(qū)地勢最低點(diǎn)，雨季抽排水壓力較大，考慮保證后續(xù)規(guī)劃路實(shí)施，須先行通道施工，所以針對(duì)14節(jié)通道考慮如下：變截面雙孔下穿通道采用盤扣式支架體系、等截面雙孔下穿通道采用鋼管+貝雷梁支架體系兩種設(shè)計(jì)方案同時(shí)施工，方可滿足工期。

方案一：盤扣式支架鋼管規(guī)格為?60mm×3.2mm，橫桿步距1.5m，立桿縱向均勻布置間距為90cm，立桿橫向布置間距按通道橫截面面積等分荷載法布置，橫向布置間距按照30cm-60cm-90cm3種方式布置，當(dāng)盤扣式支架搭設(shè)寬度小于120cm時(shí)，支架采用30cm×90cm步距搭設(shè)，支架排數(shù)不少于3排。面板底模采用竹膠板，竹膠板長×寬×厚度為2.44m×1.22m×0.01m，最小長度≥0.9m?？v向方木（底模面板下小棱）采用9cm×9cm方木，縱向通長，橫向間距（中到中）30cm （局部位置加密），最小長度≥2.0m。橫向分配梁為I12工字鋼，縱向間距（中到中）90cm （局部位置加密），最小長度≥3.0m。經(jīng)受力計(jì)算分析，滿足規(guī)范要求。

方案二：鋼管+貝雷梁支架縱向間距設(shè)置3組支架（20m通道）。支架采用標(biāo)準(zhǔn)貝雷梁，螺旋剛管橫向間距283cm，組內(nèi)支架采用?426mm×8mm，螺旋剛管組間距為250cm和300cm。3組支架組間支架間距500cm，支架設(shè)置10號(hào)槽鋼剪刀連接。橫桿、剪刀桿采用10號(hào)槽鋼，間距橫縱不同，支架搭設(shè)寬度均為13m。通道頂板底模板采用244cm×122cm×1.0cm厚竹膠板，竹膠板下為9cm×9cm的縱向方木，間距30cm，橫向次龍骨為I12工字鋼，間距為90cm，縱向主龍骨為標(biāo)準(zhǔn)貝雷梁，間距為100cm。經(jīng)受力計(jì)算分析，滿足規(guī)范要求。

3 改進(jìn)后的整體移動(dòng)盤扣支架方案

目前，關(guān)于大跨度盤扣支架施工技術(shù)的研究已經(jīng)比較成熟，余備軍等[1]對(duì)巨跨地下洞庫頂推滑行式盤扣支架重型襯砌臺(tái)車施工技術(shù)進(jìn)行了研究。沈紅良等[2]對(duì)整體移動(dòng)式支架在市政通道工程中的應(yīng)用提出了改進(jìn)的模板支架方案。在該項(xiàng)目改進(jìn)后的模板支架方案中，增加了底托+滑輪組及牽引系統(tǒng)，可以將整個(gè)盤扣支架放置在兩道滑輪組型鋼上，用橫向兩道型鋼焊接縱向兩道滑輪組來形成一個(gè)整體，利用卷揚(yáng)機(jī)逐步緩慢地使整個(gè)支架體系向前移動(dòng)。

3.1 施工流程

該方案的施工流程如下：1）搭設(shè)SK2盤扣支架體系，完成首段下穿通道主體結(jié)構(gòu)施工。2）SK2主體結(jié)構(gòu)達(dá)到強(qiáng)度后，縮回（通道橫斷面兩邊各進(jìn)四跨立桿處）底托2處，各縮回行程20cm。3）安排兩名施工人員依次在縱向方向上同步回縮兩道底托。在整個(gè)縱向底托下設(shè)置兩道滑輪組（16.84m長20號(hào)槽鋼面向上承受底托、盤扣架桿件、12工字鋼及方木竹膠板等的靜荷載，20號(hào)槽鋼下滿焊焊接16.44m長10號(hào)槽鋼，10號(hào)槽鋼下焊接12cm長鋼管為軸，穿3cm寬、10cm外直徑的高強(qiáng)B級(jí)圓柱軸承輪2個(gè)，一道槽鋼下設(shè)置10組輪子，形成槽鋼頂面至輪底15cm高的滑輪組），如圖1所示。

圖1 滑輪組斷面圖

4）采用20號(hào)槽鋼橫向先后兩道，滿焊焊接滑輪組縱向頭尾上20槽鋼處，保證兩道滑輪組形成整體。5）安排4名施工人員依次在縱向同步回縮其余底托，各縮回行程10cm；當(dāng)整體縮回其余底托整體落架時(shí)，保證之前兩道底托與滑輪組頂面接觸緊密并焊接牢固。6）設(shè)置2條?20mm鋼絲繩系于兩道滑輪組間槽鋼上拉環(huán)。7）利用5t卷揚(yáng)機(jī)在SK4底板處拉動(dòng)整個(gè)支架系統(tǒng)向前緩緩移動(dòng)，拉動(dòng)過程中每前進(jìn)1m檢查支架體系整體穩(wěn)定性，觀測支架立桿與側(cè)墻邊間距，保證支架體系的有效移動(dòng)。

3.2 整體移動(dòng)式盤扣支架計(jì)算

除了支架模板須滿足受力要求來保證整個(gè)盤扣支架的強(qiáng)度和穩(wěn)定性之外，滑輪組及牽引系統(tǒng)也要滿足受力的要求，須對(duì)滑輪組及牽引系統(tǒng)進(jìn)行受力分析，由于滑輪組上縱梁不僅傳遞集中力而且傳遞彎矩，卷揚(yáng)機(jī)拉力也須承受整個(gè)支架的自重，因此作為一個(gè)整體進(jìn)行分析。

滑輪組縱梁承受盤扣支架傳遞下來的力，豎向力也主要由跨度18.97m范圍內(nèi)的模板及工字鋼傳遞而來，16.2m長盤扣支架總共傳遞的豎向力主要是模板、方木、工字鋼和盤扣支架的自重。

F總=573.36kN，考慮恒荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.3，F(xiàn)總=573.36kN×1.3=745.37kN。共2道滑輪組，每道滑輪組有19個(gè)豎向受力點(diǎn)，則每個(gè)受力點(diǎn)傳遞力為F=745.37kN/38=19.62kN。考慮不均勻系數(shù)取1.2，如公式（1）所示。

式中：Mmax為彎矩最大值；p為應(yīng)力；I為截面慣性矩。

滑輪組槽鋼強(qiáng)度驗(yàn)算：最大彎應(yīng)力如公式（2）所示。

式中：Mmax為彎矩最大值；σmax為最大彎應(yīng)力；W為截面抵抗矩。

綜上所述，滑輪組槽鋼布置滿足要求。

滑輪組滾柱軸承的承載能力與軸承的類型和尺寸有關(guān)，這次計(jì)算不考慮軸承的壽命計(jì)算。當(dāng)滾柱軸承工作穩(wěn)定高于120℃時(shí)，須引入溫度系數(shù)，由此可見不需要考慮溫度系數(shù)。考慮當(dāng)支架下落時(shí)會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，當(dāng)軸承承受有沖擊荷載時(shí)，當(dāng)量動(dòng)荷載計(jì)算引入荷載系數(shù)。滾柱軸承主要是承受徑向荷載，軸向荷載偏小，當(dāng)量荷載的計(jì)算如公式（3）所示。

式中：fp為負(fù)荷系數(shù)；X為徑向動(dòng)載荷系數(shù)；Y為軸向動(dòng)載荷系數(shù)；Fr為徑向荷載；Fa為軸向荷載。荷載類型為中等沖擊fp取1.2。

其中：P=fp（XFr+YFa）=745.37kN/20×1×1.2=44.73kN<單軸承極限承受荷載77kN。綜上所述，滑輪組軸承布置滿足要求。

整個(gè)模板及方木、工字鋼、盤扣支架的自重為57.3t；外加滑輪組中16.84m長20號(hào)槽鋼兩道、16.44m長10號(hào)槽鋼兩道、10.1m長20號(hào)槽鋼橫向先后兩道，合計(jì)1.71t，總重59t?？紤]到輪子行走在良好的混凝土面上，滾動(dòng)摩擦系數(shù)取值為0.02。滑輪直徑為10cm。輪子的滾動(dòng)摩擦力計(jì)算式如公式（4）所示。

式中：G為支架自重；f為滾動(dòng)摩擦系數(shù)；R為輪子半徑。

5t卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩額定拉力為50kN，遠(yuǎn)大于輪子的滾動(dòng)摩擦力。綜上所述，卷揚(yáng)機(jī)布置滿足要求。

4 改進(jìn)后的整體移動(dòng)鋼管+貝雷梁支架

目前，對(duì)鋼管+貝雷梁組合支架的施工技術(shù)已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，李梁等[3]在大跨度離壁式隧道拱部被覆蓋移動(dòng)模架施工技術(shù)中提出了頂升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。陳志勇[4]在鋼管樁和貝雷梁組合支架現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)中提出了組合支架的優(yōu)勢。在該項(xiàng)目改進(jìn)后的模板支架方案中，首先貝雷梁片與雙拼36號(hào)工字鋼滿焊焊接，之后雙拼36號(hào)工字鋼與螺旋鋼管頂鋼板滿焊焊接，增加了螺旋鋼管牛腿頂升系統(tǒng)+滑輪組及牽引系統(tǒng)，可以使整個(gè)鋼管+貝雷梁支架落在滑輪組，利用型鋼焊接全部螺旋鋼管形成整體，使用卷揚(yáng)機(jī)逐步緩慢地將整個(gè)支架體系向前移動(dòng)。

4.1 施工流程

該方案的施工流程如下：1）搭設(shè)SK8鋼管+貝雷梁支架體系，完成首段下穿通道主體結(jié)構(gòu)施工。2）SK8主體結(jié)構(gòu)達(dá)到強(qiáng)度后，螺旋鋼管組中1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)鋼管兩側(cè)焊接牛腿。3）螺旋管組中1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)鋼管兩側(cè)兩排，12臺(tái)10t液壓千斤頂就位，頂起并貼緊鋼管兩側(cè)牛腿鋼板，保證整體支架不擾動(dòng)。4）安排人員切割螺旋管組中兩排2號(hào)、4號(hào)鋼管底鋼板，抽出鋼板，保證預(yù)制水泥墩頂1.5cm間隙。5）抽出螺旋鋼管組兩排2號(hào)、4號(hào)鋼管底預(yù)制水泥塊，在螺旋鋼管組中兩排2號(hào)、4號(hào)鋼管底設(shè)置4組滑輪組（規(guī)格50cm×50cm、1cm厚鋼板承受鋼管、雙拼36號(hào)工字鋼、貝雷梁片、12號(hào)工字鋼及方木竹膠板等的靜荷載，鋼板下滿焊焊接50cm長14號(hào)槽鋼，槽鋼下滿焊焊接規(guī)格50cm×50cm、1cm厚鋼板，鋼板居中取32cm×10cm空洞保證兩個(gè)輪子可以有行走空間，取空鋼板下滿焊焊接兩道間距16cm貝雷梁銷子為軸，穿8cm寬、14cm外直徑的高強(qiáng)B級(jí)圓柱軸承輪組2個(gè)，其中8cm寬、14cm外直徑輪子由兩個(gè)3cm寬、10cm外直徑的高強(qiáng)B級(jí)圓柱軸承輪和外套8cm寬、14cm外徑、2cm厚鋼管制成，保證輪子整體承受壓力）。在滑輪組的整體結(jié)構(gòu)中，局部受力位置加設(shè)鋼墊板，形成鋼板頂面至輪底19cm高的滑輪組，如圖2所示。6）安排人員同步切割螺旋鋼管組中兩排1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)鋼管底鋼板，抽出鋼板，保證預(yù)制水泥墩頂1.5cm間隙。7）抽出螺旋鋼管組兩排1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)鋼管底預(yù)制水泥塊，保證鋼管底懸空12cm。8）安排人員同步卸落12臺(tái)10t液壓千斤頂，保證螺旋鋼管組兩排2號(hào)、4號(hào)鋼管底坐落在滑輪組頂上鋼板，安排人員滿焊焊接牢固，螺旋鋼管組中兩排1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)鋼管底距離地面5cm。9）安排人員安裝第3步到第8步流程，同步依次下落施工后續(xù)的4排螺旋鋼管組。10）待六排2號(hào)、4號(hào)螺旋鋼管全部落到滑輪組上后，采用兩道各20m長的20號(hào)槽鋼縱向滿焊焊接在六排2號(hào)、4號(hào)鋼管上，連接位置位于最下層10號(hào)槽鋼橫桿下鋼管，保證6排鋼管形成整體。11）設(shè)置2條?20mm鋼絲繩系于兩道20號(hào)槽鋼上拉環(huán)。12）利用兩臺(tái)5t卷揚(yáng)機(jī)在SK10底板處拉動(dòng)整個(gè)支架系統(tǒng)向前緩緩移動(dòng)，拉動(dòng)過程中每前進(jìn)1m檢查支架體系整體穩(wěn)定性，觀測最外層螺旋管與側(cè)墻邊間距、雙拼36號(hào)工字鋼與側(cè)墻邊間距和最外層貝雷梁與側(cè)墻邊間距，保證支架體系有效移動(dòng)。

圖2 滑輪組斷面圖

4.2 整體移動(dòng)式鋼管+貝雷梁支架計(jì)算

由于移動(dòng)式鋼管+貝雷梁支架中除了支架模板須滿足受力要求、保證整個(gè)鋼管+貝雷梁支架的強(qiáng)度和穩(wěn)定性之外，螺旋管牛腿頂升系統(tǒng)+滑輪組及牽引系統(tǒng)也須滿足受力要求，因此有必要對(duì)螺旋管牛腿頂升系統(tǒng)+滑輪組及牽引系統(tǒng)進(jìn)行受力分析，單個(gè)滑輪組上鋼板不僅傳遞集中力，千斤頂還需要承受兩組鋼管貝雷梁架的自重，卷揚(yáng)機(jī)拉力也需要承受整個(gè)支架的自重，考慮到這些因素，對(duì)移動(dòng)式鋼管+貝雷梁支架中螺旋管牛腿頂升系統(tǒng)+滑輪組及牽引系統(tǒng)作計(jì)算分析。

滑輪組鋼板承受鋼管+貝雷梁支架傳遞下來的力，豎向力也主要由跨度13m范圍內(nèi)的模板及工字鋼、貝雷梁片和螺旋管等傳遞而來，20m長鋼管+貝雷梁支架總共傳遞的豎向力主要有模板、方木、貝雷梁、工字鋼、螺旋鋼管組及槽鋼的自重。F=1097kN，考慮恒荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.3，F(xiàn)總=1097kN×1.3=1426kN。共12個(gè)螺旋鋼管，則每個(gè)受力點(diǎn)傳遞的力F=1426kN/12=118kN?；喗M滾柱軸承計(jì)算如公式（5）所示。

式中：fp為負(fù)荷系數(shù)；X為徑向動(dòng)載荷系數(shù)；Y為軸向動(dòng)載荷系數(shù)；Fr為徑向荷載；Fa為軸向荷載。

綜上所述，滑輪組軸承布置滿足要求。

整個(gè)模板及方木、貝雷梁、工字鋼、螺旋鋼管組及槽鋼、滑輪組中鋼板兩層及槽鋼自重為0.57t，總重110.27t。

其中12臺(tái)10t液壓千斤頂承受110.27/3=36.76t的質(zhì)量，每個(gè)千斤頂承受36.76/12=3.06t的質(zhì)量，10t液壓千斤頂布置滿足要求。

考慮輪子行走在良好的混凝土面上，滾動(dòng)摩擦系數(shù)取值為0.02，滑輪直徑為14cm。輪子的滾動(dòng)摩擦力計(jì)算如公式（6）所示。

式中：G為支架自重；f為滾動(dòng)摩擦系數(shù)；R為輪子半徑。

5t卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩額定拉力為50kN，2臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)作業(yè)后遠(yuǎn)大于輪子的滾動(dòng)摩擦力。綜上所述，卷揚(yáng)機(jī)布置滿足要求。

5 結(jié)論

綜上所述，下穿通道頂板模板支架采用整體移動(dòng)盤扣支架及鋼管+貝雷梁支架體系設(shè)計(jì)，在保證支撐結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度及承載力的前提下，通過改進(jìn)支架體系下滑輪組的形式，合理配置施工資源，加快了工程進(jìn)度，節(jié)約了施工成本，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。須進(jìn)一步深化研究，增加支架液壓、電氣等自動(dòng)化施工設(shè)備與控制技術(shù)，也可以考慮施工裝備的電液一體化技術(shù)來提高施工技術(shù)水平。