下沉隧道超厚顶板及侧墙模板支撑体系施工技术

□文/扈朝阳 张 欣 宋红智

下沉隧道超厚顶板及侧墙模板支撑体系施工技术

□文/扈朝阳 张 欣 宋红智

介绍天津西站交通枢纽配套市政公用工程，西青道下沉隧道的超厚侧墙单侧支模和超厚顶板大荷载模板支架施工技术。包括模板的设计阶段、准备阶段、施工方法、监测分析、施工管理等内容。

下沉隧道；超厚；侧墙；顶板；单侧支模；支撑体系

1 工程概况

天津西站交通枢纽配套市政公用工程西青道下沉隧道为地下一层单箱双室结构，总建筑面积18 713.5 m2，分为下沉隧道箱体段和U型槽敞开段。其中箱体标准段长 260 m，箱体顶板厚 1.5 m，底板厚 1.5 m，净空 5.8～6.7 m，平均埋深8.2 m。箱室侧墙最厚1.5 m。箱体段顶板覆土厚0.31～2.23 m，中间设有500 mm厚中隔墙将箱体分为2部分，箱室最大跨度21.3 m。围护结构采用SMW工法桩。下沉隧道下方为地铁西站站，已采用盖挖逆作法施工完毕。

箱体主体结构采用C40P10混凝土，共划分为15段施工，每段长度20～42 m不等。一次浇筑混凝土长度根据施工段长度而施工。

底板混凝土浇筑完毕后进行中隔墙和侧墙的模板支撑搭设，由于基坑两侧有SMW工法桩作为围护结构，所以侧墙采用单侧支模，大模板、三角形侧向支架，墙体混凝土浇筑高度5.16 m。待侧墙与中隔墙混凝土强度达到100%后，进行顶板混凝土浇筑。

2 施工难点

1）下沉隧道顶板厚1.5 m，净载荷达37.5 kN/m2，模板支架施工安全风险大，需认真制定大载荷模板支架方案。

2）下沉隧道侧墙厚 1.5 m，高 5.16 m，墙模板侧压力大。由于侧墙外紧贴支护桩，只能采用单侧支模方案，无法用对拉螺栓加固墙模，如何保证单侧支模的稳固是施工难点。

3 模板配置及受力分析

3.1 顶板厚1 5 0 0 mm，顶板模板支架的构造

采用竹模板，次龙骨用50 mm×100 mm方木，间距150 mm；主龙骨用 150 mm×150 mm方木，间距 600 mm。支架立杆间距为600 mm×600 mm，水平杆间距900 mm，在立杆端部设可调支托。水平、竖直方向每3 m设置一道十字撑。架体距底部200 mm设扫地杆。

3.2 顶板支架内力分析

模板支架搭设高度最大为6.7 m，立杆的纵距0.60 m，立杆的横距 0.60 m，步距 0.90 m。

面板厚度18 mm，剪切强度1.4 N/mm2，抗弯强度15.0 N/mm2，弹性模量 6 000 N/mm4。

经计算立杆的轴向压力19.688 kN，立杆的稳定满足规范要求。

3.3 侧墙模板单侧支模构造

侧墙模板采用钢制大模板，竖向次龙骨采用木工字梁，横向主龙骨采用槽钢背楞。单侧模板支架由埋件和架体两部分组成，其中埋件系统包括：地脚螺栓、连接螺母、外连杆、外螺母和横梁。三角支架部分采用的规格为3 600 mm标准节。地脚螺栓出地面处与混凝土墙面距离 120 mm，出地面为 130 mm，埋置深度 15d（d为螺栓直径）。各埋件杆间距为 300 mm，在靠近墙体的起点和终点处宜各布置一个埋件，埋件与地面须成45°，埋件预埋时拉线保证埋件在同一条直线上，见图1。

图1 单侧模板支架安装

3.4 单侧支模的内力分析

模板的侧压力随混凝土的浇筑高度而增加，当浇筑高度到某一临界值时侧压力不再增加，此时的侧压力即为新浇筑混凝土的最大侧压力。侧压力达到最大值的浇筑高度称为混凝土的有效压头。

经计算，模板侧压力为38.28 kN/m2，考虑倾倒混凝土产生的水平载荷标准值4 kN/m2，分别取荷载分项系数1.2和1.4，则作用于模板的总荷载设计值为38.28×1.2+4×1.4=51.54（kN/m2），按 51.54 kN/m2进行受力分析（全部按铰接分析），见图2-图3和表1。

图2 单侧支架受力分析

表1 模板支架压杆内力

杆件内力/kN 规格 截面面积/mm2长细比 稳定系数 应力/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

压杆稳定性均满足要求（稳定系数按3号钢b类截面查表），7#杆压力很小，未做验算。经验算单侧支模，强度、刚度、稳定性均满足强度、变形要求。

4 模板及支撑系统施工

4.1 模板支架的搭设

4.1.1 侧墙单侧模板支设施工工序

钢筋绑扎并验收后→弹外墙边线→合外墙模板→单侧支架吊装到位→安装单侧支架→安装加强钢管→安装压梁槽钢→安装埋件系统→调节支架垂直度→安装上操作平台→紧固检查一次埋件系统→验收合格→浇筑混凝土。

4.1.2 顶板模板支设施工顺序

在底板上按立杆间距弹线→搭设立杆→主龙骨方向水平横杆→次龙骨方向水平横杆→其他连接杆件→安放U型托→铺设主龙骨→铺设次龙骨→铺设竹胶板。

4.2 操作要点

1）隧道顶板模板支架从底板以上2 m的范围内，横杆加密为300 mm。横杆两端安装可调支托，以中隔墙与两侧侧墙同时作为支顶，保证架体水平方向的稳定性。竖向及水平剪刀撑每3 m设置一道。架体顶部水平杆距顶板400 mm，扫地杆距底部200 mm。见图4。

图4 架体立杆平面及剪刀撑布置

2）侧墙模板支架每隔一排立杆沿竖向设3道斜撑，间距1.2 m，下部顶在底板钢筋地锚上，斜撑中间与架体锁扣，支顶在侧墙主龙骨木方上，对侧墙进行加固。见图5。

图5 斜撑加固

3）由于采用碗扣式脚手架，为确保架体整体稳定，在水平向和纵向每隔一道设通常管。

5 混凝土浇筑

结构顶板分2步浇筑，第1步浇筑厚度900 mm（以过变形缝处中埋式止水带15 cm为宜），第2步浇筑厚度为600 mm。

6 模板支架的监测

在施工中对支架的垂直、水平变形，立杆和水平杆的轴力进行了监测，下面主要介绍轴力监测情况。

6.1 监测点的布置

在隧道右箱体区域随即选取10个监测点，对各个区域不同点位同时进行监测。其中监测点S1～S6是架体立杆轴力监测点，H7～H10架体水平杆轴力监测点。见图8。

图6 监测点布置平面

6.2 监测方法

架体搭设、模板铺设、钢筋绑扎完毕后，在立杆底部与底板之间安放轴力计监测竖向受力值，在横杆端部与侧墙之间安放轴力计监测横向水平力值。轴力计安放完毕后先记录初始读数，自混凝土浇筑开始后每2 h进行一次监测，记录监测数据，直至混凝土浇筑完毕达到初凝。

6.3 架体监测控制标准及报警值

模板支架立杆轴心受力设计值为19.69 kN，为更好地保证架体安全稳定，选定安全系数值0.9，即19.69×0.9=17.721（kN）作为监测报警值。在监测过程中若出现大于报警值的监测数时，立即停止混凝土浇筑，组织技术人员检查架体是否存在安全风险，及时采取处理措施。

6.4 监测数值分析

在顶板混凝土未浇筑之前，支架立杆所受的力有脚手架自重0.855 kN、模板自重0.108 kN、钢筋自重0.594 kN，则初始读数为 0.855+0.108+0.594=1.557（kN）。

随着混凝土浇筑量的增加，架体杆件轴力明显上升。在第一步混凝土浇筑完毕后，各监测点曲线出现直线段，表明第一步混凝土浇筑后架体杆件未有明显的受力突变，第一步混凝土浇筑完毕后架体理论受力值与实测值相吻合，证明架体此时安全稳定。待第二步混凝土开始浇筑，架体受力值继续上升，至混凝土浇筑完毕达到初凝状态时，架体受力值达到峰值。继续监测一段时间，受力值无明显变化。架体立杆在混凝土浇筑过程中最大受力值为14 kN，则实际架体最大受力为14.02+1.557=15.577（kN），小于报警值。说明架体在混凝土浇筑开始至混凝土浇筑完毕初凝后，处于安全稳定状态。见图7和图8。

图9 立杆轴力曲线

图8 横杆轴力曲线

7 结语

采用以上模板方案，安全地完成了天津西站交通枢纽配套市政公用工程，西青道下沉隧道超厚大荷载顶板模板及超厚侧墙单侧支模的施工，为天津西站及周边市政道路按时通车提供了保障。

□张 欣、宋红智/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

扈朝阳/男，1969年出生，高级工程师，天津三建建筑工程有限公司总经理，从事工程技术管理工作。