高支模体系在地下明挖车站施工中的应用

田维彪 （中铁十六局集团第一工程有限公司，北京 101300）

0 前言

随着国内社会经济的快速发展，各类交通基础设施正在加速建设和推进，居民的出行和换乘将会变得更加高效和便捷。穗莞深城际以广州白云机场引出连接至深圳宝安机场，并预留二期至香港九龙接口，是珠三角交通圈的重要工程。穗莞深城际深圳机场站建成后将成为亚洲最大地下车站，会同深圳地铁11号线共同服务于深圳宝安机场T3航站楼的换乘需求。

1 工程概况和背景

穗莞深城际深圳机场站位于深圳宝安机场T3航站楼区域领航四路、领航五路下方，东侧为出发层高架桥，西侧为空管站及能源中心，北端头井为盾构接收区，南端头井预留盾构始发条件。本站设计长度912m，有效站台长度210m，宽度13m。车站基坑长度912m，标准段宽度23.34m，深度19.9m，覆土4m～5m厚，基坑安全等级为一级。整体设计为地下双层岛式车站，地下一层为站厅层，净空5.55m，地下二层为站台层，净空8.215m，采用明挖法施工。

2 高支模体系的组成和设计

2.1 高支模体系的组成

本站高支模体系主要包含侧墙支架模板体系、顶板中板支架模板体系、上下翻梁支架模板体系、中立柱支架模板体系等位于端头井段和标准段的各类体系的设计、安装、验收、监测、拆除等流程。本文以侧墙三角背撑体系为主展开探讨。

2.2 侧墙三角背撑体系

2.2.1 标准段侧墙设计参数

标准段侧墙相关设计参数见下表。

侧墙设计参数表

2.2.2 侧墙模板及三角背撑体系设计

①侧墙模板使用定制单侧支架＋内侧墙体模板的受力支撑体系[1]。侧墙有防水要求，不允许设置穿墙孔。模板支架通过45°斜拉高强螺栓与预埋地脚螺栓连接，斜拉螺栓承受的斜拉力F分为水平力F1和垂直力F2，垂直力F2抵抗支架因浇筑混凝土时产生的上浮力，水平力F1抵抗支架因浇筑混凝土时产生的侧向挤压力，保证支架稳定、不侧移。具体见下图。

侧墙模板受力原理分析图

②侧墙支架由预埋部分和支架部分组成，预埋部分有预埋螺栓、连杆及螺母和横梁；支架部分有标准节段（3600mm）、加高节段（500mm）、加高节段（1600mm），根据现场墙体高度进行选择组合[2]。

③侧墙模板后采取单侧墙体模板支架，支架间距为0.75m，支架底部通过预埋25mm作为地脚螺栓（预埋钢筋与水平面的夹角为45°），地脚螺栓的预埋长度应当满足最小锚固长度35d，并应当与板内附加钢筋进行可靠焊接，通过连接槽钢与底板或中板连接。预埋钢筋间距0.3m。

2.2.3 侧墙模板及三角背撑体系施工方案

标准段侧墙采用钢模板＋工字钢12#＋三角背撑支撑体系，标准段负一层采用钢模板（P6015钢模板0.6m×1.5m）＋工字钢（12#）＋三角背撑支撑体系，三角模板支架每0.75m设一榀，各三角形支架之间采用Φ48mm钢管做联系杆，从扫地杆开始向上每隔90cm设置Φ48mm钢管与14a固定；浇注底板时每0.3m预埋一个地锚（HRB400Φ25mm钢筋）或Φ32mm圆钢地锚螺杆，地锚钢筋预埋应保证锚固长度不小于35d，并与板内附加钢筋进行可靠焊接，通过地脚螺栓调节垂直度来承担侧压力。负二层的第三道钢支撑需换撑施工，分两次浇筑，第一次支模体系采用侧向钢模板＋工字钢＋三角背撑体系，第二次采用木模板＋次楞方木（间距200mm）＋Φ48mm水平扣件式支架体系，施工时与中板同时施工。

2.3 侧墙模板安装流程

绑扎钢筋、验收→边线放样→安装模板及龙骨→吊装、安装支架→安装斜撑部位附加钢管→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→再紧固检查一次埋件系统→验收合格后砼浇筑。

3 单侧三角背撑体系验算

3.1 荷载计算

①静荷载

根据有关规定计算，在浇筑混凝土内部振捣时，对模板产生的最大侧压力，取下式中的较小值[3]：

式中：F为浇混凝土对模板产生的最大侧压力，kN/m2；γc为混凝土重力密度，kN/m3，计取 23；V 为钢筋混凝土的浇筑速度，计取1.2m/h；T0为钢筋混凝土的初凝时间，由T0=200/（T＋15）确定，其中T为混凝土的温度，计取25。；β1为外加剂影响系数，计取1.2；β2为钢筋混凝土坍落度影响修正系数，坍落度＜30mm时，计取0.85，坍落度为50mm～90mm时，计取1.0，坍落度为110mm～150mm时，计取1.15；H为钢筋混凝凝土的侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总高度，m，计取6.4m。

代入上述参数，计算结果如下：

按照规范取较小值，则静荷载为：f1=38.25kN/m2。

②施工动荷载按均布荷载考虑，取f2=5kN/m2。

③模板面板所受荷载主要分为静荷载和活荷载两类。分项系数计取：静荷载取1.2，活荷载取1.4。因此模板的侧压力总荷载为：

3.2 钢模板计算

3.2.1 钢模板面板计算

面板为受弯结构，计算构件刚度和抗弯强度时，按面板取0.6m，跨度l取0.75m，三跨连续梁进行计算。

3.2.2 抗弯强度计算

线荷载设计值q=Q×0.6=52.9×0.6=31.74kN/m2。

根据《建筑结构静力计算手册》可知，三跨梁简化计算，跨径0.75m，三跨梁中最大弯矩为：M=0.1ql2=0.1×31.74×0.752=1.78kN·m。

钢模板型号为 P6015，查得 Wx=11.98cm3，[σ]=215N/mm2，故截面抗弯强度计算值：σ=M1/Wx=（1.78 ×10-3）/ （11.98 ×10-6）=148.58N/mm2＜[σ]=215N/mm2。

结论：满足要求。

3.2.3 挠度计算

钢模板型号为P6015，查得Ix=54.3cm4，E=2.06×105MPa。

则面板最大挠度为：

结论：满足要求。

3.3 三角支架承载力计算

单侧墙体模支架计算只需要计算地脚螺栓的强度，侧墙模板后采取单侧墙体模板支架，支架间距为0.75m，支架和墙面间距0.2，支架底部通过预埋Φ25mm作为地脚螺栓（预埋钢筋与水平面的夹角为45°），地脚螺栓的预埋长度应当满足最小锚固长度35d，并应当与板内附加钢筋进行可靠焊接，通过连接槽钢与底板或中板连接。预埋钢筋间距0.3m。

取竖向0.75m宽墙体进行计算。荷载设计值：q=0.75×52.9=39.67kN/m；

有效压头高度为：h=f1/γ=38.25/23=1.66m。

以锚固点为支点列出弯矩平衡方程：

解上述方程得：F1=196.57kN。

由于Ⅲ级HRB400螺纹钢Φ25mm的设计截面积A=490.9mm2，0.75m的范围内共有0.75/0.3=2.5根地脚螺栓，取2根计算，故地脚螺栓的轴心受拉强度：

σ=F2/A/2=280.41/490/2×103=286.13N/mm2＜[σ]=400N/mm2；

地脚螺栓强度符合要求。

4 质量控制及保证措施

4.1 支架及模板质量保证措施

①施工前，由测量组测放、复核标高线；

②横竖接缝处增设龙骨、密封海绵条等措施，防止漏浆；

③多层板接缝下布设方木，保证无错台；

④支撑架每步架安装后，随时进行检查验收，且剪刀撑与支顶同步施工。

4.2 支架及模板拆除措施

①拆除模板的顺序和方法：按照先支后拆，后支先拆；先拆非承重模板，后拆承重模板；自上而下，先拆侧向支撑支架，后拆竖向支撑支架等原则；

②拆模时依据相关规定，对现浇砼结构模板及其支架拆除时要求砼强度应符合设计规定标准后方可进行。

5 结束语

施工过程中总结发现，三角背撑支架有利于组织流水施工，并且有效保证了结构物的施工质量和施工效率。在实际施工中，需要控制混凝土分层浇筑的高度、支架模板的稳定性、背撑体系的验算及验收等要点，并编制配套的应急预案。