地下综合管廊中的整体移动式支架模板结构设计分析

何志祥，徐海林 （中铁四局第一工程有限公司，安徽 合肥230041）

在地下管廊修建中，主体结构施工多采用方木、模板配合钢管支架体系进行施工，而传统模板支架施工工序繁多，安装拆除时间长，钢管支架租赁成本较高，木模板周转多次以后其施工质量难以保证。为了适应管廊未来的发展趋势，针对传统地下管廊施工工艺的特点和目前劳动力紧缺等问题，与台湾实固股份有限公司联合研发了“整体移动式支架模板”地下管廊结构施工新工艺，并利用专用设备进行实验，努力解决上述施工难题，实现地下管廊施工系统化、标准化，有效提高了施工工效和经济效益。

1 移动模板支架结构设计

1.1 结构设计型式

移动式模板支架体系以3.05m为一个单元单独拼装，根据不同变形缝、不同长度来组配模板单元达到整体浇筑的效果。

移动式模板支架体系由四个部分构成。

①面板系统：防水夹板+蜂巢钢+钢次梁

②支撑系统：圆盘式系统支架

③行走系统：行走轮+卷扬机

④调整系统：可调顶托、底座、侧撑调整器

图1 整体移动支架模板模型图

①面板采用大面积防水夹板，完成面平整美观。模板框架采用蜂槽钢+钢次梁的方式取代传统木料，坚固安全且经久耐用，且结构轻，方便模板组装与模板移动。

②支撑系统采用圆盘式系统支撑架，为首款国内研发生产能符合欧盟EN12810-1以及美国ANSI10.8规范的国际级产品。

③整体行走系统的设计使模板移动起来简易快捷，不须再花费大量人力跟时间搬运材料，节省了大量劳动力。

④所有调整系统扣件均为进行结构计算后特别设计，让操作人员能有效准确地组装整个模板系统，且检验人员方便检验，确保扣件品质以及施工安全。

1.2 结构材料特性参数

整体移动式支架模板结构所使用材料特性参数如表1所示。

1.3 结构设计创新点

整体移动式支架模板通过设计特有的适用与地下综合管廊的面板系统、支架系统、调整系统以及行走系统，实现了支架模板的整体移动、安装与拆除。

整体移动式支架模板的结构简单，整体安装、拆除以及移动的施工方式操作简单快捷，可提高一倍左右的施工工效。材料质量优良，面板可周转次数最少20次以上，支架可周转使用三年，极大地降低了施工成本。模板整体性强，扣件少，施工现场干净整洁且安全性高，符合文明施工的理念。

2 移动模板支架Midas模拟计算

2.1 计算模型及参数

每组模板材料特性参数（3.05m） 表1

利用Midas建立移动模板支架三维模型，如图2所示：

图2 模型消隐图

本模型共建立节点430个，梁单元415个，立杆底部约束三个方向自由度（Dx,Dy,Dz）来模拟。主楞与次楞的连接、次楞与模板的连接均采用弹性连接中的刚性连接来模拟。自重由软件自动形成。新浇混凝土产生对侧模板及底模板的压力采用压力荷载进行模拟，荷载加载如图3所示。

图3 底模及侧模荷载加载图

2.2 计算过程及计算结果分析

2.2.1 强度计算结果

通过Midas的计算，模板支架系统的强度计算结果如下所示。

2.2.1.1 底模板计算

图4 底模应力图（单位：MPa）

①弯曲应力：最大值σ=3.29MPa＜[σ]=13.5MPa，满足要求。

②剪应力：最大值τ=0.19MPa＜[τ]=0.9MPa，满足要求。

2.2.1.2 侧模板计算

图5 侧模应力图（单位：MPa）

①弯曲应力：最大值σ=6.85MPa＜[σ]=13.5MPa，满足要求。

②剪应力：最大值τ=0.56MPa＜[τ]=0.9MPa，满足要求。

2.2.1.3 顶板次楞主楞计算

①组合应力：最大值σ=23.94MPa＜[σ]=210MPa，满足要求。

②剪应力：最大值τ=17.34MPa＜[τ]=140MPa，满足要求。

图6 顶板次楞主楞应力图（单位：MPa）

2.2.1.4 侧墙次楞主楞计算

图7 次楞主楞应力图（单位：MPa）

①组合应力：最大值σ=151.46MPa＜[σ]=210MPa，满足要求。

②剪应力：最大值τ=40.11MPa＜[τ]=140MPa，满足要求。

2.2.1.4 立杆支撑计算

图8 立杆轴力、应力图（单位：MPa）

2.2.2 刚度计算结果

通过Midas的计算，模板支架系统的刚度计算结果如下所示

2.2.2.1 模板计算

图9 模板位移图（单位：mm）

①底模：最大变形f=0.29mm＜L/400=300/400=0.75mm，满足要求。

②侧模：最大变形f=0.47mm＜L/400=300/400=0.75mm，满足要求。

2.2.2.2 顶板次楞主楞计算

图10 模板位移图（单位：mm）

①次楞：最大变形f=0.38mm＜L/400=1800/400=4.5mm，满足要求。

②主楞：最大变形f=0.25mm＜L/400=1500/400=3.75mm，满足要求。

2.2.2.3 侧墙次楞主楞计算

图11 模板位移图（单位：mm）

①次楞：最大变形f=2.44mm＜L/400=1800/400=4.5mm，满足要求。

②主楞：最大变形f=0.63mm＜L/400=600/400=1.5mm，满足要求。

3 移动模板支架施工工艺

3.1 模板支架组装步骤

①拼装蜂巢钢与钢次梁，组装框架系统。

②搭设圆盘系统支架。

③在钢次梁梁上打眼，将防水夹板安装在框架系统上。

④通过角隅连接器组装连接内侧模板与顶模。

⑤装设调整系统与横撑，并将模板吊至管廊底板上方。

图12 模板支架组装图

3.2 施工工艺流程

整体移动式支架模板的施工工艺流程如图13所示。

4 工程实例

图13 移动支架模板施工工艺流程

文章以海口市江东组团桂林洋片区的江东大道二期地下综合管廊工程为依托，管廊线路总长8171m，为双舱现浇钢筋混凝土结构，标准段约占管廊总长的65%以上，其工程具有线路长、明挖支护深基坑施工、适合分段流水作业等特点。

前期施工采用搭拆碗扣模板支架的传统工艺，需投入大量劳动力，劳动强度高、施工效率低。后期根据工期进度、经济效益、安全质量及文明等要求采用移动支架模板系统施工管廊廊体。选取一段20m长度管廊廊体施工，现将使用传统工艺（易安特复合板+钢管脚手架）与使用移动式支架模板进行对比分析。

4.1 成型结构对比分析

根据现场廊体施工情况，采用易安特复合板+钢管支架施工的廊体结构面拼缝多且拉杆眼修补痕迹明显。采用移动式支架模板施工的廊体结构面光滑平整，外观质量优良。

图14 易安特模板与移动支架模板施工结构面对比

4.2 经济效益及工效对比分析

根据图15分析可知，20m标准节段易安特复合板支架模板施工成本为5.12万元；20m标准节段整体移动式支架模板施工成本为3.863万元。

采用传统的竹胶板+钢管脚手架，按20m/节段从垫层浇筑至主体结构+顶板浇筑+拆除模板需16天完成，需配置10人。采用可移动式模板支架后从垫层浇筑至主体结构+顶板浇筑+拆除模板需12天完成，需配置5人，经对比分析得出时间上可节约4天，人员可减少1/2。

图15 易安特模板与移动支架模板施工经济成本对比图

4.3 安全文明对比分析

易安特模板复合材料施工需使用到模板、钢管、拉杆、方木、支架等，且其分别独立，模板使用过程中需将其分别安装或拆除，现场散乱零扣件多，文明施工不易保证。见图16A、B。

整体移动式支架模板安装整体化、拆除整体化、移动整体化，无散乱零扣件，现场整齐规范。见图16C、D。

图16 易安特模板与移动支架模板施工安全文明对比分析

5 结论

通过建模模拟实际荷载条件可知，侧墙模板、主次楞、支架在对应的荷载条件下，组合应力以及剪应力都满足要求。顶板与侧墙的主次楞的最大挠度小于最大允许挠度，满足要求。

依据设计在海口地下综合管廊桂林洋段变形缝48～51三段标准段处进行整体移动式支架模板的拼装，拼装完成后将模板吊入管廊底板上进行内模合模、外模合模、钢筋绑扎、混凝土浇筑、混凝土养护等工序。该三段标准试验段共长88m，浇筑完成的混凝土结构面光滑平整，无错台孔眼，拼缝少，外观质量和结构尺寸以及防水性等方面均满足设计要求。整体移动式支架模板的设计成功，为地下综合管廊施工标准化、一体化提供了先例，为以后整体移动式模板支架的优化提供了可靠数据。