高支模施工技术在城际铁路隧道工程中的应用研究

吴太升 陈思帆

摘要：社会经济的快速发展与城镇化进程的不断加快促进了城际铁路的发展，隧道工程是城际铁路工程的关键构成部分。在铁路隧道工程中应用传统的施工技术会影响到施工效果，而应用高支模施工技术可以保障施工安全性，提高施工质量。应用高支模施工技术时需要做好盾构井设计与明挖隧道设计工作，提升工程质量。

关键词：高支模施工技术;城际铁路;铁路隧道

前言：

我国技术水平不断提升，建筑工程中的新技术不断涌现出来。高支模施工技术就是新型施工技术，被广泛应用在房屋建筑、桥梁建筑等工程施工中。但是，高支模施工的安全系数较低，需提高技术水平、做好安全防控工作。

1.高支模施工技术与铁路隧道工程概述

1.1高支模施工技术

高支模指的是高度大、跨度大或承载力大的支撑性模板体系，例如混凝土构建模板支撑高度大于8m或跨度大于18m或施工总载荷大于15kN/m2的模板支撑体系【1】。应用高支模施工技术可以提升建筑结构的稳定性，减少材料的消耗，所以备受施工单位的青睐。但是，高支模施工较为复杂，很容易造成安全问题，例如会出现由模架体系倒塌造成的人员伤亡。而这是由多种因素造成的，例如施工单位管理力度小、施工人员技术水平低、安全技术交底流于形式、政府监管不到位等、未按照相关标准进行操作等。这就要求施工单位增强安全意识，科学开展高支模施工工作，保障施工安全性。

1.2铁路隧道工程

铁路隧道指的是修建在地下或水下并铺设铁路供机车车辆同行的建筑物。根据铁路隧道的所在位置可以将其分为山岭隧道、水下隧道以及城市隧道等类型，需严格按照施工规范进行施工。

2.城际铁路隧道工程概况

高支模施工技术在城际铁路隧道工程中发挥着重要作用，因此本文将以新郑机场至郑州南站城际铁路隧道工程为例分析高支模施工技术在铁路隧道工程中的应用。新郑机场至郑州南站城际铁路隧道工程是连接新郑机场与郑州南站这两大交通枢纽的关键，在建设过程中中铁十六局一直坚持“责任重于能力，意志创造奇迹”的企业核心精神，科学开展管理工作、精心开展组织工作，不断提高施工质量【2】。在铁路隧道工程中，施工单位应用了高支模施工技术。例如，某一区间线路的全长是7.397km，其中明挖隧道工程应用了高支模施工技术。

3.城际铁路隧道工程中模板与支撑体系的设计

3.1盾构井设计

3.1.1优化主体结构形式

隧道工程盾构井的主体结构实现了钢筋混凝土井壁与环框梁的结合，其中包括始发井与接收井。始发井的高度是29.3m、外轮廓尺寸是19*21.3m，而接收井的高度是25m、外轮廓尺寸是18*21.3m。盾构井的井壁厚度是0.8m-1m，而底板厚度是1.4m。

3.1.2优化模板支架设计

在进行模板搭设之前，施工人员需要掌握具体的搭设流程。首先，需要做好立杆定位放线工作，并将垫板铺设好。其次，需要按照要求放置立杆、扫地杆、纵向与横向水平杆。此外，需要根据相关标准设置剪刀撑、方木与模板，并进行验收。明确模板搭设流程之后，施工人员应科学选择盾构井结构模板。盾构井主要采用单侧支模，支架的形式是四周对称。在施工过程中，所有的柱、井壁、梁、板等结构都应用厚度为15mm的竹胶板，并将模板的尺寸控制在1220mm*2440mm。结构当中的主龙骨采用的是方木，尺寸是100*120mm，方木之间的间距是600mm，而次龙骨采用的方木尺寸是80*80mm，方木之间的间距是250mm【3】。支架采用的是碗扣式脚手架，需要按照要求设置支架的厚度。此外，需要计算模板的各种参数。需要计算的参数有支架的侧压力、模板的承载力、稳定性与挠度。

①支架侧压力。从实际情况来看，混凝土的浇筑高度越高，其作用在模板上的侧压力就越大，当浇筑高度达到某一临界值时，其作用在模板上的侧压力不会再增加，而此时的侧压力就是最大的。可以根据这一公式进行计算：F=0.22yct0β1β2（1）

F=ycH            （2）

这两个公式当中的F指的是混凝土作用在模板上的最大侧压力，单位是kN/m2;yc指的是混凝土的重力密度，单位是kN/m3;t0指的是混凝土的初凝时间，单位是h;β1指的是混凝土中外加剂的影响修正系数;β2指的是混凝土的坍落度影响系数;V指的是混凝土的浇速度，假设为2m/h;H指的是混凝土浇筑的高度，单位是m，假设为11.124m。

因此，根据公式（1）可以计算出混凝土作用在模板上的最大侧压力是51.07kN/m2，根据公式（2）可以计算出混凝土作用在模板上的最大侧压力是278.1kN/m2。一般情况下，需要将计算出的较小值当作模板侧压力的标准值。明确模板侧压力的标准值之后，需要综合分析混凝土的水平荷载，即2kN/m2，假设荷载的分项系数是1.2与1.4，因此模板的总荷载设计值是q=51.07*1.2+2*1.4=64.08kN/m2【4】。

②模板的承载力计算。由于模板采用的是厚度為15mm的竹胶板，所以将跨距设为l=250mm，那么模板上的线荷载是：

q=Fl=64.08N/mm

M=0.107ql2=4.29*105N·mm

W=bh2/6=3.75*104mm3

O=M/W=11.44N/mm2

模板上的线荷载小于13N/mm2，因此，模板的强度符合要求。

③模板的稳定性计算。需要根据模板当中主龙骨与次龙骨的跨距以及支架的水平与垂直间距进行计算。同时，支撑杆的有效面积用A表示，设为489mm2。而N=23.07，kN=23070N。

钢管的回转半径用i表示，且i=d/4=15.78mm。

鋼管的计算长度用l0表示，l0=900mm。

钢管的细长比用 λ表示， λ=l/i=76.05。

而稳定系数是φ ，φ =0.714。

所以，o=N/φ A0=66.08N/mm2。

66.08N/mm2<205N/mm2，因此模板的稳定性符合要求。

④模板的挠度计算。在计算模板的挠度时需要利用标准负荷，且不考虑振动荷载的影响。模板的截面惯性距是：

I=bh3/12=2.81*105mm4

荷载组合的标准值是：        F=51.07kN/m2

模板上的线荷载是：          q=Fl=51.07N/mm

W=0.64ql4/100EI=0.79

模板的挠度也符合需求。

3.2明挖隧道设计

在明挖隧道工程中，施工人员需要做好底板施工、仰拱填充等方面的工作。在底板施工中，不需要设置模板，需要利用快易收口网进行分块浇筑。在仰拱填充中，需要等到仰拱混凝土的强度达到要求后，在混凝土上进行立模施工，填充一些混凝土。在填充混凝土之前，施工人员需要全面清理仰拱的表面，之后再进行混凝土浇筑。

结语：

从稳定性、强度以及挠度等角度来看，高支模施工技术都符合铁路隧道工程施工的要求。因此，铁路隧道工程施工单位应高度重视高支模施工技术，科学开展盾构井设计与明挖隧道设计工作，加强相关参数的计算，增强施工的安全性、可靠性与经济性。

参考文献：

[1]马刚.高支模施工技术在铁路土建工程中的应用[J].工程建设与设计，2020（09）：195-197.

[2]易璐.试论高支模施工技术在厂房施工中的应用[J].工程建设与设计，2021（24）：159-161+164.

[3]杨可.排涝站主厂房梁板工程高支模施工技术分析[J].黑龙江水利科技，2021，49（11）：199-202.

[4]叶永丰.基于自研计算软件的地铁车辆段大跨度高支模施工研究[J].铁道建筑技术，2021（11）：181-185.

作者介绍：

吴太升（1993.8.27），性别：男;籍贯：成都;民族：汉;学历：本科、学士;职称：助理工程师;研究方向：地下工程，水工环;

陈思帆（1994.7.16），性别：男;籍贯：成都;民族：汉;学历：本科、学士;职称：助理工程师;研究方向：材料科学、水工环;