地铁车站盾构孔封闭吊模施工技术

孙兵 SUN Bing

（上海隧道工程有限公司，上海 200032）

0 引言

城市地铁土建工程主要包含车站和区间盾构，为满足工期节点，两者交叉作业常有发生。尤其是盾构与吊装孔封闭同步实施的工况，对安全、质量和进度的要求更高，一般采用满堂架门洞方案，保证盾构推进与主体结构同步进行[1]，若交叉作业发生在盾构始发阶段，对作业空间要求较大，则会采用门式型钢支架[2-3]和吊模方案。吊模方案具有工期短、费用较低、同步作业风险小等优势，越来越普遍被采用，盾构吊装孔吊模封闭的方案与理论计算也较成熟[4-6]，但对于厚度超过1m的盾构孔封闭方案和实施过程中的节点描述较少。

本文以南京地铁5号线山西路站停车线段盾构吊装孔封闭方案为例，针对盾构始发交叉作业的需求，选用吊模方案，并细化施工流程、计算及节点措施，满足了盾构封闭的实施，可为类似工程提供参考。

1 工程概况

南京地铁5号线是南京市轨道交通线网中东南至西北方向的一条定位为城区干线的重要线路，线路穿越江宁东山副城、南部新城、夫子庙地区中心、五台山体育中心、北京西路行政中心、山西路-湖南路商业街和滨江商务区。线路全长37.4km，全部为地下线，共设车站30座。

山西路站为地下二层岛式车站，车站全长513m，站台宽12m，站后设单停车线。主体结构标准段宽21.1m，端头井宽：25.3m，停车线主体结构标准段宽10.4m，端头井宽：12.6m。停车线北端头井设置1处盾构吊装洞口，为盾构下井拼装和后续始发推进提供条件。预留盾构洞口尺寸为10.5m×7.5m，板厚1.2m，采用C40补偿收缩混凝土，抗渗等级P8。预留洞口平剖面如图1所示。

2 方案比选

盾构吊装孔的封闭模板支架体系，最常用的是满堂钢管支架方案，若存在盾构交叉施工情况，也会采用门式型钢支架和吊模方案，三种方案的特点如下：

①满堂钢管支架方案。山西路站停车线顶板采用0.9m×1.2m×1.5m承插型盘扣式钢管支架作为支撑体系，此方案工艺成熟、操作简单、施工速度快，施工安全和质量有保证，同时，采用现成材料，不额外产生材料租赁费用。但满堂支架方案施工期间，端头井其他作业需完成或暂停，无法做到交叉施工。②门式型钢支架方案。根据盾构井下方交叉施工场地需求，通过采用不同规格的型钢和调整型钢间距，可满足交叉施工要求。此方案需在底板预留条件，对小于4m×4m空间，经济性和操作性较好。若洞口的尺寸加大，则施工的难度、安全风险、工期和造价将极大提升。③吊模方案。利用型钢和拉条螺栓将荷载传递至已完成顶板上，无需在端头井内设置其他支架体系。此方案可将端头井内部空间让出，能满足盾构始发期间的场地要求，增加的材料较门式型钢支架方案少且工期可控。但对施工前的筹划和过程中质量和安全的精细化管理要求高。

结合本工程盾构始发与洞口封闭交叉实施的工况，通过对比三个方案的工期、费用、风险，最终选用吊模方案。（表1）

表1 方案比选

3 吊模施工技术

3.1 吊模施工流程

材料准备（型钢、槽钢定位钻孔；拉条螺栓焊接止水片）→平台搭设→上部扁担梁定位和安装→拉条螺栓安装（满足施工阶段荷载即可）→槽钢主楞安装和固定→钢管及方木次楞铺设→模板安装并在剩余拉条螺栓处开孔→盾构口钢筋绑扎和焊接→剩余拉条螺栓安装→放样和通过螺栓调整模板标高→混凝土浇筑→混凝土养护等强→型钢及模板支架体系拆除。

3.2 吊模材料选取、方案制定和荷载验算

结合现场已有材料，并满足吊模施工要求，本方案主要采用材料为：型钢平台双拼12＃工字钢，扁担梁50＃工字钢（间距0.85m），拉条螺栓直径14mm（间距0.85m×0.5m），主楞10＃槽钢（间距0.85m），次楞Ф48钢管（间距0.15m）。具体吊模方案见图2和图3。

荷载和验算具体过程如下：

①荷载取值。

模板及钢管荷载取值0.5kN/m2，10#槽钢取0.3kN/m2；顶板厚1200mm混凝土自重取28.8kN/m2（即1.2m×24kN/m3）；施工均布荷载标准值取3kN/m2；混凝土振捣对水平模板荷载标准值取2kN/m2；板钢筋荷载取1.32kN/m2。

②模板验算。

强度Mmax=q1l2/8=43.336×0.152/8=0.122kN·m

σ=Mmax/W=0.122×106/37500=3.25N/mm2≤[f]=15N/mm2

挠度νmax=5ql4/（384EI）=5×33.22×1504/（384×10000×281250）=0.078mm

νmax=0.078mm≤min{150/150，10}=1mm

③钢管次楞验算。

强度M1=0.107q1静L2+0.121q1活L2=0.107×5.932×0.852+0.121×0.608×0.852=0.512kN·m

M2=q1L12/2=6.539×0.152/2=0.074kN·m

Mmax=max[M1，M2]=max[0.512，0.074]=0.512kN·m

σ=Mmax/W=0.512×106/4250=120.398N/mm2≤[f]=205N/mm2

抗剪V1=0.607q1静L+0.62q1活L=0.607×5.932×0.85+0.62×0.608×0.85=3.381kN

V2=q1L1=6.539×0.15=0.981kN

Vmax=max[V1，V2]=max[3.381，0.981]=3.381kN

τmax=2Vmax/A=2×3.381×1000/398=16.989N/mm2≤[τ]=125N/mm2

挠度Q=（γG（G1k+（G2k+G3k）×h）+γQ×γL×Q1k）×b=（1×（0.3+（24+1.1）×1.2）+1×1×3）×0.15=5.013kN/m

νmax=0.632qL4/（100EI）=0.632×5.013×8504/（100×206000×10.19×104）=0.788mm≤[ν]=min（L/150，10）=min（850/150，10）=5.667mm；

④槽钢主楞验算。

抗弯σ=Mmax/W=1.061×106/39700=26.726N/mm2≤[f]=205N/mm2

抗剪τmax=Vmax/（8Izδ）[bh02-（b-δ）h2]=12.866×1000×[48×1002-（48-3）×832]/（8×1983000×5.3）=28.438N/mm2≤[τ]=125N/mm2

挠度νmax=0.027mm≤[ν]=min{500/150，10}=3.333mm

⑤拉条螺栓验算。

受拉强度σ=F/A=0.85*0.5*（37.1+7）*103/153.86=121.8N/mm2＜205N/mm2

⑥上部型钢扁担梁验算。

抗弯Mmax=P×L2/24=39.176×7.52/24=91.819kN·m

σ=Mmax/（γxW）=91.819×106/（1.05×1860×1000）=47.014N/mm2≤[f]=215N/mm2

抗剪Vmax=P×L/2=39.176×7.5/2=146.91kN

τmax=Vmax[bh02-（b-δ）h2]/(8Izδ)=146.91×1000×[158×5002-（158-12）×4602]/（8×46470×10000×12）=28.342N/mm2≤[τ]=125N/mm2

挠 度νmax=P×L4/（384×E×Ix）=31.48×75004/（384×206000×464700000）=2.71mm≤[ν]=L/250=7.5×1000/250=30mm

3.3 吊模施工节点与关键技术

①搭设型钢平台抬高扁担梁标高、拉条螺栓分阶段安装，满足施工空间要求，方便现场实施。若将吊模的50#工字钢扁担梁直接架设顶板上，支点处存在受力集中问题，不利于对已完结构的保护，同时，上排钢筋绑扎空间仅45mm，施工难度大且质量难以保证。为此，通过在扁担梁下方设置双拼12#工字钢平台，将扁担梁抬高，确保结构保护和方便施工。根据吊模方案计算结果，拉条螺栓的间距为0.85m×0.5m，但在此空间内基本无法完成模板和钢筋施工。针对此问题，将拉条螺栓调整为两次实施，第一次在槽钢主楞施工期间，间隔两根设置拉条螺栓，间距为0.85m×1.5m（通过计算可满足混凝土浇筑前的荷载要求），待模板和钢筋施工完成后，再补足剩余拉条螺栓。②对槽钢主楞和拉条螺栓进行固定、模板接缝下采用方木作为次楞、顶板预留起拱，满足施工质量。吊模受力体系，在施工过程和混凝土浇筑阶段，容易产生晃动不利于工程质量的控制，在钢筋绑扎完成后，对槽钢主楞进行水平方向的固定，并将拉条螺栓与洞口钢筋焊接固定（焊接点位于止水片下方），提高受力体系的稳定性，保证结构施工质量。本方案采用采用48mm钢管作为次楞，在模板接缝处容易出现漏浆情况，造成混凝土蜂窝麻面，针对这个问题，在模板接缝底部安装一根与模板等长，宽度80mm，高度48mm的方木，方木与模板用铁钉连接，方木两边需紧贴两根钢管固定。在钢筋绑扎完成后，通过拉条螺栓将底模紧靠已完成结构底部，同时复核底模标高，并考虑1cm的起拱，确保混凝土结构施工质量。③型钢平台、扁担梁和槽钢主楞搭设等风险较大的工况，加强现场指导和管控，确保过程中安全。此方案涉及型钢吊装、人员高空作业、盾构交叉施工的情况，整个施工过程风险较大，施工时相关技术人员必须现场指导施工，严格按照方案和作业指导书施工，在吊装和洞口作业时，下方盾构工作人员需临时撤离，严禁此期间交叉作业。

4 实施效果与结论

南京5号线山西路站停车线盾构孔吊模封闭方案，通过合理筹划以及过程中对节点的精细化管理，确保了施工过程的安全和质量，同时满足大厚度顶板封闭时盾构同步始发的工况条件，加快了工程的推进，可为后续类似工程提供参考。