隧洞襯砌模板支撐穩定驗算在工程中的應用

王德澤

【摘要】臺山核電淡水水源工程共有隧洞兩條，導流洞和輸水隧洞。本工程對外觀質量比較高，在施工過程中，為防止襯砌模板支撐不穩定，導致模板漲開變形，影響施工安全及外觀質量，須對襯砌模板支撐穩定進行驗算。本文只要介紹對隧洞襯砌模板支撐系統穩定進行驗算，并觀察其實際施工效果，確保了隧洞襯砌施工質量，可供類似工程參考。

【關鍵詞】隧洞；模板；支撐穩定

1、工程概況

臺山核電廠一期工程淡水水源工程新松水庫位于臺山市赤溪鎮的曹沖河，是臺山核電廠工程的配套工程，主要任務是為臺山核電廠提供淡水，年供核電淡水量900萬m?。

輸水隧洞全長478m，導流洞全長259m，均用城門洞型，洞徑 4.0m×6.0m。

隧洞襯砌類型分成A、B種兩型式，進口段閘門井后堵頭前的圍巖段為A型襯砌，襯砌厚度800mm，襯砌長度約50m；封堵段后的Ⅳ、Ⅴ類圍巖段襯砌厚度400mm，襯砌長度約50m。閘門井長9.5m，凈高6m，閘墩厚1.5m，頂板厚1.5m，接上游護坦。

現對A型襯砌（厚度800mm）模板支撐系統進行驗算。

2、隧洞A型襯砌模板支撐驗算

2.1 A型襯砌側墻模板支撐

2.1.1參數信息：

側墻模板為橫向擺放布置，采用鋼管對撐。立桿的縱距為 75cm，立桿的橫距為70cm，立桿的步距為75cm。橫縱向水平與立桿之間采用直角扣件連接，橫向水平桿之間、立桿之間采用對接扣件對接，立桿在兩側拱腳處局部調整加密，鋼管規格為Ф48×3.5。見圖一：

圖一、側墻模板布置圖

2.1.2材料參數

模板：0.5 kN/m2；鋼筋砼：25 kN/m3；鋼管：3.55 kg/m

2.1.3橫向水平桿的計算

1）荷載計算

新澆混凝土側壓力計算公式為下式中的較小值：

其中 c-- 混凝土的重力密度，取25kN/m?；

t -- 新澆混凝土的初凝時間，為0時（表示無資料）取200/（T+15），取t=5h；

T -- 混凝土的入模溫度，取25℃；

V -- 混凝土的澆筑速度，取1m/h；

H -- 混凝土側壓力計算位置處至新澆混凝土頂面總高度，取7 m；

1-- 外加劑影響修正系數，取1.200；

2-- 混凝土坍落度影響修正系數，取1.150。

根據公式計算的新澆混凝土側壓力標準值 F1=37.95kN/㎡

倒混凝土時產生的荷載標準值 F2= 4 kN/㎡。

荷載計算值F=1.2×F1+1.4×F2=51.14 kN/㎡

每根橫向水平桿所承受的壓力：N=51.14×0.75×0.75×2 =57.53 kN

2）橫向水平桿的穩定性

不組合風荷載時，橫向水平桿的穩定性計算公式為：

橫向水平桿的軸心壓力設計值 ：N =57.53 kN；

計算橫向水平桿的截面回轉半徑 ：i = 1.70 cm；

計算長度附加系數 ：k = 1.167 ；

計算長度系數 ：μ = 1.7；

計算長度 ，由公式 lo = kμh 確定 ：lo = 1.389 m；

lo/i = 82；

軸心受壓橫向水平桿的穩定系數φ，由長細比 lo/i 的結果查表得到 ：φ=0.71；

橫向水平桿凈截面面積 ： A = 4.52 cm2；

鋼管抗壓強度設計值 ：[f] =205 N/mm2；

σ =57530/（0.71×452）=179 N/mm2；

橫向水平桿穩定性計算 σ = 179 N/m㎡ 小于 [f] = 205 N/m㎡ ，滿足要求。

2.2 A型襯砌頂拱模板支撐

2.2.1參數信息：

立桿的縱距為 75cm，立桿的橫距為70cm，立桿的步距為75cm，拱腳以上立桿的步距局部調整加密；橫縱向水平與立桿之間采用直角扣件連接，橫向水平桿之間、立桿之間采用對接扣件對接；立桿在兩側拱腳處局部調整加密。按考慮超挖20cm的80cm襯砌計算，即砼厚度100cm。見圖二：

圖二、頂拱模板布置圖

2.2.2材料參數

模板：0.5 kN/m2；鋼筋砼：25 kN/m3；鋼管：3.55 kg/m

2.2.3立桿的計算：

1）荷載計算（按一段12m長度計算）

模板自重：0.5×（12×4.84+1.0×4.84×2）=33.88kN

鋼筋砼自重： 25×4.84×12×1.0=1452kN

鋼管自重：2000×3.55×9.8/1000=69.58kN

恒載：q1=[1.2×（33.88+1452+69.58+19.43）]/（4×12）=38.89kN/m2

振搗砼荷載：2kN/m2

施工人員荷載： 1kN/m2

活載： q2=1.4× （2+1） =4.2kN/m2

每根立桿所承受的豎向荷載：N= （q1+ q2）×0.75×0.7 =22.62 kN

2）立桿的穩定性

不組合風荷載時，立桿的穩定性計算公式為：

立桿的軸心壓力設計值 ：N =22.62 kN；

計算立桿的截面回轉半徑 ：i = 1.70 cm；

計算長度附加系數 ：k = 1.167 ；

計算長度系數 ：μ = 1.7；

計算長度 ，由公式 lo = kμh 確定 ：lo = 1.488 m；

lo/i =88；

軸心受壓立桿的穩定系數φ，由長細比 lo/i 的結果查表得到 ：φ=0.673；

立桿凈截面面積 ： A = 4.52 cm2；

鋼管立桿抗壓強度設計值 ：[f] =205 N/mm2；

σ = 22620/（0.673×452）=74.4 N/mm2；

立桿穩定性計算 σ = 74.4 N/mm2 小于 [f] = 205 N/mm2 滿足要求。

3、結束語

隧洞砼襯砌施工模板支撐經過驗算后按驗算結果運用至實際生產當中，無產生任何模板支撐不穩定情況，滿足設計要求，確保了隧洞襯砌施工的安全及質量，可見隧洞模板支撐穩定驗算是有效可行的，給類似隧洞襯砌施工提供了借鑒作用。

參考文獻：

[1]《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》（J84-2001、JGJ130-2001）中國建筑工業出版社；

[2]《建筑施工模板安全技術規范》（JGJ 162-2008）中國建筑工業出版社。