機場APM大跨度地下通道單側模板條件下一體化施工技術

彭　超,　李志成

(1.中鐵航空港建設集團 北京機場分公司,北京　100195；2.重慶機場集團 江北國際機場擴建指揮部,重慶　401120)

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機場APM大跨度地下通道單側模板條件下一體化施工技術

彭超1,李志成2

(1.中鐵航空港建設集團 北京機場分公司,北京100195；2.重慶機場集團 江北國際機場擴建指揮部,重慶401120)

摘要：文章根據重慶機場四期擴建APM地下通道施工的現場實際條件，在單側模板工況下，對大跨度、大荷載通道側墻、頂板一體化施工進行研究，提出利用碗扣式滿堂支架及斜向支撐、對頂支撐復合支架體系進行APM通道側墻、頂板同時澆筑、一次成型的施工技術。結果證明，機場APM通道側墻與頂板一體化施工的成功保證了工程質量，提高了施工進度。

關鍵詞：機場；APM；大跨度；一體化；滿堂支架；斜向支撐

0引言

隨著我國民航事業的發展，各地政府積極打造以機場為中心的大型航空城交通樞紐。秉著快速交通換乘的理念，多航站樓機場一般采用APM(Automated People Mover systems：旅客自動捷運系統)作為旅客疏散通道，由于APM地下通道上方設置停機坪或橫穿跑道，需要承受設計最大機型(A380-800)荷載，結構體的安全顯得尤其重要。同時在地質情況較好的地區，為減少基坑開挖量，在不破壞墻體外防水(基槽開挖面上鋪設防水層)情況下,利用原地質墻體作為內模的單側模板工況下的APM通道已成為節約工程造價的控制手段。因此，單側模板工況下，側墻、模板一體化施工技術是否成熟直接影響工程進度和質量。

重慶江北國際機場東航站區APM通道屬于地下雙線明挖區間隧道，敷設于機場T3航站樓南北向的中軸線上,全長為2 018 m，共設置車站2座，站間距為1.83 km，線路北端設有運營維修中心，通道中間為APM旅客軌道，兩側為地下貨運車行道，承擔連接T3A航站(主)樓至擬建T3B航站(衛星)樓之間的客、貨運輸功能。主體結構形式為單層(局部雙層)多跨鋼筋混凝土框架結構體系，側墻、頂板設計厚度為1～1.5 m，混凝土含鋼量約為0.185 t/m3，結構最大高度為10.6 m，標準段跨度為12.25 m，最大跨度為34.5 m，是目前我國民用機場APM地下通道中跨度最大的結構工程。其中通道南段多為中風化泥巖和砂巖分布的挖方區，場區穩定性良好，無不良地質現象[1]。

1滿堂支架復合體系設計

以側墻、頂板均為1 m厚鋼筋混凝土結構，跨度為12.25 m，施工縫為16 m一段為例，分析結構荷載，設計復合支撐體系。模板支架立面如圖1所示。

圖1　頂板支撐架荷載計算單元

1.1頂板支撐體系設計

1.1.1設計參數

(1) 模板支架參數。滿堂支架采用Φ48 mm×3.5 mm碗扣支架搭設，該支架系統頂板模板和側墻弧形模板采用1 5 cm厚竹膠合板。離地30 cm設置掃地桿，立桿步距h(上、下水平桿軸線間的距離)取1.2 m，立桿縱距la取0.6 m，橫距lb取0.9 m。立桿伸出頂層橫向水平桿中心線至模板支撐點自由長度a取0.35 m。模板底部水平分配梁采用10 cm×10 cm方木，豎向內楞采用15 cm×12 cm方木，間距為300 mm。

(2) 荷載參數。模板與木板自重為0.3 kN/m2；混凝土與鋼筋自重為25 kN/m3；人群及設備荷載標準值為4 kN/m2；振搗產生的荷載為2 kN/m2；傾倒混凝土產生的荷載為4 kN/m2。

1.1.2體系論證

根據文獻[3]論證設計參數，模板面板為受彎構件，按三跨連續梁對面板進行抗彎強度和剛度驗算[2-4]。

(1) 模板面板設計驗證。模板面板的截面慣性矩I=60×1.53/12=16.875 cm4，截面抵抗矩W=60×1.52/6=22.5 cm3，模板面板按照三跨連續梁計算。

對于荷載計算，靜荷載為鋼筋混凝土樓板和模板面板自重q1=25+0.3=25.3 kN/m；活荷載為振搗產生的荷載為2 kPa，施工人員及設備荷載為4 kPa，傾倒混凝土產生的荷載為4 kPa，q2=2+4+4=10 kN/m。

對于強度計算，M=0.1ql2，面板最大應力計算值為12.71 N/mm2，小于面板的抗彎強度設計值13 N/mm2。

對于撓度計算，v=0.677ql4/(100EI)≤[v]=l/400，面板的最大撓度計算值為0.52 mm，小于面板的最大允許撓度0.75 mm。

(2) 次龍骨設計驗證。方木按照三跨連續梁計算，截面慣性矩I=bh3/12=10×10×10×10/12=833.33 cm4，截面抵抗矩W=bh2/6=10×10×10/6=166.67 cm3。

對于強度驗算，方木最大應力計算值為2.88 N/mm2，小于方木抗彎強度設計值13 N/mm2。

對于抗剪驗算，截面抗剪強度必須滿足τ=3V/2bhn<[τ]，即方木的受剪應力計算值為0.719 N/mm2，小于方木的抗剪強度設計值1.4 N/mm2。

對于撓度驗算，ν=0.677ql4/(100EI)≤[ν]=l/400，即方木的最大撓度計算值為0.089 mm，小于方木的最大允許撓度2.25 mm。

(3) 托梁設計驗證。托梁按照集中荷載作用下的三跨連續梁計算，W=360 cm3，I=2 160 cm4；托梁的最大應力計算值為5.325 N/mm2，小于托梁的抗壓強度設計值13 N/mm2；托梁的最大撓度為0.573 mm，小于2.25 mm。

(4) 立桿設計驗證。對于立桿穩定性計算，σ=N/(φA)≤[f]，立桿計算長度L0=1.9，L0/i=1 900/15.9=120；由長細比L0/i的結果，查表得到軸心受壓立桿的穩定系數φ為0.452；鋼管立桿受壓應力σ=26 181.12/(0.452×424)=136.6 N/mm2，小于鋼管立桿抗壓強度設計值[f]=205 N/mm2。

1.2側墻模板體系設計

(1) 設計參數。側墻模板次楞采用雙鋼管(直徑為48 mm、壁厚為3.5 mm)用山型件連接，間距為300 mm；主楞采用雙方木(150 mm×12 mm)山型件連接，間距為450 mm；兩側模板之間采用Φ48 mm×3.5 mm焊接鋼管對頂，焊接鋼管采用扣件固定在加密的鋼管腳手架上，鋼管兩側端部采用U托頂在側模主楞上，同時加以斜撐進行輔助支撐，如圖2所示。

圖2　墻模板設計簡圖

(2) 體系論證。根據文獻[3]，側墻面板及背楞驗算符合要求，此處僅考慮新澆混凝土作用于模板的最大側壓力，按下式計算，并取其中的較小值，即

(1)

(2)

其中，γ為混凝土的重力密度，取25.0 kN/m3；t為新澆混凝土的初凝時間，取8.0 h；T為混凝土的入模溫度，取25.0 ℃；V為混凝土的澆筑速度，取0.50 m/h；H為模板計算高度，取5.75 m；β1為外加劑影響修正系數，取1.20；β2為混凝土坍落度影響修正系數，取1.15。

由(1)、(2)式，分別計算得43.14 kN/m2、125 kN/m2，取較小值43.14 kN/m2作為計算荷載。計算中采用新澆混凝土側壓力標準值F1為43.14 kN/m2，傾倒混凝土時產生的荷載標準值F2為4 kN/m2。

進行橫桿穩定性驗算，σ=N/(φA)≤[f]=(1.2F1+4.89F2)/(0.598×4.89×102)=181.7 N/mm2；立桿的受壓強度計算值σ=195.36 N/mm2，小于立桿的抗壓強度設計值f為205 N/mm2。

1.3剪刀撐設置

在架體的縱、橫向方向均設置剪刀撐，剪刀撐采用Φ48 mm×3.5 mm鋼管。外圍四周設置由下至上的豎向連續式剪刀撐，中間在縱橫向每隔10 m左右設置由下至上的豎向連續式剪刀撐，剪刀撐與地面夾角為45°～60°，寬度宜為4～6 m。剪刀撐的接長采用搭接接長，剪刀撐的斜桿應用旋轉扣件固定在與之相交的橫向水平桿伸出端或立桿上，旋轉扣件的中心點至主節點的距離不宜大于150 mm。在剪刀撐桿件的頂部、掃地桿處設置水平剪刀撐，中間在每4.8 m加設一道水平剪刀撐。除此之外，在縱橫向相鄰的兩豎向連續式剪刀撐之間增加之字斜撐,加強支架的穩定。縱向剪刀撐連續設置，剪刀撐在后搭設部分的支架處斷開，在后續搭設時跟進[5]。

建立復合支架體系，如圖3所示。

圖3　復合支架體系示意圖

2混凝土澆筑施工方法

(1) 澆筑前頂板先均勻滿幅布料30 cm，給整個復合支架體系一個預加的壓力，防止支架體系抵抗側墻的側壓力失穩[6-7]。

(2) 側墻高度為5.75 m，而混凝土從超過2 m的高度下落時容易離析，因此，應設置溜槽，混凝土科研溜槽劃入側墻內。

(3) 兩邊側墻同時澆筑，澆筑速度為50 cm/h。兩邊側墻同時澆筑，可使對頂橫桿兩側側壓力對等、互相抵制，側墻模板不會跑模，保證側墻的順直性[8]。澆筑速度是混凝土澆筑時產生側壓力的重要因素，根據驗證，澆筑速度必須控制在50 cm/h。

(4) 每層混凝土澆筑后應在2小時內完成振搗密實，上一層混凝土振搗應在其下一層混凝土初凝前完成，振搗上層混凝土時應將振搗棒插入其下一層混凝土5 cm，振搗時間根據試驗段確定。

(5) 澆筑側墻與頂板交接處，應嚴格控制布料，因為側墻混凝土在振搗過程中，粗集料及灰漿會慢慢上浮，集中在側墻與頂板交接處，在此處形成結構薄弱點[9-10]。因此，澆筑到側墻與頂板交接處時，應人工將表層灰漿刮掉，然后再布設新料振搗，每隔50 cm清理一次灰漿，直至頂板混凝土澆筑完畢。

3結論

(1) 減少施工縫，排除了施工縫處滲水的風險，同時也減少施工縫處止水帶的使用，節約成本。

(2) 搭設復合支架體系需要花費較多時間，但是復合支架體系的搭設可以和側墻鋼筋安裝同時進行，形成流水作業，可大大縮短工期。

(3) 由于側墻、頂板一次澆筑，復合支撐體系經過嚴密論證，模板拆除后實際測量，墻體垂直度偏差為0～2 mm，錯臺不超過2 mm，達到了清水混凝土的效果。

〔參考文獻〕

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[9]王廣健.地鐵主體結構單側墻體模板支架施工技術[J].施工技術,2014(S1):377-380.

[10]楊嗣信.建筑工程模板施工手冊(第2版)[M].北京:中國建筑工業出版社,2004.

收稿日期：2015-11-20；修改日期：2016-01-12

作者簡介：彭超(1986-),男,江西景德鎮人,碩士,中鐵航空港建設集團北京機場分公司工程師；李志成(1964-),男,四川達州人,重慶機場集團江北國際機場擴建指揮部教授級高工．

中圖分類號：TU215.7

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5781(2016)01-0103-03