杏錦路下穿隧道單側模板體系的設計與施工

張光亮

摘要：通過杏錦路提升改造工程三南路下穿隧道U型槽側墻的施工實例，具體闡述了單側模板體系的設計與施工工藝。在不使用穿墻對拉螺桿的前提下，利用單側模板桁架實現了對側墻混凝土澆筑的支撐加固，保證了隧道EVA防水板的質量，確保隧道全封閉防水方案的實現。

關鍵詞：下穿隧道；單側模板桁架；EVA防水板；設計及施工技術

1、前言

1.1、工程概況

杏錦路下穿隧道為部分互通立交，杏錦路主車道下穿三南路，輔道與三南路平面交叉。下穿隧道全長386m，其中南側U型槽長160m，分為8節段，北側U型槽長140m，分為7節段，暗埋段隧道86m，28m+30m+28m布置。

1.2、設計背景

隧道縱坡為V字坡，堵水技術是關鍵，隧道采用EVA防水板全封閉防排水方案。常規的隧道側墻模板加固方法是在基坑圍護樁上植筋，將拉桿與植入的鋼筋焊接，與模板背楞鎖定加固。該施工方法，會導致防水板上形成大量的孔洞，破壞防水效果。

為達到隧道的防水要求，本隧道側墻模板加固，采用了單邊桁架模板的整體頂撐方案，不用穿墻拉桿，而是利用桁架剛度大的特點，形成對模板的單邊頂撐加固。

2、構造設計

2.1、隧道U型槽構造

U型槽結構尺寸根據埋置深度采用不同參數，結構側墻厚度為60～80cm，結構底板厚度為60～100cm，側墻高度為232.8～759.6cm。

U型槽橫斷面布置圖如圖1所示：

2.2單邊桁架構造設計

根據U型槽不同高度，桁架設置成5.27m標準節及2.30m的加高節，通過高強螺栓連接實現加高。單片桁架采用雙拼[16為主背楞，雙拼[14作為橫梁及背斜撐，單支[14作為支撐連接系，通過焊接形成成榀三角桁架。如圖2所示。

單節段20m側墻布置21榀桁架，通過φ48.3鋼管連接形成整體。在U型槽底板的直角處，用連接套筒，將桁架模板與預埋的JL32地錨連接鎖定，做為桁架底端的固定點。地錨拉力分解為水平力F1和垂直方向的力F2，平衡澆筑混凝土的側壓力和模板的上浮。如圖3所示。

3.受力驗算

3.1、側墻新澆混凝土最大側壓力計算

3.1.1、公式計算

（1）

（2）

取二者最小值為36.432 ；

考慮振搗混凝土時對側面模板的水平壓力，按4 考慮 [2]；

因此，模板承受新澆混凝土最大側壓力為36.432×1.2+4×1.4=49.318。

3.1.2、泵送沖擊力計算

泵送混凝土對水平模板的最大沖擊力 （KN）一般按下式計算：

（4）

將 代入公式（4），得：

（5）

計算結果 ，當澆灌速度較小時（<40m?/h），泵送的沖擊力很小，可不考慮。

綜上，模板承受新澆混凝土最大側壓力為 =49.318KPa（4.93t/㎡）。

3.1.3、有效壓頭計算

混凝土的有效壓頭，由式（3）計算可知：

3.2、模板及支架驗算

3.2.1、墻體模板

（1）面板驗算

將面板視為兩邊支撐在木梁上的多跨連續梁計算，面板長2440mm，寬度b=1220mm，按1米寬板帶計算，面板為1.2mm膠合板，木梁間距為 =200mm。

竹膠板參數（松木模板）： ；

。

強度驗算：

面板最大彎矩： ；

面板的截面系數： ；

應力： ，滿足要求。

剛度驗算：

剛度驗算采用標準荷載，同時不考慮振動荷載的作用，則

。

面板截面慣性矩： ；

面板撓度驗算：

，滿足要求。

（2）木梁驗算

10×10方木作為豎肋支承在橫向背楞上，可作為支承在橫向背楞上的連續梁計算，其跨距等于橫向背楞的間距最大為

木工字梁上的荷載為：

-混凝土的側壓力； -木梁之間的水平距離。

強度驗算：

最大彎矩

10×10木梁截面系數：

應力 ，滿足要求。

剛度驗算：

木梁懸臂部分 =400mm，懸臂撓度驗算：

木梁截面慣性矩 ；

木梁懸臂撓度

撓度驗算：

木梁跨距 ；

-懸臂部分長度與跨中部分長度之比： ；

滿足要求。

（3）背楞驗算

雙[12槽鋼為模板橫肋，三角桁架作用其上，由三角桁架支撐受力，橫向背楞也按連續梁計算，其跨距為1000mm。將作用在槽鋼背楞上的集中荷載化為均布荷載，取其承受最大荷載的情況：

強度驗算：

最大彎矩

雙12#槽鋼截面模數：

應力 ，滿足要求。

其中：

—Q235鋼材抗彎強度設計值，取215 ；L—2[14槽鋼的慣性矩，i= ；E—鋼材彈性模量，取 ；

剛度驗算：

背楞懸臂部分 =400mm，懸臂撓度驗算：

背楞截面慣性矩 ；

懸臂撓度驗算：

滿足要求。

跨中撓度驗算：

背楞跨距 ， -懸臂部分長度與跨中部分長度之比：

滿足要求。

3.2.2、支架受力計算

支架按間距1000mm布置。本工程下穿通道U型槽高度隨里程變化，因此支架受力驗算取代表性的最高節U槽A8板進行計算。

桁架縱向間距1000mm布置，錨固螺栓（JL32）縱向間距為500mm，錨固深度為600mm，地腳螺栓端部采用“螺母+錨墊板”作為錨板錨固。如圖4所示。

（1）支反力R計算

分析支架受力情況：取O點的力矩為0，則有：

（2）合力 計算，如圖5所示。

單根螺栓受力 。

（3）埋件強度驗算

埋件采用JL32精扎螺紋鋼作為預埋件，公稱面積 為804.2 ，軸心抗拉強度標準值 為785 。

，滿足要求。

（4）埋件錨固強度驗算

本工程支架采用JL32精扎螺紋鋼作為錨栓，錨固深度為 =600mm。地腳螺栓端部采用“螺母+錨墊板”作為錨板錨固。錨固強度按照下列公式計算[3]：

①帶錨板地腳螺栓的錨固力F按沖切強度計算：

-錨板周長， mm； -地腳螺栓在混凝土基礎內的錨固深度，取值600mm； -C40混凝土容許剪切強度，取值1.35 N/ 。

②按局部抗壓強度計算：

-錨板邊長，取值130mm； -螺栓直徑，取值32mm；

-C40混凝土局部擠壓強度設計值，為0.95fc，取值38 N/ 。

③按錐體破壞，取安全系數K=2，計算：

-錨板邊長，取值130mm； -混凝土抗壓強度設計值，取值40 N/ ； -錨固深度，取值600mm。

取三者最小值，為421.2KN>196.7KN，滿足要求。

4.施工工藝

4.1、工藝流程

4.2、施工工序

（1）、在U型槽底板墻角處，45°整齊地預埋好JL32精軋螺紋鋼，采用背楞鎖定成直線，確保后期安裝鎖口整齊。

（2）、按照U型槽高度，采用組合鋼木結合模板，配置側模板，并加工成型。

（3）、背楞為兩根[12槽鋼焊接組成，背楞作用是將支架的力平均分配，作用于整個模板。用勾頭螺栓把背楞安裝在模板背面。

（4）、分組吊裝桁架就位，采用Φ48鋼管將桁架，連接成整體。用桁架尾部調節絲桿，調整模板垂直度。

（5）、根據地面上的墻體位置線，調整支架位置，使模板底部位置到位，與底板結合緊密，套筒鎖定JL32地錨，形成桁架穩定加固。桁架頂部的懸臂端與圍護樁形成對拉固定。

測量復測線型，檢測平整度以及線形，澆筑側墻混凝土。

5、結論

單側桁架模板支撐體系，它解決了單側配設模板而不使用穿墻螺栓控制模板側壓力的支撐難題，可在軌道交通等明挖隧道框架結構等工程施工中得到應用及推廣[4]。

參考文獻

[1] 廈門中平公路勘察設計院有限公司. 杏錦路提升改造工程施工圖設計，第三冊；

[2] 周水興，何兆益等. 路橋施工計算手冊. 北京：人民交通出版社，2001.5；

[3] 江正榮. 建筑施工計算手冊. -2版. 北京：中國建筑工業出版社，2007；

[4] 劉少雨. 單側墻可移動式三角桁架模板的施工與應用. 濟南：中鐵十四局集團有限公司，250014。

（作者單位：中交三航局廈門分公司）