高鐵隧道異形拱結(jié)構(gòu)模架支撐體系施工技術(shù)

彭建永 鮑 毅 王 輝 陳 華 金國(guó)棟 羅 鑫 孫 斌

中國(guó)建筑第八工程局有限公司 上海 201204

目前，大型機(jī)場(chǎng)工程通常為集軌、陸、空于一體的綜合工程，在地下空間開(kāi)發(fā)工程中，往往會(huì)涉及異形結(jié)構(gòu)的施工[1-3]，而異形結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工操作難度大，很難采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行解決[4-5]。

杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期項(xiàng)目地下空間開(kāi)發(fā)工程中，航站樓地下空間開(kāi)發(fā)的高鐵站區(qū)域設(shè)計(jì)東西兩端為馬蹄形弧形頂板結(jié)構(gòu)。

本文主要針對(duì)馬蹄形弧形頂板的施工方法進(jìn)行了研究，并對(duì)支撐架體和模板體系進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)設(shè)計(jì)出了一種新型支撐節(jié)點(diǎn)連接形式，并于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了拼裝試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)在實(shí)際工程中應(yīng)用，總結(jié)出了一套有效、可行的施工方法。

1 工程概況

杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期項(xiàng)目建筑面積約67萬(wàn) m2，合同額達(dá)91.58億元，地下空間開(kāi)發(fā)工程地上1層、地下2層，高鐵站總長(zhǎng)888 m，站臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)450 m、寬42.1 m，基坑埋深約22 m。

該項(xiàng)目是浙江省的重點(diǎn)工程，也是2022年杭州亞運(yùn)會(huì)的重要基礎(chǔ)配套工程。

高鐵站馬蹄形結(jié)構(gòu)區(qū)域由3段變截面結(jié)構(gòu)組成（圖1），由于3段區(qū)域的截面尺寸不同且現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地有限，因此，經(jīng)綜合考慮后，擬采用搭設(shè)滿堂腳手架的方式進(jìn)行弧形頂板的施工。

圖1 馬蹄形結(jié)構(gòu)剖面示意

2 施工方案設(shè)計(jì)

2.1 施工方案

1）無(wú)內(nèi)支撐區(qū)域的弧形頂板架體從底板開(kāi)始往上搭設(shè)，有內(nèi)支撐區(qū)域的弧形頂板架體從內(nèi)支撐頂面開(kāi)始往上搭設(shè)，架體立桿間距為600 mm，水平桿步距為1 500/1 000 mm。

2）弧形頂板與架體的連接節(jié)點(diǎn)采用主、次龍骨的形式進(jìn)行過(guò)渡。主龍骨采用弧形鋼管，與架體頂托上的工字鋼固定連接；次龍骨采用方木，與主龍骨通過(guò)扎絲固定，弧形頂板底模與方木進(jìn)行連接固定。

3）待頂板鋼筋綁扎完成后，頂模拉結(jié)件底部與頂板底排鋼筋焊接固定，并于頂模上間隔預(yù)留澆筑孔。

2.2 施工難點(diǎn)

2.2.1 支撐架體搭設(shè)

考慮到弧形頂板澆筑施工時(shí)，頂板與側(cè)墻的節(jié)點(diǎn)處會(huì)承受絕大部分頂板的自重荷載和澆筑荷載，導(dǎo)致頂板兩側(cè)產(chǎn)生應(yīng)力集中，故對(duì)支撐架體進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮架體兩端的加固措施。

2.2.2 主龍骨固定

該弧形頂板支撐體系的傳力機(jī)制，主要為頂板的自重荷載通過(guò)主、次龍骨傳到底部支撐架體。在支撐架體的強(qiáng)度滿足施工需求的前提下，最容易出現(xiàn)問(wèn)題的區(qū)域自然就是主、次龍骨的支撐節(jié)點(diǎn)區(qū)域。若主龍骨與底部架體的固定無(wú)法滿足傳力要求，則會(huì)導(dǎo)致支撐架體的不均勻受力和底部模板的錯(cuò)位，從而影響頂板的施工質(zhì)量，這也是弧形頂板施工的一大難點(diǎn)。

2.2.3 頂板的澆筑施工

由于弧形頂板的澆筑面為曲面，無(wú)法像一般樓面板澆筑一樣自然成形，弧形頂板的澆筑和定形需要頂部模板來(lái)限制混凝土的流動(dòng)，若在頂面滿鋪模板對(duì)頂板進(jìn)行定形澆筑，則無(wú)法隨時(shí)監(jiān)控頂板的澆筑情況和進(jìn)度，也就無(wú)法保證頂板的澆筑質(zhì)量。

由于弧形頂板跨度大、面積廣，鋼筋排布緊密，澆筑孔的預(yù)留數(shù)量及間距是否合理也決定了弧形頂板的施工質(zhì)量，同時(shí)也對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工人員提出了更高的要求。

3 施工方案優(yōu)化

3.1 支撐架體優(yōu)化

原施工方案中考慮對(duì)馬蹄形弧形頂板采用搭設(shè)滿堂架的方式進(jìn)行施工，通過(guò)品茗軟件計(jì)算，對(duì)原架體進(jìn)行了上部施工以及自重荷載下的受力計(jì)算，得知兩端應(yīng)力較集中，當(dāng)前設(shè)計(jì)的立桿間距較大，無(wú)法滿足受力要求，需對(duì)兩側(cè)立桿進(jìn)行調(diào)整和加固。

馬蹄形區(qū)域由3種截面尺寸組成，由于其跨度和高度均不相同，故需對(duì)3種截面的頂板支撐架體進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)算，具體如下：

1）馬蹄形截面1兩側(cè)區(qū)域立桿間距為300 mm，布置6排，最端側(cè)立桿與側(cè)墻邊距離為254 mm，中間部分立桿間距為600 mm（圖2）。

圖2 馬蹄形截面1支撐架體布置示意

2）馬蹄形截面2兩側(cè)區(qū)域立桿間距為300 mm，布置8排，最端側(cè)立桿與側(cè)墻邊距離為208 mm，中間部分立桿間距為600 mm（圖3）。

圖3 馬蹄形截面2支撐架體布置示意

3）馬蹄形截面3兩側(cè)區(qū)域立桿間距為300 mm，布置19排，最端側(cè)立桿與側(cè)墻邊距離為221 mm，中間部分立桿間距為600 mm（圖4）。

圖4 馬蹄形截面3支撐架體布置示意

3.2 支撐節(jié)點(diǎn)優(yōu)化

在原施工方案中，未考慮支撐架體與主龍骨間的連接方式，而主、次龍骨節(jié)點(diǎn)屬于上部荷載傳遞給底部架體的中樞部位，一般的綁扎連接無(wú)法滿足節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求，容易導(dǎo)致底部模板產(chǎn)生滑移，影響施工質(zhì)量。

為保證施工質(zhì)量，設(shè)計(jì)了一個(gè)可拆卸式連接器，其底部與工字鋼固定，上部與主龍骨通過(guò)鋼管扣件進(jìn)行連接，保證了頂部荷載的傳力途徑，同時(shí)滿足了主龍骨的穩(wěn)定性要求。而且該裝置安裝方便，可進(jìn)行重復(fù)使用，節(jié)約了工程成本，也加快了施工進(jìn)度（圖5）。

圖5 弧形頂板支撐節(jié)點(diǎn)

3.3 模板體系優(yōu)化

模板體系施工也是弧形頂板施工的一大難題。考慮到本工程中的頂板面為曲面，混凝土澆筑時(shí)無(wú)法使其自然定形，需要在頂面也支設(shè)模板，以滿足施工要求。但若在頂面滿鋪模板，則無(wú)法時(shí)刻監(jiān)控混凝土的澆筑情況，同樣會(huì)導(dǎo)致頂板的澆筑質(zhì)量較差，故對(duì)模板體系也進(jìn)行了設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

考慮到頂板施工的可操作性和可監(jiān)控性，采用半封閉式模板施工，僅在兩側(cè)范圍內(nèi)支設(shè)頂部模板，中間區(qū)域采取開(kāi)放式的施工方式，澆筑時(shí)可通過(guò)調(diào)整混凝土的坍落度以及人工抹平的方式對(duì)開(kāi)放式區(qū)域頂板進(jìn)行人工定形，具體模板支設(shè)體系剖面如圖6所示。

圖6 模板支設(shè)體系剖面示意

4 現(xiàn)場(chǎng)拼裝效果

弧形頂板施工的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，考慮了現(xiàn)場(chǎng)施工的簡(jiǎn)便性，在對(duì)架體與龍骨的連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，考慮了現(xiàn)場(chǎng)取材和制作的可行性，在對(duì)模板體系進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)材料進(jìn)行了合理使用，并在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)以及整體支撐體系進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)拼裝試驗(yàn)，其節(jié)點(diǎn)和整體拼裝效果如圖7、圖8所示。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)拼裝節(jié)點(diǎn)效果圖

圖8 現(xiàn)場(chǎng)拼裝整體效果圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期項(xiàng)目地下空間開(kāi)發(fā)工程中異形拱結(jié)構(gòu)的施工方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究和優(yōu)化分析，設(shè)計(jì)了不同截面尺寸頂板的腳手架支撐體系和頂部模板的施工方式，提出了一種新型的拱形結(jié)構(gòu)模板支撐節(jié)點(diǎn)連接形式。

在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)計(jì)的整體支撐體系進(jìn)行了拼裝試驗(yàn)，驗(yàn)證了該節(jié)點(diǎn)連接形式的可行性，總結(jié)出了一套可供類似工程借鑒的方案。