皇姑屯地鐵車站頂縱梁模板支架設(shè)計(jì)

何鳳奎HE Feng-kui

（沈陽地鐵集團(tuán)有限公司，沈陽 110011）

1 工程概況

1.1 工程簡介

皇姑屯地鐵車站位于皇姑區(qū)的景山路與淮河街的交叉口處，車站與淮河街的方向一樣呈南北向布置。皇姑屯地鐵車站的結(jié)構(gòu)為地下雙層雙跨，采用PBA 洞樁法暗挖施工。本地鐵車站起點(diǎn)里程為DK2+720.7～DK2+898.0，車站的有效站臺(tái)中心里程DK2+824.1，車站總長177.3m，標(biāo)準(zhǔn)段總寬19.7m，底板埋深約24.1m，頂板覆土約8.2m。

皇姑屯地鐵車站采用暗挖法（洞樁法）施工，頂縱梁采用模板支架施工。頂縱梁模板支架工程具有如下特點(diǎn)：①本工程模板支架工程設(shè)置在暗挖導(dǎo)洞內(nèi)，不需要考慮風(fēng)荷載對(duì)模板支架的影響；②承重支架均在導(dǎo)洞初期支護(hù)C25混凝土上，立桿及水平桿支撐地基基礎(chǔ)強(qiáng)度很高，不存在地基的不均勻沉降問題；③場(chǎng)地作業(yè)條件狹小，結(jié)構(gòu)梁高度較大，模板支架搭設(shè)難度大。頂縱梁結(jié)構(gòu)各混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)情況如表1 所示，頂縱梁結(jié)構(gòu)刨面圖如圖1 所示。

圖1 頂縱梁結(jié)構(gòu)刨面圖

表1 頂縱梁結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)情況

1.2 水文地質(zhì)條件

皇姑屯地鐵車站所在地域地勢(shì)平坦，地貌類型屬于第四系渾河老扇。地層由第四系全新統(tǒng)人工填土層、第四系全新統(tǒng)渾河高漫灘及古河道沖積層、第四系全新統(tǒng)渾河新扇沖洪積層以及第四系上更新統(tǒng)渾河老扇沖洪積層組成。

沈陽市的地下主要含水層位于沖洪積扇的上部，巖性主要是礫砂和圓礫，地貌類型屬于渾河沖洪積扇。皇姑屯地鐵車站的地下水以孔隙潛水為主，部分地段存在承壓水，局部存在上層滯水。

2 頂縱梁施工方案

2.1 頂縱梁結(jié)構(gòu)分段

根據(jù)施工組織，頂縱梁結(jié)構(gòu)分為7 段進(jìn)行施工，3 號(hào)臨時(shí)豎井南北側(cè)各3 段，分段長度在24～32m 之間，北段頂縱梁由最北側(cè)向南側(cè)進(jìn)行施工，南段頂縱梁首先施工中間段，然后兩側(cè)頂縱梁可同時(shí)進(jìn)行施工。3 號(hào)橫通道位置頂縱梁待兩側(cè)拱部二襯施工完成后進(jìn)行施工。分段位置為縱梁長度的1/4 處，施工縫垂直于頂縱梁。

2.2 施工方案

頂縱梁施工方案流程為：底縱梁施工→鋼管柱安裝及混凝土澆注→導(dǎo)洞底板找平→腳手架平臺(tái)搭設(shè)→防水板及其保護(hù)層鋪設(shè)→頂縱梁鋼筋綁扎（鋼筋加工）→監(jiān)理檢查（合格則繼續(xù)下一個(gè)步驟，不合格需重新進(jìn)行頂縱梁鋼筋綁扎）→側(cè)模與堵頭封堵安裝→監(jiān)理檢查（合格則繼續(xù)下一個(gè)步驟，不合格需重新進(jìn)行側(cè)模與堵頭封堵安裝）→混凝土澆注。

3 頂縱梁模板支架計(jì)算

3.1 支撐系統(tǒng)材料

模板側(cè)模采用定型組合鋼模板+鋼拱架，底板用18mm 厚膠合板，局部封模與導(dǎo)洞初支面不密貼部位用5cm 木板和泡沫板密封，防止漏漿。腳手架采用φ48 鋼管配置頂、底托和100mm×100mm 方木、120mm×120mm 方木進(jìn)行施工。模板支撐體系需要的材料以及主要的性能要求見表2。

表2 模板支撐體系主要材料及材料性能

各種材料的要求和配置要符合以下規(guī)定[1]：①模板和木方的強(qiáng)度、剛度等材料性能要滿足規(guī)范要求；②嚴(yán)禁各種不合格的材料進(jìn)場(chǎng)，如材質(zhì)、截面尺寸不合格等；③鋼管在使用過程中要定期檢查校直，扣件在使用過程中也要定時(shí)上油清洗；④木方根據(jù)需要進(jìn)行刨邊，務(wù)必確保木方與模板的接觸面平整，不能使用彎曲、腐朽的木方；⑤模板使用之前需要先刷一層脫模劑，當(dāng)模板在使用過程中出現(xiàn)破損時(shí)，要盡快修補(bǔ)，若不能修補(bǔ)要換新模板。

本工程采用扣件式滿堂鋼管腳手架，其力學(xué)性能符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GBT700-2006 中Q235A 鋼的規(guī)定[2]。扣件使用生產(chǎn)廠家合格的產(chǎn)品，并持有產(chǎn)品合格證，對(duì)使用的扣件要全數(shù)進(jìn)行檢查，沒有氣孔、砂眼、裂紋、滑絲等缺陷[3]。扣件與鋼管的貼合面要嚴(yán)格整形，保證與鋼管扣緊的接觸良好，扣件夾緊鋼管時(shí)，開口處的最小距離不小于5mm，旋轉(zhuǎn)扣件的兩旋轉(zhuǎn)面間隙要小于1mm，扣件螺栓的擰緊力距達(dá)到65N·m 時(shí)扣件不破壞。

3.2 梁底模板計(jì)算

木膠板的受力方式為為單向板受力，采用100×100mm 木方作為次龍骨間隔200mm 布置，跨間距L=100mm=0.10m，取c=1m 作為計(jì)算單元，按三跨連續(xù)梁為計(jì)算模型進(jìn)行驗(yàn)算。計(jì)算單元簡圖如圖2 所示。

圖2 板面模板計(jì)算簡圖

①荷載計(jì)算。

頂縱梁鋼筋混凝土：G1K=26×3.5=91kN/m2；

模板自重：G2K=0.2×G1K=18.2kN/m2；

振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載：Q2K=4.0kN/m2

永久荷載分項(xiàng)系數(shù)取γi＝1.2；可變荷載分項(xiàng)系數(shù)取γQi＝1.4。

均布線荷載：

恒載：

②模板計(jì)算。

1）模板強(qiáng)度計(jì)算。

M—最不利彎矩設(shè)計(jì)值；W—木膠板截面模量。

2）模板剛度計(jì)算。

由此可知，板模板剛度符合要求。

3.3 支架計(jì)算

①荷載計(jì)算。

②穩(wěn)定性計(jì)算。

根據(jù)λ=34 查相關(guān)技術(shù)規(guī)范，得穩(wěn)定系數(shù)ψ=0.906

N—立桿軸心壓力設(shè)計(jì)值；A—立桿凈截面面積A=489mm2；σ—立桿受壓強(qiáng)度計(jì)算值[N/mm2]；[f]—鋼管立桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[N/mm2]，[f]=205N/mm2；i—計(jì)算立桿的回轉(zhuǎn)半徑；ψ—軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)；a—模板支架立桿伸出頂層橫向水平桿中心線至模板支撐點(diǎn)的長度，取a=140mm。

4 模板支撐體系設(shè)計(jì)

4.1 支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)頂縱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，支撐體系設(shè)計(jì)按照梁底、梁側(cè)兩部分分別考慮。支撐體系布置如圖5 所示。梁底：采用扣件式腳手架+方木主、次楞+面板支撐體系。支撐立桿采用φ48 鋼管，橫距在梁寬范圍內(nèi)加密，間距為600（550）mm，縱向間距為600mm，采用上、下雙層φ48 鋼管橫向、縱向連接所有立桿；方木主楞尺寸為120×120mm2，間距是600mm；方木次楞尺寸為100×100mm2，間距是200mm，面板采用18mm 厚的酚醛板。梁側(cè)采用鋼拱架+組合鋼模板支撐體系。鋼拱架的預(yù)彎使用I14 工字鋼，鋼拱架的間距600mm，拱架之間采用φ48 鋼管連接；組合小塊鋼模板面板采用4mm 鋼板，肋板采用6mm 鋼板，肋高50mm，間距150mm。橫通道處采用φ100×5 鋼管斜撐，每榀拱架設(shè)置兩根，鋼管與拱架采用鋼楔子鎖緊，鋼管底部采用地錨螺栓+角鋼固定，側(cè)模底部采用對(duì)拉桿+雙道鋼管對(duì)拉。

4.2 模板支架安裝

4.2.1 安裝規(guī)定

在模板在安裝前，安全技術(shù)準(zhǔn)備工作是否做好是非常重要的[4]：①應(yīng)審查模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工說明書中的荷載、計(jì)算方法、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和安全措施，設(shè)計(jì)審批手續(xù)應(yīng)齊全；②應(yīng)進(jìn)行全面的安全技術(shù)交底，操作班組應(yīng)熟悉設(shè)計(jì)與施工說明書，并應(yīng)做好模板安裝作業(yè)的分工準(zhǔn)備；③應(yīng)對(duì)模板和配件進(jìn)行挑選、檢測(cè)，不合格者應(yīng)剔除，并應(yīng)運(yùn)至工地指定地點(diǎn)堆放；④準(zhǔn)備好操作所需的一切安全防護(hù)設(shè)施和器具。

模板需要滿足承載能力、剛度和穩(wěn)定性的相關(guān)要求，在施工過程中模板需要承受新澆混凝土的自重、側(cè)壓力以及其他的各種荷載[5]。當(dāng)豎向模板的拼裝高度超過2m 后，再繼續(xù)拼裝上層模板時(shí)，任何人不能站在下層模板上。在安裝時(shí)需要設(shè)置臨時(shí)固定設(shè)施以保證安全。

承重焊接鋼筋骨架與模板同時(shí)安裝時(shí)，需要滿足以下規(guī)定[6]：①梁的側(cè)模、底模必須牢牢固定在承重焊接鋼筋骨架的節(jié)點(diǎn)上；②鋼筋模板組合體在拼接安裝時(shí)需要注意，吊索需要根據(jù)鋼筋模板組合體設(shè)計(jì)的吊點(diǎn)位置處進(jìn)行捆綁吊放。

吊運(yùn)模板時(shí)，必須符合以下規(guī)定[7]：①作業(yè)前需要檢查繩索、卡具以及模板上的吊環(huán)是否是完整有效的，在升降過程中需要有專人進(jìn)行指揮，指揮人員與操作吊車的人員要做到統(tǒng)一信號(hào)，二者密切配合；②吊運(yùn)大體積塊或整體模板時(shí)，豎向吊運(yùn)時(shí)吊點(diǎn)必須設(shè)置兩個(gè)以上，水平吊運(yùn)時(shí)吊點(diǎn)必須設(shè)置四個(gè)以上。吊運(yùn)時(shí)必須采用卡環(huán)進(jìn)行連接，要做到穩(wěn)起穩(wěn)落，等模板就位并且連接牢固后，才能取下卡環(huán)；③吊運(yùn)散裝的模板時(shí)，首先要將散裝的模板擺放整齊，用繩子將其捆綁牢固后才能起吊。

4.2.2 支架安裝

立桿的間距和步距要通過模板支撐架實(shí)際承受的荷載來確定，底層縱、橫向的水平桿作為掃地桿，距地面的高度必須不大于150mm，立桿的底部需要設(shè)置固定底托支撐與導(dǎo)洞，立桿的上端長度（包括可調(diào)螺桿伸出水平桿的長度）必須小于200mm，且不得大于立桿計(jì)算長度公式L=h+2a 中a 值。

掃地桿、水平拉桿、剪刀撐應(yīng)采用鋼管的規(guī)格為φ48mm×3.5mm，通過扣件將其與鋼管立柱牢牢扣住。鋼管掃地桿、水平拉桿均通過對(duì)接的方式連接，剪刀撐通過搭接的方式連接，搭接長度必須大于500mm，使用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)扣件固定，固定的位置分別在離桿端大于l00mm 處。

模板下方應(yīng)放置次楞和主楞，次楞和主楞根據(jù)受彎桿件的受力類型進(jìn)行設(shè)計(jì)，使支架立桿的上端用U 型托，支撐設(shè)置在主楞的底部，U 型支托與主楞兩側(cè)之間如果存在間隙，必須進(jìn)行楔緊操作。

模板的支撐架搭設(shè)時(shí)需要與模板施工配合進(jìn)行，底模的標(biāo)高根據(jù)可調(diào)底座或者可調(diào)托撐進(jìn)行調(diào)整。模板的定位是根據(jù)施工方案彈線的方法進(jìn)行定位的，放置底座以后需要根據(jù)先立桿、再橫桿、后斜桿的搭設(shè)順序依次操作。

4.2.3 模板安裝

在模板安裝時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：①對(duì)梁側(cè)模板進(jìn)行安裝時(shí)，利用梁底模板作為安全操作平臺(tái)，在安裝過程中操作人員不準(zhǔn)站在梁底模支架上操作；②底模和橫楞要拉結(jié)好，橫楞與支架、立柱要連接牢固；③安裝梁側(cè)模時(shí)，要同時(shí)與底模進(jìn)行連接，當(dāng)側(cè)模的高度多于兩塊時(shí)，需要運(yùn)用臨時(shí)固定的方式；④起拱應(yīng)在側(cè)模內(nèi)外楞連固前進(jìn)行。

5 總結(jié)

本文以沈陽地鐵皇姑屯地鐵車站為例，詳細(xì)介紹了暗挖法頂縱梁模板支架施工的方案、技術(shù)、規(guī)定等，對(duì)皇姑屯地鐵車站的頂縱梁的模板支架工程從材料選用、設(shè)計(jì)計(jì)算、模板安裝等方面做了詳細(xì)分析。通過實(shí)踐檢驗(yàn)，頂縱梁模板與其支架的施工安全可靠，能夠保證工程施工質(zhì)量和施工安全。此外，本文能夠?yàn)橐院蟮念愃乒こ烫峁├碚摻梃b和技術(shù)參考。