馬蹄形隧道模架體系的設計應用與對比

郭范 趙書東 吳瑜 萬海濤

【摘要】成都天府國際機場航站樓前高架橋、主進場通道道路設計工程分別由 A、B（本標段）2個標段完成，其結構形狀類似馬蹄形的4號隧道，由相接壤的 A/B2個標段分段進行施工，本標段通過對比 A標段的2種模架體系設計方案，總結得出第3種更加適合本標段現場實際情況的模架設計方案，文章通過對該模架體系進行理論分析計算、結合現場實際應用，驗證了本標段模架體系方案的可行性。最終分析得出馬蹄形隧道各種模架體系設計方案的最優應用場景。

【關鍵詞】異型曲率;以直代曲;高大拱形結構;超長線行結構;支撐體系

【中圖分類號】 U455.91【文獻標志碼】 A

1工程概況

成都天府國際機場航站樓前高架橋、主進場通道工程是成都天府國際機場綜合換乘中心地下車輛通行的重要通道。該工程中4號隧道起訖里程為 ZK0+338-ZK3+945，全長3607 m，其中 ZK0+590-ZK1+192.673區段內隧道由不規則曲線構成的馬蹄狀鋼筋混凝土結構（sKG型框架）區間長度602.673 m，底板厚0.9 m，側墻及頂板厚0.8 m，寬14.08 m，高8.57 m，見圖1。

ZK0+590-ZK0+762.138位于直線段上，ZK0+762.13- ZK1+099.554位于曲線半徑為3500m的右偏曲線上，ZK1+099.554-ZK1+192.673位于曲線半徑為3500 m 的左偏曲線上，見圖2。

ZK0+590-ZK1+192.673縱斷面由兩凹形線及2個凸曲線型組成，縱坡為-4.7500%、0.5000%、3.8025%，本段隧道最小埋深0.82 m，最大埋深13.6 m，見圖3。

2模架體系設計方案對比

2.1 A標段模架體系設計方案概況

A標段涉及馬蹄形的sKG型框架隧道起止于 ZK0+590-ZK1+172.673處，共計582.673 m。根據體量大、結構超長的特點，結合sKG型框架結構橫斷面、結構平面曲線、豎向曲線等不規則馬蹄狀曲線問題，以及考慮結構及施工荷載，最終選出2種模架體系設計方案，見表1。分別為：方案一采用由內模臺車+外模臺車組成的成型臺車;方案二采用盤扣架+工字鋼+方木+弧形多層板。其中方案二中的工字鋼，主要根據sKG型框架橫斷面設計曲線定尺加工而成，2種模架體系設計方案現場應用實例見圖4。

2.2 B標段模架體系設計方案概況

B標段（本標段）涉及馬蹄形的sKG型框架隧道起止于ZK1＋172.673～ZK1＋192.673處，共計20 m。根據其體量小、施工周期短的特點，對比 A標段模架體系設計方案，本標段的模架體系設計應結合結構特性、施工工期以及企業自身資金情況等因素綜合確定，最終確定采用第3種模架體系設計方案，見表2。方案采用盤扣架＋可拼接薄壁冷彎雙 C型鋼＋方木＋弧形多層板[1]。

2.3 A和 B標段模架體系設計方案對比

對本工程這種由不規則曲線構成的馬蹄狀鋼筋混凝土結構，模架系統的對比，如何實現"以直代曲"和高承載力、高穩定性是模架方案成敗的關鍵問題。落實在具體方案中，主要是主龍骨和支架的選型。結合工程實踐中"以直代曲"的實例選用臺車、盤扣架＋傳統的12.6號工字鋼、盤扣架＋可拼接薄壁冷彎雙 C形鋼[2]，對比分析見表3。

通過對比分析，上述3種方案，均很好的實現了設計效果。考慮不同的使用場景，得出結論：方案一（臺車），適用于結構形式相對固定，工程體量較大，資金壓力小的工程;方案二（小48.3 mm盤扣架＋12.6號工字鋼），適用于工程體量小，垂直運輸便利的工程;方案三（小48.3 mm盤扣架＋可拼接薄壁冷彎雙 C形鋼），適用于工程體量適中，結構變化多樣，資金壓力大的工程（圖5）。

3 B標段模架體系設計及應用

3.1模架體系設計

3.1.1模架的選擇

針對于馬蹄形的 SKG型框架，綜合考慮安全、經濟及適用性，最終選用小48.3 mm盤扣架作為結構的支撐架[3]。盤扣架具有幾個優點：①高承載力，標準型立桿采用0345鋼材質制作而成，連接盤及插銷采用碳素鋼，外徑為小48.3 mm，壁厚3.2 mm，節點采用鍛造工藝，可承載較大荷載;②高穩定性，盤扣架配套產品包含水平斜桿、豎向斜桿，斜桿通過插銷的形式與連接盤進行連接，可形成較為牢固穩定的整體，見圖6。

3.1.2主龍骨的選擇

本工程選用的可拼接薄壁冷彎雙 C形鋼，通過拼接組合，可適用于不同曲率的弧，從而達到更好的貼合效果，施工相對簡單，可重復多次周轉，租賃費用交底，安全風險小，承載力高，見圖7。

3.2 B標段的模架應用

馬蹄形的 SKG型框架隧道，采用小48.3 mm盤4架，縱橫向間距均為900 mm，架體布局1500 mm，豎向斜桿每跨設置，水平剪刀撐上中下各設置一道，底座選用可調節底座，頂托選用帶 U型槽可調節頂托，主龍骨選用可拼接薄壁冷彎雙 C形鋼間距900 mm，次龍骨選用100 mmx100 mm方木間距200 mm，面板選用15 mm厚多層板。

馬蹄形的 SKG型框架隧道的順利施工，分解為幾個步驟完成。

（1）澆筑底板混凝土以及上反混凝土導墻，上反導墻及底板內預留拉結螺栓，見圖8。

（2）按照設計高度，搭設模板支撐架，并安裝主次龍骨及內側弧形模板，見圖9。

（3）墻、板鋼筋安裝，施工時預留支撐鐵以及拉結螺栓，隨后進行外側弧形模板安裝，并在頂部預留澆筑孔，見圖10。

（4）澆筑混凝土，需控制混凝土坍落度不大于120 mm， 見圖11。

對本工程這種由不規則曲線構成的馬蹄狀鋼筋混凝土結構，模架系統的對比，如何實現"以直代曲"和高承載力、高穩定性是模架方案成敗的關鍵問題。落實在具體方案中，主要是主龍骨和支架的選型。結合工程實踐中"以直代曲"的實例，選用臺車（全能型）、盤4架+雙U型主龍骨和盤4架+傳統的12.6號工字鋼，對比分析見表2。

4結束語

盤4架+可拼接薄壁冷彎雙 C形鋼+方木+面板的模架體系設計方案，可應對多種結構變化，不僅僅適用于復雜多變的曲面結構，造型方正的結構適用性更強，有操作簡單、資金占用小、縮短施工工期、安全性高的特點，可針對類似工程進行推廣使用，以解決類似工程的模架應用難題。

參考文獻

[1]盧喜成，毛杰，于越，等.大曲率高拱結構扣厚頂板模架設計及應用[J].建筑技術開發，2022，49（4）：31-36.

[2]盧喜成，李紅濤.大跨度扣長高承載連續變截面拱形模架體系[J].建筑技術開發，2021，48（24）：115-116.

[3]承插型盤4式鋼管支架構件： JG/T503-2016.