地鐵車站盾構孔封閉吊模施工技術

孫兵 SUN Bing

（上海隧道工程有限公司，上海 200032）

0 引言

城市地鐵土建工程主要包含車站和區間盾構，為滿足工期節點，兩者交叉作業常有發生。尤其是盾構與吊裝孔封閉同步實施的工況，對安全、質量和進度的要求更高，一般采用滿堂架門洞方案，保證盾構推進與主體結構同步進行[1]，若交叉作業發生在盾構始發階段，對作業空間要求較大，則會采用門式型鋼支架[2-3]和吊模方案。吊模方案具有工期短、費用較低、同步作業風險小等優勢，越來越普遍被采用，盾構吊裝孔吊模封閉的方案與理論計算也較成熟[4-6]，但對于厚度超過1m的盾構孔封閉方案和實施過程中的節點描述較少。

本文以南京地鐵5號線山西路站停車線段盾構吊裝孔封閉方案為例，針對盾構始發交叉作業的需求，選用吊模方案，并細化施工流程、計算及節點措施，滿足了盾構封閉的實施，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

南京地鐵5號線是南京市軌道交通線網中東南至西北方向的一條定位為城區干線的重要線路，線路穿越江寧東山副城、南部新城、夫子廟地區中心、五臺山體育中心、北京西路行政中心、山西路-湖南路商業街和濱江商務區。線路全長37.4km，全部為地下線，共設車站30座。

山西路站為地下二層島式車站，車站全長513m，站臺寬12m，站后設單停車線。主體結構標準段寬21.1m，端頭井寬：25.3m，停車線主體結構標準段寬10.4m，端頭井寬：12.6m。停車線北端頭井設置1處盾構吊裝洞口，為盾構下井拼裝和后續始發推進提供條件。預留盾構洞口尺寸為10.5m×7.5m，板厚1.2m，采用C40補償收縮混凝土，抗滲等級P8。預留洞口平剖面如圖1所示。

2 方案比選

盾構吊裝孔的封閉模板支架體系，最常用的是滿堂鋼管支架方案，若存在盾構交叉施工情況，也會采用門式型鋼支架和吊模方案，三種方案的特點如下：

①滿堂鋼管支架方案。山西路站停車線頂板采用0.9m×1.2m×1.5m承插型盤扣式鋼管支架作為支撐體系，此方案工藝成熟、操作簡單、施工速度快，施工安全和質量有保證，同時，采用現成材料，不額外產生材料租賃費用。但滿堂支架方案施工期間，端頭井其他作業需完成或暫停，無法做到交叉施工。②門式型鋼支架方案。根據盾構井下方交叉施工場地需求，通過采用不同規格的型鋼和調整型鋼間距，可滿足交叉施工要求。此方案需在底板預留條件，對小于4m×4m空間，經濟性和操作性較好。若洞口的尺寸加大，則施工的難度、安全風險、工期和造價將極大提升。③吊模方案。利用型鋼和拉條螺栓將荷載傳遞至已完成頂板上，無需在端頭井內設置其他支架體系。此方案可將端頭井內部空間讓出，能滿足盾構始發期間的場地要求，增加的材料較門式型鋼支架方案少且工期可控。但對施工前的籌劃和過程中質量和安全的精細化管理要求高。

結合本工程盾構始發與洞口封閉交叉實施的工況，通過對比三個方案的工期、費用、風險，最終選用吊模方案。（表1）

表1 方案比選

3 吊模施工技術

3.1 吊模施工流程

材料準備（型鋼、槽鋼定位鉆孔；拉條螺栓焊接止水片）→平臺搭設→上部扁擔梁定位和安裝→拉條螺栓安裝（滿足施工階段荷載即可）→槽鋼主楞安裝和固定→鋼管及方木次楞鋪設→模板安裝并在剩余拉條螺栓處開孔→盾構口鋼筋綁扎和焊接→剩余拉條螺栓安裝→放樣和通過螺栓調整模板標高→混凝土澆筑→混凝土養護等強→型鋼及模板支架體系拆除。

3.2 吊模材料選取、方案制定和荷載驗算

結合現場已有材料，并滿足吊模施工要求，本方案主要采用材料為：型鋼平臺雙拼12＃工字鋼，扁擔梁50＃工字鋼（間距0.85m），拉條螺栓直徑14mm（間距0.85m×0.5m），主楞10＃槽鋼（間距0.85m），次楞Ф48鋼管（間距0.15m）。具體吊模方案見圖2和圖3。

荷載和驗算具體過程如下：

①荷載取值。

模板及鋼管荷載取值0.5kN/m2，10#槽鋼取0.3kN/m2；頂板厚1200mm混凝土自重取28.8kN/m2（即1.2m×24kN/m3）；施工均布荷載標準值取3kN/m2；混凝土振搗對水平模板荷載標準值取2kN/m2；板鋼筋荷載取1.32kN/m2。

②模板驗算。

強度Mmax=q1l2/8=43.336×0.152/8=0.122kN·m

σ=Mmax/W=0.122×106/37500=3.25N/mm2≤[f]=15N/mm2

撓度νmax=5ql4/（384EI）=5×33.22×1504/（384×10000×281250）=0.078mm

νmax=0.078mm≤min{150/150，10}=1mm

③鋼管次楞驗算。

強度M1=0.107q1靜L2+0.121q1活L2=0.107×5.932×0.852+0.121×0.608×0.852=0.512kN·m

M2=q1L12/2=6.539×0.152/2=0.074kN·m

Mmax=max[M1，M2]=max[0.512，0.074]=0.512kN·m

σ=Mmax/W=0.512×106/4250=120.398N/mm2≤[f]=205N/mm2

抗剪V1=0.607q1靜L+0.62q1活L=0.607×5.932×0.85+0.62×0.608×0.85=3.381kN

V2=q1L1=6.539×0.15=0.981kN

Vmax=max[V1，V2]=max[3.381，0.981]=3.381kN

τmax=2Vmax/A=2×3.381×1000/398=16.989N/mm2≤[τ]=125N/mm2

撓度Q=（γG（G1k+（G2k+G3k）×h）+γQ×γL×Q1k）×b=（1×（0.3+（24+1.1）×1.2）+1×1×3）×0.15=5.013kN/m

νmax=0.632qL4/（100EI）=0.632×5.013×8504/（100×206000×10.19×104）=0.788mm≤[ν]=min（L/150，10）=min（850/150，10）=5.667mm；

④槽鋼主楞驗算。

抗彎σ=Mmax/W=1.061×106/39700=26.726N/mm2≤[f]=205N/mm2

抗剪τmax=Vmax/（8Izδ）[bh02-（b-δ）h2]=12.866×1000×[48×1002-（48-3）×832]/（8×1983000×5.3）=28.438N/mm2≤[τ]=125N/mm2

撓度νmax=0.027mm≤[ν]=min{500/150，10}=3.333mm

⑤拉條螺栓驗算。

受拉強度σ=F/A=0.85*0.5*（37.1+7）*103/153.86=121.8N/mm2＜205N/mm2

⑥上部型鋼扁擔梁驗算。

抗彎Mmax=P×L2/24=39.176×7.52/24=91.819kN·m

σ=Mmax/（γxW）=91.819×106/（1.05×1860×1000）=47.014N/mm2≤[f]=215N/mm2

抗剪Vmax=P×L/2=39.176×7.5/2=146.91kN

τmax=Vmax[bh02-（b-δ）h2]/(8Izδ)=146.91×1000×[158×5002-（158-12）×4602]/（8×46470×10000×12）=28.342N/mm2≤[τ]=125N/mm2

撓 度νmax=P×L4/（384×E×Ix）=31.48×75004/（384×206000×464700000）=2.71mm≤[ν]=L/250=7.5×1000/250=30mm

3.3 吊模施工節點與關鍵技術

①搭設型鋼平臺抬高扁擔梁標高、拉條螺栓分階段安裝，滿足施工空間要求，方便現場實施。若將吊模的50#工字鋼扁擔梁直接架設頂板上，支點處存在受力集中問題，不利于對已完結構的保護，同時，上排鋼筋綁扎空間僅45mm，施工難度大且質量難以保證。為此，通過在扁擔梁下方設置雙拼12#工字鋼平臺，將扁擔梁抬高，確保結構保護和方便施工。根據吊模方案計算結果，拉條螺栓的間距為0.85m×0.5m，但在此空間內基本無法完成模板和鋼筋施工。針對此問題，將拉條螺栓調整為兩次實施，第一次在槽鋼主楞施工期間，間隔兩根設置拉條螺栓，間距為0.85m×1.5m（通過計算可滿足混凝土澆筑前的荷載要求），待模板和鋼筋施工完成后，再補足剩余拉條螺栓。②對槽鋼主楞和拉條螺栓進行固定、模板接縫下采用方木作為次楞、頂板預留起拱，滿足施工質量。吊模受力體系，在施工過程和混凝土澆筑階段，容易產生晃動不利于工程質量的控制，在鋼筋綁扎完成后，對槽鋼主楞進行水平方向的固定，并將拉條螺栓與洞口鋼筋焊接固定（焊接點位于止水片下方），提高受力體系的穩定性，保證結構施工質量。本方案采用采用48mm鋼管作為次楞，在模板接縫處容易出現漏漿情況，造成混凝土蜂窩麻面，針對這個問題，在模板接縫底部安裝一根與模板等長，寬度80mm，高度48mm的方木，方木與模板用鐵釘連接，方木兩邊需緊貼兩根鋼管固定。在鋼筋綁扎完成后，通過拉條螺栓將底模緊靠已完成結構底部，同時復核底模標高，并考慮1cm的起拱，確保混凝土結構施工質量。③型鋼平臺、扁擔梁和槽鋼主楞搭設等風險較大的工況，加強現場指導和管控，確保過程中安全。此方案涉及型鋼吊裝、人員高空作業、盾構交叉施工的情況，整個施工過程風險較大，施工時相關技術人員必須現場指導施工，嚴格按照方案和作業指導書施工，在吊裝和洞口作業時，下方盾構工作人員需臨時撤離，嚴禁此期間交叉作業。

4 實施效果與結論

南京5號線山西路站停車線盾構孔吊模封閉方案，通過合理籌劃以及過程中對節點的精細化管理，確保了施工過程的安全和質量，同時滿足大厚度頂板封閉時盾構同步始發的工況條件，加快了工程的推進，可為后續類似工程提供參考。