地下綜合管廊施工中鋁合金模板設計研究

盧彥明 張勝寧

鋁合金模板是一種用于建筑施工的模板系統，模板材質為鋁合金。地下綜合管廊是指在城市地下或地下空間中建設的用于容納各種不同類型的地下管線和設備的通道或通道系統。地下管線和設備包括給水管道、污水管道、電信線纜、燃氣管道、電力線路以及熱力管道等。

1 在地下綜合管廊施工中應用鋁合金模板的技術經濟性

1.1 輕量化與高強度

鋁合金模板的輕量化特性，使其在運輸和安裝過程具有較低的物流成本。相較于傳統鋼模板，鋁合金模板密度小、質量輕。在運輸相同面積的模板時，鋁合金模板所需的運輸車輛更少，燃油消耗更低。因此可以降低運輸成本，進而提高施工效率。鋁合金模板的高強度特性，能夠保證其在施工過程中的穩定性和耐用性。經過精心的設計，使其能夠承受施工過程中的各種荷載，不易變形和破損，降低模板的更換頻率，延長模板的使用壽命，進一步節約成本。

1.2 良好的耐腐蝕性

由于地下環境通常潮濕且含有腐蝕性介質，傳統鋼模板容易被腐蝕，導致其使用壽命縮短，需要頻繁更換和維修，增加了施工成本和維護費用。然而，鋁合金模板具有良好的耐腐蝕性，能夠抵抗地下環境的腐蝕，保持長時間穩定。因此，采用鋁合金模板可以減少模板的更換和維修頻率，降低相應的成本，提高項目的經濟效益。

1.3 高精度與穩定性

鋁合金模板的制造精度較高，可確保施工過程中的準確度和一致性。這種高精度使管廊結構更加精確和穩定，減少因施工誤差引起的調整和修復。同時，鋁合金模板具有較高的穩定性，能夠抵抗變形和位移，減少潛在的安全風險，降低事故發生的可能性，使施工過程更順利。

1.4 高周轉率與低成本

高周轉率意味著其能夠在多個項目中反復使用，降低了施工方的材料成本。傳統模板大多只能一次性使用，每個項目都需要購買新模板，導致投資成本較高。而鋁合金模板的結構和材料特性，使其使用壽命更長，能夠經受多次施工，且施工過程中無須頻繁更換模板，減少了材料成本，提高了施工效率。高周轉率和長壽命的特性，使鋁合金模板在項目施工中得到越來越廣泛的應用[1]。

1.5 環保與可持續性

鋁合金模板的再利用率較高，它由可回收材料制造而成，在使用壽命結束后，經過回收處理可以再次利用，這降低了資源消耗，避免了廢棄物的產生，符合環保要求。這種可持續性不僅有助于減少對自然資源的需求，而且降低了廢棄物處理和環境治理的成本。鋁合金模板在施工過程中不需要使用木材等自然資源，減少了對森林的破壞，進一步保護了生態環境。其環保性與可持續性為地下綜合管廊的施工帶來了長期的經濟效益，同時也促進了項目的可持續發展，實現了經濟效益與環境保護雙贏[2]。

1.6 良好的隔熱性能

鋁合金模板具有良好的隔熱性能，可以有效阻擋熱傳導，減少能量損失。地下管廊施工過程中，需要維持一定的環境溫度。鋁合金模板具有良好的隔熱性能，可以使管廊內部的溫度更加穩定，進而降低能源消耗，減少費用支出，帶來經濟效益。此外，它還能減少溫度變化對管廊結構和設備的影響，降低設備的維修頻率，進一步節約維護成本。

2 項目概況

蘭州榆中生態創新城學府大道（夏緯七路-科十五街）道路及綜合管廊新建工程，位于甘肅省蘭州市榆中縣夏官營鎮，是城市主干道，道路總長3116.648 m，雙向6 車道，設計時速50 km/h。道路兩側各有10 m 的綠化帶，總寬60 m。本文管廊工程全長3000 m，采用單層三艙鋼筋混凝土結構，主要截面尺寸包括2 種：A 標準斷面為8.4 m×4.1 m，B 標準斷面9.1 m×4.9 m，每個艙均為三艙矩形結構。入廊管線包括電力、通信、燃氣、熱力和再生水等。該地區屬于溫帶半干旱氣候，有大陸性和季風性氣候特征，降水少，熱量豐富，年日照時數為2665.9 h，年平均氣溫為6.6 ℃，最大凍結深度為118 cm。

根據規定，該管廊工程屬于超過一定規模的危大工程。為應對現場實際情況，將全線管廊劃分為A 段、B段和C 段，并同時進行施工。其中，B 段綜合管廊的標準斷面為單層三艙鋼筋混凝土結構，主要截面包括電艙和綜合艙，管廊頂板和底板厚度均為400 mm。

本工程是蘭州市榆中縣的重點工程，建成后將大大提升該地區的交通狀況和基礎設施水平，促進城市的發展。同時，工程建設也面臨一定的技術挑戰和施工難題。在施工過程中，需要充分考慮當地地質和氣候等條件的影響，采取科學合理的施工方案和技術措施，確保工程質量和安全。為實現快速建造，利用多項先進技術，采用鋁模快拆體系，避免現場測量和切割，提高施工效率，加快施工進度，節約管理和人工成本，為項目的成功實施奠定了堅實基礎。下面以學府B段綜合管廊為例，研究城市綜合管廊項目中鋁合金模板的設計。

3 鋁合金模板的設計原則

3.1 變形限制和承載力要求

鋁合金模板的普及為地下綜合管廊施工提供了經濟、高效且可靠的解決方案[3]。為減少施工誤差、提高施工質量，本項目鋁合金模板單板的最大變形量不得超過1.5 mm，背楞的變形量不應超過2.0 mm，可調支撐的變形量不應超過計算長度，且不用大于跨度的1/1000。在承載力方面，樓面設計承載力不應小于10 kN/m2，目的是確保樓面能夠承受施工過程中的各種荷載，保證施工的安全性。墻、柱、板應具備足夠的強度來支撐建筑結構，其設計承載力不應小于60 kN/m2。這些承載力要求有助于保證施工的安全性和持久性。

3.2 材料選擇原則

鋁合金模板材料采用的是6061-T6 鋁合金。這種材料具有優異的力學性能，如抗拉、抗壓和抗彎強度均能達到200 N/mm2，使模板在施工過程中能夠承受各種應力，保持穩定性和完整性，可確保施工的安全性。型材采用一次性擠壓成型的65 型50-400U型材，面板厚度為4 mm，邊肋高為65 mm。這種結構設計使模板既輕便又耐用，便于施工操作。為了保證模板的穩定性和施工效果，墻柱模板的計算長度不應大于800 mm，樓板模板的計算長度不應大于1300 mm。這樣能夠確保模板在承受荷載時不會發生較大的變形，從而保證施工的安全與質量。

3.3 背楞加固體系設計原則

為保證支撐效果和穩定性，背楞間距不應大于800 mm，墻底部的背楞距離地面的高度不應超過300 mm，頂部的背楞與樓板之間的距離不應大于700 mm。螺桿是加固模板的重要部件。第1 道螺桿應距離地面250 mm，螺桿間距應根據拉片、拉桿形式以及計算結果來確定，但不應大于800 mm。當墻體的厚度小于600 mm 時，螺桿直徑不應小于16 mm；當墻體厚度為600 mm 及以上時，螺桿直徑不應小于20 mm。斜撐的作用是為模板提供側向支撐，其間距不應大于2000 mm。同時，當單面墻體長度超過2000 mm時，為了保證支撐的穩固性，斜撐的數量不應少于2 根[4]。背楞加固體系如圖1 所示。

圖1 背楞加固體系（來源：網絡）

3.4 銷釘體系設計原則

在長度方向上，模板間的銷釘間距不應大于300 mm。在寬度方向上，銷釘間距不應大于150 mm。每個方向上的銷釘數量不應少于2 個。這樣能夠確保模板連接牢固，避免模板在施工過程中出現錯位或移動的現象，進而提高模板的剛度和穩定性，使其能夠承受施工過程中的各種應力和壓力，保障施工的精確性[5]。

3.5 可調立桿設計原則

可調立桿是地下綜合管廊施工中的重要支撐部件如圖2 所示。為提高施工的安全性和穩定性，保證立桿的剛度和穩定性，可調立桿的長細比不應大于180。立桿的縱向和橫向間距均不應大于1300 mm，以便確保立桿間的支撐能力均衡，防止因間距過大導致的支撐不穩定[6]。

圖2 可調立桿（來源：網絡）

3.6 配模原則

在地下綜合管廊的鋁合金模板體系中，墻板和樓面板均采用標準板。標準板的寬度范圍為50 ～400 mm，以50 mm 的模數進級，標準化是為了提高生產效率，簡化庫存管理。在實際施工中，會出現非標準板的需求，為滿足這些特殊需求，可對標準板進行加工。如若非標準標板的寬度為450 mm 的時候，則可以將1 塊寬度為300 mm 的標準板和1 塊150 mm 標準板焊接在一起[7]。

4 地下綜合管廊施工中鋁合金模板設計

4.1 結構優化設計

合理設置模板厚度和布置肋板是結構優化的基礎。設計師需要根據管廊的實際尺寸和荷載要求，精確計算模板的最小厚度，確保其承載力和穩定性。通過合理布置肋板，可以有效增強模板的抗彎剛度和整體穩定性，防止其在施工過程中變形或失穩[8]。模板的連接結構優化是結構優化的重要內容。設計師需要充分考慮模板的連接方式和連接位置，使連接結構能夠承受施工過程中的各種力和變形。采用高強度螺栓和可靠的插銷連接，能夠確保模板緊密連接和穩定傳遞荷載，提高整體結構的可靠性。

輕量化設計是鋁合金模板結構優化的重要手段。在滿足強度和穩定性要求的前提下，通過減輕模板的自重，降低施工過程中的勞動強度和機械設備負擔。設計師可以通過優化肋板形狀和采用輕質材料填充等方式實現模板輕量化。通過不斷優化設計方案和引入新材料與新技術，可以進一步提高鋁合金模板的施工效率和安全性，為地下綜合管廊的高質量施工建設提供有力保障。

4.2 連接方式設計

在模板側邊或角落設置插槽，并在相鄰模板上設置相應的插銷，通過將插銷插入插槽，來實現模板間的快速連接和固定。該方式具有結構簡單和操作方便的特點，能夠提高模板的拼裝速度，縮短施工周期。在模板的連接位置設置螺栓孔，使用高強度螺栓進行連接，也能夠固定模板。該連接方式具有較高的可靠性和承載能力，適用于對連接要求較高的模板。螺栓連接具有可調節性，可根據實際情況進行微調，確保模板間的緊密配合。

為提高連接的牢固性和可靠性，還可采用焊接或膠粘的方式來連接模板。焊接是將相鄰模板的金屬部分永久連接，能夠提高整體結構的穩定性。膠粘的方式則可以填充模板間的微小縫隙，提高連接的密封性和防水性能。

模板的連接方式要根據實際情況進行選擇和設計，要滿足特定的施工要求和使用環境。通過合理設計連接方式，能夠確保模板連接的穩定性和可靠性，提高施工質量。在實際應用中，設計師需要根據管廊結構的特點、施工要求和使用環境等因素，綜合分析和優化設計，實現最佳的連接效果。

4.3 細節處理

由于鋁合金模板的邊緣往往較為鋒利，容易劃傷施工人員或造成其他安全風險。因此，為了降低安全風險也為了提高施工人員的操作舒適性，需要處理模板邊緣，可以采用倒角的方式將模板邊緣處理圓滑，或安裝保護條加以覆蓋。在地下綜合管廊的施工過程中，模板表面可能會受到水、油或其他液體的污染，導致施工人員在操作時滑倒。為了解決這個問題，要對模板表面進行防滑處理，如增加紋理或噴涂防滑涂層等，提高表面的摩擦系數和防滑性能，確保施工人員的操作安全。模板的準確定位和牢固固定對于保證施工質量至關重要[9]。在模板上設置定位孔或做出標記，方便施工人員準確定位，同時，還可以使用夾具或支撐結構等輔助工具，確保模板在施工過程中保持穩定，不會發生位移或變形。

5 結語

地下綜合管廊施工中鋁合金模板的質量，不僅關乎工程質量和效率，也關系到項目的可持續發展。通過深入探討與實踐，明確了鋁合金模板的設計原則和設計策略，以期在保障工程安全與質量的同時，發揮鋁合金模板的優勢，實現綠色、高效的地下管廊建設。未來，隨著科技的飛速發展，地下綜合管廊施工中鋁合金模板的應用將面臨更多機遇和挑戰，數字化和智能化技術將與鋁合金模板深度融合，提供全新的設計思路和解決方案。期待通過持續的研究和實踐，使鋁合金模板更加廣泛地應用于地下綜合管廊施工建設中。