王天兰
（中铁港航局集团第三工程有限公司，广东，肇庆，526020）
【摘 要】城市明挖隧道施工过程中，由于受场地限制而采用单侧模板支撑体系，具有周转次数多，施工进度快，支撑牢固，可靠性强，混凝土外观好等优点。本文结合某城市明挖隧道单侧钢模板支撑体系施工实践，介绍了单侧钢模板支撑体系结构设计验算的方法，并对具体工艺进行阐述，可作为同类工程施工参考。
【关键词】明挖隧道；单侧钢模板；设计与施工
1．工程概述
1.1 工程概况
某城市快速路采用隧道和桥梁结构形式横穿市区，其中隧道部分长达3km，开挖深度达到20m，周边高层建筑林立。隧道采用单箱双室的矩形现浇钢筋混凝土框架结构，整体结构尺寸为21.1m×7.6m，单室内尺寸为9.25m×5.4m，明挖暗埋法施工。隧道基坑外设置直径600mm～1200mm的围护桩，采用混凝土支撑和钢支撑结合的支撑方式，井点降水。
1.2 模板方案比选
考虑到本工程中隔墙可以采用穿墙对拉螺栓加固，为便于操作，采用胶合板模板和方木背楞。侧墙施工中通常使用的模板及支撑体系有：
方案一：满堂支架+拉撑结合斜撑支撑胶合板，优点是施工方便，缺点是受力稳定性不好，支架多，不利于调节加固；
方案二：穿墙对拉止水螺栓+拉撑结合斜撑支撑胶合板，优点是受力简单，结构稳定，缺点是止水螺栓造价高，止水效果没有保障；
方案三：整体单侧钢模板+三角支架支撑，优点是结构稳定，混凝土浇筑效果好，缺点是吊装较困难，模板加工费用大。
由于整体单侧钢模板+三角支架支撑形式具有周转次数多、施工进度快、支撑牢固、可靠性强、混凝土外观好等优点，本工程采用该模板支架支撑体系进行施工。
2．单侧钢模板支撑体系设计
2.1 单侧钢模板支撑体系结构形式
单侧钢模板支撑体系分为两部分钢模板和单侧支架两部分组成。钢模板采用6mm厚的钢板，竖楞采用8#槽钢，间距30cm，横楞采用双拼10#槽钢，间距90cm。单侧支架由预埋系统和三角支架组成，预埋系统包括地脚螺栓、连接螺母、压梁、连接杆等组成，三角支架采用10#槽钢焊接组成，间距90cm。隧道箱室净高5.4m，考虑到腋角影响，模板支架设计时按最大混凝土浇筑高度4.8m进行计算。
2.2 单侧钢模板支撑体系力学分析与计算
侧墙混凝土浇筑时，混凝土侧压力作用于钢模板，最终传递到支撑体系上。混凝土浇筑对单侧模板体系形成一个垂直方向的上浮分力和一个水平方向的分力，均需要通过锚固于已浇筑底板上预埋的地脚螺栓进行抵抗。
2.2.1 单侧模板支撑体系荷载计算
混凝土作用于模板的侧压力可按下列二式计算，并取其最小值：
F=0.22γct0β1β2V1/2
F=γcH
取值T=25℃，V=1.5m/h，H=4.8m，考虑混凝土加外加剂，泵送浇筑施工，
F=0.22γct0β1β2V1/2=0.22×25×5×1.2×1.15×1.51/2=46.5kN/m2
F=γcH =25×4.8=120kN/ m2
取二者中的较小值，F=46.5kN/ m2作为模板侧压力的标准值，并考虑倾倒混凝土产生的水平载荷标准值4 kN/ m2，分别取荷载分项系数1.2和1.4。
则作用于模板的总荷载设计值为：qa=46.5×1.2+4×1.4=61.4kN/ m2
验算刚度时作用于模板的总荷载设计值为：qb=46.5×1.2=55.8kN/ m2
2.2.2 钢模板面板验算
将面板视为两边支撑在竖肋上的多跨连续板（三跨连续梁）计算，面板长度3000mm，板宽度1500mm，面板为钢模板（厚度δ=6mm）, 竖楞间距为300mm，以10mm宽为计算单元：
用于强度验算的荷载设计值:q1=0.0614 N/mm2×10mm=0.614N/mm
用于变形验算的荷载标准值:q2=0.0558 N/mm2×10mm=0.558N/mm
5mm厚钢板截面惯性矩：I= 180mm4，截面抵抗矩：W= =60mm3
①、强度验算
M=KMq1l2=-0.107×0.614×3002=5581 N?mm
σ=M/W=5581/60=93.3N/mm2＜fm=215 N/mm2 ，单侧模板钢面板强度满足要求。
②、挠度验算
ω=KWq2l4/100EI=0.632×0.558×3004/(100×206000×180）=0.77mm
ω=0.77＜300/250=1.2mm，单侧模板钢面板变形满足要求。
2.2.3槽钢竖楞验算
竖楞采用8#槽钢，间距300mm，横楞间距900mm。
竖楞直接承受模板传递的荷载，按照均布荷载作用下的三跨连续梁计算。
用于强度验算的荷载设计值:q1=0.0614 N/mm2×300mm=18.42N/mm
用于变形验算的荷载标准值:q2=0.0558 N/mm2×300mm=16.74N/mm
8#槽钢截面惯性矩：I=1010000mm4，截面抵抗矩：W=25300mm3
查《建筑施工计算手册》附表得最大弯矩、扰度系数分别为：KM=0.101，Kw=0.677。
①、强度验算
M=KMq1l2=0.101×18.42×9002=1506940 N?mm
σ=M/W=1506940/25300=59.6N/mm2＜fm=215N/mm2 ，8#槽钢竖楞强度满足要求。
②、挠度验算
ω=KWq2l4/100EI=0.677×16.74×9004/(100×206000×1010000）=0.36mm
ω=0.36＜900/400=2.25mm，8#槽钢竖楞变形满足要求。
2.2.4槽钢横楞验算
横楞采用双拼10#槽钢，间距900mm，三角支架间距900mm。。
横楞承受竖楞传递的荷载，按照均布荷载作用下的三跨连续梁计算。
用于强度验算的荷载设计值:q1=0.0614 N/mm2×900mm=55.26N/mm
用于变形验算的荷载标准值:q2=0.0558 N/mm2×900mm=50.22N/mm
10#槽钢截面惯性矩：I=1980000mm4，截面抵抗矩：W=39700mm3
查表得最大弯矩、扰度系数分别为：KM=0.101，Kw=0.677。
①、强度验算
M=KMq1l2=0.101×55.26×9002=4520821 N?mm
σ=M/W=4520821/39700/2=57N/mm2＜fm=215N/mm2 ，10#槽钢竖楞强度满足要求。
②、挠度验算
ω=KWq2l4/100EI=0.677×50.22×9004/ (100×206000×1920000×2）=0.28mm
ω=0.28＜900/400=2.25mm，10#槽钢横楞变形满足要求。
2.2.5单侧三角支架体系验算
单侧三角支架采用10#槽钢和8#槽钢工厂加工而成，支架按间距900mm布置。底部设置双10#槽钢压梁。
分析支架受力按q=61.4×0.9=55.26kN/m计算，用结构软件对单侧支架进行受力分析：
经计算，三角支架变形和强度均满足要求。
3．单侧钢模板支撑体系施工
3.1 施工工艺流程
施工准备→底板混凝土中预埋地脚螺栓→测量放样，弹出侧墙边线→侧墙钢筋绑扎验收→合侧墙钢模板→单侧三角支架调运到位→安装单侧三角支架→安装支架加固钢管→安装压梁槽钢→地脚螺栓加固→调节支架位置和垂直图→安装操作平台→检查加固地脚螺栓→验收合格后浇筑侧墙混凝土。
3.2 钢模板支撑体系安装前的准备工作
（1）检查模板规格、尺寸、厚度、螺栓孔位置等，备齐各项施工辅助材料和机具设备；
（2）检查三角支架的材料规格、拼装焊接质量；
（3）调节地脚螺栓埋设的角度，确保地脚螺栓能够从压梁和三角支架中传出；
（4）打磨、清理钢模板，涂刷脱模剂。
3.3 钢模板支撑体系安装和拆除
（1）安装侧墙模板，模板下口与侧墙边线对齐，钢管脚手架定位；
（2）吊运三角支架，采用吊车配合安装，人工配合调节位置；
（3）每安装五到六榀三角支架后安装加强钢管，并穿插预埋系统压梁槽钢，适当紧固；
（4）用钩头螺栓将模板横楞和三角支架架体连接紧固形成整体；
（5）调节支架后支座，直至模板面板顶口向侧墙墙体方向倾斜约5mm，抵消变形；
（6）加固预埋系统，逐一检查各部位连接，确保混凝土浇筑时安全。
（7）侧墙混凝土浇筑24h后，先松动支架后支座，48h后方可拆除模板。
3.4 单侧钢模板支架施工质量安全控制措施
（1）预埋地脚螺栓是单侧模板支架系统的主要承重结构，安装角度、间距必须满足设计要求，确保螺栓受力；地脚螺栓螺纹必须采用胶带绑扎包裹，避免破坏螺纹。
（2）钢模板横向和竖向拼缝处应全部用螺栓紧固，避免混凝土错台。
（3）钢模板使用前应打磨彻底，清除表面锈迹，清除完后及时涂刷脱模剂，并采用薄塑料膜包裹覆盖，在混凝土浇筑前清除。
（4）混凝土浇筑前应将施工缝位置的既有混凝土清除出新鲜混凝土石子面，并浇水湿热，施工缝接茬面应采用水泥砂浆或水泥净浆处理。
（5）混凝土浇筑时应分层浇筑，严控浇筑速度，确保不超过模板设计时的浇筑速度。
4．结语
针对城市明挖隧道主体结构施工时作业面小、对撑困难的特点，通过使用单侧钢模板支撑体系，严格按照设计方案施工，模板施工效果良好，支架架体稳定，混凝土接缝平整，确保了施工安全和质量。同时单侧模板支撑体系加固工作量小，模板周转次数多，可以减少工作时间，提高施工效率。通过在工程中的实际应用，可为类似工程提供参考。
参考文献：
[1]汪正荣.建筑施工计算手册[M]. 2版.北京:中国建筑工业出版社,2007.
[2]陈立锦,李志勇,丛欣江,单侧模板支撑体系在地铁明挖车站施工中的应用[J].建筑技术,2009,11.
论文作者:王天兰
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年3月总第208期
论文发表时间:2016/6/15
标签：支架论文; 槽钢论文; 模板论文; 混凝土论文; 单侧论文; 螺栓论文; 荷载论文; 《工程建设标准化》2016年3月总第208期论文;