隧洞襯砌模板支撐穩(wěn)定驗(yàn)算在工程中的應(yīng)用

王德澤

【摘要】臺(tái)山核電淡水水源工程共有隧洞兩條，導(dǎo)流洞和輸水隧洞。本工程對(duì)外觀質(zhì)量比較高，在施工過程中，為防止襯砌模板支撐不穩(wěn)定，導(dǎo)致模板漲開變形，影響施工安全及外觀質(zhì)量，須對(duì)襯砌模板支撐穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算。本文只要介紹對(duì)隧洞襯砌模板支撐系統(tǒng)穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算，并觀察其實(shí)際施工效果，確保了隧洞襯砌施工質(zhì)量，可供類似工程參考。

【關(guān)鍵詞】隧洞；模板；支撐穩(wěn)定

1、工程概況

臺(tái)山核電廠一期工程淡水水源工程新松水庫(kù)位于臺(tái)山市赤溪鎮(zhèn)的曹沖河，是臺(tái)山核電廠工程的配套工程，主要任務(wù)是為臺(tái)山核電廠提供淡水，年供核電淡水量900萬m?。

輸水隧洞全長(zhǎng)478m，導(dǎo)流洞全長(zhǎng)259m，均用城門洞型，洞徑 4.0m×6.0m。

隧洞襯砌類型分成A、B種兩型式，進(jìn)口段閘門井后堵頭前的圍巖段為A型襯砌，襯砌厚度800mm，襯砌長(zhǎng)度約50m；封堵段后的Ⅳ、Ⅴ類圍巖段襯砌厚度400mm，襯砌長(zhǎng)度約50m。閘門井長(zhǎng)9.5m，凈高6m，閘墩厚1.5m，頂板厚1.5m，接上游護(hù)坦。

現(xiàn)對(duì)A型襯砌（厚度800mm）模板支撐系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)算。

2、隧洞A型襯砌模板支撐驗(yàn)算

2.1 A型襯砌側(cè)墻模板支撐

2.1.1參數(shù)信息：

側(cè)墻模板為橫向擺放布置，采用鋼管對(duì)撐。立桿的縱距為 75cm，立桿的橫距為70cm，立桿的步距為75cm。橫縱向水平與立桿之間采用直角扣件連接，橫向水平桿之間、立桿之間采用對(duì)接扣件對(duì)接，立桿在兩側(cè)拱腳處局部調(diào)整加密，鋼管規(guī)格為Ф48×3.5。見圖一：

圖一、側(cè)墻模板布置圖

2.1.2材料參數(shù)

模板：0.5 kN/m2；鋼筋砼：25 kN/m3；鋼管：3.55 kg/m

2.1.3橫向水平桿的計(jì)算

1）荷載計(jì)算

新澆混凝土側(cè)壓力計(jì)算公式為下式中的較小值：

其中 c-- 混凝土的重力密度，取25kN/m?；

t -- 新澆混凝土的初凝時(shí)間，為0時(shí)（表示無資料）取200/（T+15），取t=5h；

T -- 混凝土的入模溫度，取25℃；

V -- 混凝土的澆筑速度，取1m/h；

H -- 混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆混凝土頂面總高度，取7 m；

1-- 外加劑影響修正系數(shù)，取1.200；

2-- 混凝土坍落度影響修正系數(shù)，取1.150。

根據(jù)公式計(jì)算的新澆混凝土側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值 F1=37.95kN/㎡

倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值 F2= 4 kN/㎡。

荷載計(jì)算值F=1.2×F1+1.4×F2=51.14 kN/㎡

每根橫向水平桿所承受的壓力：N=51.14×0.75×0.75×2 =57.53 kN

2）橫向水平桿的穩(wěn)定性

不組合風(fēng)荷載時(shí)，橫向水平桿的穩(wěn)定性計(jì)算公式為：

橫向水平桿的軸心壓力設(shè)計(jì)值 ：N =57.53 kN；

計(jì)算橫向水平桿的截面回轉(zhuǎn)半徑 ：i = 1.70 cm；

計(jì)算長(zhǎng)度附加系數(shù) ：k = 1.167 ；

計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù) ：μ = 1.7；

計(jì)算長(zhǎng)度 ，由公式 lo = kμh 確定 ：lo = 1.389 m；

lo/i = 82；

軸心受壓橫向水平桿的穩(wěn)定系數(shù)φ，由長(zhǎng)細(xì)比 lo/i 的結(jié)果查表得到 ：φ=0.71；

橫向水平桿凈截面面積 ： A = 4.52 cm2；

鋼管抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 ：[f] =205 N/mm2；

σ =57530/（0.71×452）=179 N/mm2；

橫向水平桿穩(wěn)定性計(jì)算 σ = 179 N/m㎡ 小于 [f] = 205 N/m㎡ ，滿足要求。

2.2 A型襯砌頂拱模板支撐

2.2.1參數(shù)信息：

立桿的縱距為 75cm，立桿的橫距為70cm，立桿的步距為75cm，拱腳以上立桿的步距局部調(diào)整加密；橫縱向水平與立桿之間采用直角扣件連接，橫向水平桿之間、立桿之間采用對(duì)接扣件對(duì)接；立桿在兩側(cè)拱腳處局部調(diào)整加密。按考慮超挖20cm的80cm襯砌計(jì)算，即砼厚度100cm。見圖二：

圖二、頂拱模板布置圖

2.2.2材料參數(shù)

模板：0.5 kN/m2；鋼筋砼：25 kN/m3；鋼管：3.55 kg/m

2.2.3立桿的計(jì)算：

1）荷載計(jì)算（按一段12m長(zhǎng)度計(jì)算）

模板自重：0.5×（12×4.84+1.0×4.84×2）=33.88kN

鋼筋砼自重： 25×4.84×12×1.0=1452kN

鋼管自重：2000×3.55×9.8/1000=69.58kN

恒載：q1=[1.2×（33.88+1452+69.58+19.43）]/（4×12）=38.89kN/m2

振搗砼荷載：2kN/m2

施工人員荷載： 1kN/m2

活載： q2=1.4× （2+1） =4.2kN/m2

每根立桿所承受的豎向荷載：N= （q1+ q2）×0.75×0.7 =22.62 kN

2）立桿的穩(wěn)定性

不組合風(fēng)荷載時(shí)，立桿的穩(wěn)定性計(jì)算公式為：

立桿的軸心壓力設(shè)計(jì)值 ：N =22.62 kN；

計(jì)算立桿的截面回轉(zhuǎn)半徑 ：i = 1.70 cm；

計(jì)算長(zhǎng)度附加系數(shù) ：k = 1.167 ；

計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù) ：μ = 1.7；

計(jì)算長(zhǎng)度 ，由公式 lo = kμh 確定 ：lo = 1.488 m；

lo/i =88；

軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)φ，由長(zhǎng)細(xì)比 lo/i 的結(jié)果查表得到 ：φ=0.673；

立桿凈截面面積 ： A = 4.52 cm2；

鋼管立桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 ：[f] =205 N/mm2；

σ = 22620/（0.673×452）=74.4 N/mm2；

立桿穩(wěn)定性計(jì)算 σ = 74.4 N/mm2 小于 [f] = 205 N/mm2 滿足要求。

3、結(jié)束語

隧洞砼襯砌施工模板支撐經(jīng)過驗(yàn)算后按驗(yàn)算結(jié)果運(yùn)用至實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，無產(chǎn)生任何模板支撐不穩(wěn)定情況，滿足設(shè)計(jì)要求，確保了隧洞襯砌施工的安全及質(zhì)量，可見隧洞模板支撐穩(wěn)定驗(yàn)算是有效可行的，給類似隧洞襯砌施工提供了借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（J84-2001、JGJ130-2001）中國(guó)建筑工業(yè)出版社；

[2]《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 162-2008）中國(guó)建筑工業(yè)出版社。