杏錦路下穿隧道單側(cè)模板體系的設(shè)計與施工

張光亮

摘要：通過杏錦路提升改造工程三南路下穿隧道U型槽側(cè)墻的施工實例，具體闡述了單側(cè)模板體系的設(shè)計與施工工藝。在不使用穿墻對拉螺桿的前提下，利用單側(cè)模板桁架實現(xiàn)了對側(cè)墻混凝土澆筑的支撐加固，保證了隧道EVA防水板的質(zhì)量，確保隧道全封閉防水方案的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：下穿隧道；單側(cè)模板桁架；EVA防水板；設(shè)計及施工技術(shù)

1、前言

1.1、工程概況

杏錦路下穿隧道為部分互通立交，杏錦路主車道下穿三南路，輔道與三南路平面交叉。下穿隧道全長386m，其中南側(cè)U型槽長160m，分為8節(jié)段，北側(cè)U型槽長140m，分為7節(jié)段，暗埋段隧道86m，28m+30m+28m布置。

1.2、設(shè)計背景

隧道縱坡為V字坡，堵水技術(shù)是關(guān)鍵，隧道采用EVA防水板全封閉防排水方案。常規(guī)的隧道側(cè)墻模板加固方法是在基坑圍護樁上植筋，將拉桿與植入的鋼筋焊接，與模板背楞鎖定加固。該施工方法，會導(dǎo)致防水板上形成大量的孔洞，破壞防水效果。

為達到隧道的防水要求，本隧道側(cè)墻模板加固，采用了單邊桁架模板的整體頂撐方案，不用穿墻拉桿，而是利用桁架剛度大的特點，形成對模板的單邊頂撐加固。

2、構(gòu)造設(shè)計

2.1、隧道U型槽構(gòu)造

U型槽結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)埋置深度采用不同參數(shù)，結(jié)構(gòu)側(cè)墻厚度為60～80cm，結(jié)構(gòu)底板厚度為60～100cm，側(cè)墻高度為232.8～759.6cm。

U型槽橫斷面布置圖如圖1所示：

2.2單邊桁架構(gòu)造設(shè)計

根據(jù)U型槽不同高度，桁架設(shè)置成5.27m標準節(jié)及2.30m的加高節(jié)，通過高強螺栓連接實現(xiàn)加高。單片桁架采用雙拼[16為主背楞，雙拼[14作為橫梁及背斜撐，單支[14作為支撐連接系，通過焊接形成成榀三角桁架。如圖2所示。

單節(jié)段20m側(cè)墻布置21榀桁架，通過φ48.3鋼管連接形成整體。在U型槽底板的直角處，用連接套筒，將桁架模板與預(yù)埋的JL32地錨連接鎖定，做為桁架底端的固定點。地錨拉力分解為水平力F1和垂直方向的力F2，平衡澆筑混凝土的側(cè)壓力和模板的上浮。如圖3所示。

3.受力驗算

3.1、側(cè)墻新澆混凝土最大側(cè)壓力計算

3.1.1、公式計算

（1）

（2）

取二者最小值為36.432 ；

考慮振搗混凝土時對側(cè)面模板的水平壓力，按4 考慮 [2]；

因此，模板承受新澆混凝土最大側(cè)壓力為36.432×1.2+4×1.4=49.318。

3.1.2、泵送沖擊力計算

泵送混凝土對水平模板的最大沖擊力 （KN）一般按下式計算：

（4）

將 代入公式（4），得：

（5）

計算結(jié)果 ，當澆灌速度較小時（<40m?/h），泵送的沖擊力很小，可不考慮。

綜上，模板承受新澆混凝土最大側(cè)壓力為 =49.318KPa（4.93t/㎡）。

3.1.3、有效壓頭計算

混凝土的有效壓頭，由式（3）計算可知：

3.2、模板及支架驗算

3.2.1、墻體模板

（1）面板驗算

將面板視為兩邊支撐在木梁上的多跨連續(xù)梁計算，面板長2440mm，寬度b=1220mm，按1米寬板帶計算，面板為1.2mm膠合板，木梁間距為 =200mm。

竹膠板參數(shù)（松木模板）： ；

。

強度驗算：

面板最大彎矩： ；

面板的截面系數(shù)： ；

應(yīng)力： ，滿足要求。

剛度驗算：

剛度驗算采用標準荷載，同時不考慮振動荷載的作用，則

。

面板截面慣性矩： ；

面板撓度驗算：

，滿足要求。

（2）木梁驗算

10×10方木作為豎肋支承在橫向背楞上，可作為支承在橫向背楞上的連續(xù)梁計算，其跨距等于橫向背楞的間距最大為

木工字梁上的荷載為：

-混凝土的側(cè)壓力； -木梁之間的水平距離。

強度驗算：

最大彎矩

10×10木梁截面系數(shù)：

應(yīng)力 ，滿足要求。

剛度驗算：

木梁懸臂部分 =400mm，懸臂撓度驗算：

木梁截面慣性矩 ；

木梁懸臂撓度

撓度驗算：

木梁跨距 ；

-懸臂部分長度與跨中部分長度之比： ；

滿足要求。

（3）背楞驗算

雙[12槽鋼為模板橫肋，三角桁架作用其上，由三角桁架支撐受力，橫向背楞也按連續(xù)梁計算，其跨距為1000mm。將作用在槽鋼背楞上的集中荷載化為均布荷載，取其承受最大荷載的情況：

強度驗算：

最大彎矩

雙12#槽鋼截面模數(shù)：

應(yīng)力 ，滿足要求。

其中：

—Q235鋼材抗彎強度設(shè)計值，取215 ；L—2[14槽鋼的慣性矩，i= ；E—鋼材彈性模量，取 ；

剛度驗算：

背楞懸臂部分 =400mm，懸臂撓度驗算：

背楞截面慣性矩 ；

懸臂撓度驗算：

滿足要求。

跨中撓度驗算：

背楞跨距 ， -懸臂部分長度與跨中部分長度之比：

滿足要求。

3.2.2、支架受力計算

支架按間距1000mm布置。本工程下穿通道U型槽高度隨里程變化，因此支架受力驗算取代表性的最高節(jié)U槽A8板進行計算。

桁架縱向間距1000mm布置，錨固螺栓（JL32）縱向間距為500mm，錨固深度為600mm，地腳螺栓端部采用“螺母+錨墊板”作為錨板錨固。如圖4所示。

（1）支反力R計算

分析支架受力情況：取O點的力矩為0，則有：

（2）合力 計算，如圖5所示。

單根螺栓受力 。

（3）埋件強度驗算

埋件采用JL32精扎螺紋鋼作為預(yù)埋件，公稱面積 為804.2 ，軸心抗拉強度標準值 為785 。

，滿足要求。

（4）埋件錨固強度驗算

本工程支架采用JL32精扎螺紋鋼作為錨栓，錨固深度為 =600mm。地腳螺栓端部采用“螺母+錨墊板”作為錨板錨固。錨固強度按照下列公式計算[3]：

①帶錨板地腳螺栓的錨固力F按沖切強度計算：

-錨板周長， mm； -地腳螺栓在混凝土基礎(chǔ)內(nèi)的錨固深度，取值600mm； -C40混凝土容許剪切強度，取值1.35 N/ 。

②按局部抗壓強度計算：

-錨板邊長，取值130mm； -螺栓直徑，取值32mm；

-C40混凝土局部擠壓強度設(shè)計值，為0.95fc，取值38 N/ 。

③按錐體破壞，取安全系數(shù)K=2，計算：

-錨板邊長，取值130mm； -混凝土抗壓強度設(shè)計值，取值40 N/ ； -錨固深度，取值600mm。

取三者最小值，為421.2KN>196.7KN，滿足要求。

4.施工工藝

4.1、工藝流程

4.2、施工工序

（1）、在U型槽底板墻角處，45°整齊地預(yù)埋好JL32精軋螺紋鋼，采用背楞鎖定成直線，確保后期安裝鎖口整齊。

（2）、按照U型槽高度，采用組合鋼木結(jié)合模板，配置側(cè)模板，并加工成型。

（3）、背楞為兩根[12槽鋼焊接組成，背楞作用是將支架的力平均分配，作用于整個模板。用勾頭螺栓把背楞安裝在模板背面。

（4）、分組吊裝桁架就位，采用Φ48鋼管將桁架，連接成整體。用桁架尾部調(diào)節(jié)絲桿，調(diào)整模板垂直度。

（5）、根據(jù)地面上的墻體位置線，調(diào)整支架位置，使模板底部位置到位，與底板結(jié)合緊密，套筒鎖定JL32地錨，形成桁架穩(wěn)定加固。桁架頂部的懸臂端與圍護樁形成對拉固定。

測量復(fù)測線型，檢測平整度以及線形，澆筑側(cè)墻混凝土。

5、結(jié)論

單側(cè)桁架模板支撐體系，它解決了單側(cè)配設(shè)模板而不使用穿墻螺栓控制模板側(cè)壓力的支撐難題，可在軌道交通等明挖隧道框架結(jié)構(gòu)等工程施工中得到應(yīng)用及推廣[4]。

參考文獻

[1] 廈門中平公路勘察設(shè)計院有限公司. 杏錦路提升改造工程施工圖設(shè)計，第三冊；

[2] 周水興，何兆益等. 路橋施工計算手冊. 北京：人民交通出版社，2001.5；

[3] 江正榮. 建筑施工計算手冊. -2版. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007；

[4] 劉少雨. 單側(cè)墻可移動式三角桁架模板的施工與應(yīng)用. 濟南：中鐵十四局集團有限公司，250014。

（作者單位：中交三航局廈門分公司）