高支模施工技術(shù)在城際鐵路隧道工程中的應(yīng)用研究

吳太升 陳思帆

摘要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快促進(jìn)了城際鐵路的發(fā)展，隧道工程是城際鐵路工程的關(guān)鍵構(gòu)成部分。在鐵路隧道工程中應(yīng)用傳統(tǒng)的施工技術(shù)會(huì)影響到施工效果，而應(yīng)用高支模施工技術(shù)可以保障施工安全性，提高施工質(zhì)量。應(yīng)用高支模施工技術(shù)時(shí)需要做好盾構(gòu)井設(shè)計(jì)與明挖隧道設(shè)計(jì)工作，提升工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：高支模施工技術(shù);城際鐵路;鐵路隧道

前言：

我國(guó)技術(shù)水平不斷提升，建筑工程中的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)出來(lái)。高支模施工技術(shù)就是新型施工技術(shù)，被廣泛應(yīng)用在房屋建筑、橋梁建筑等工程施工中。但是，高支模施工的安全系數(shù)較低，需提高技術(shù)水平、做好安全防控工作。

1.高支模施工技術(shù)與鐵路隧道工程概述

1.1高支模施工技術(shù)

高支模指的是高度大、跨度大或承載力大的支撐性模板體系，例如混凝土構(gòu)建模板支撐高度大于8m或跨度大于18m或施工總載荷大于15kN/m2的模板支撐體系【1】。應(yīng)用高支模施工技術(shù)可以提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少材料的消耗，所以備受施工單位的青睞。但是，高支模施工較為復(fù)雜，很容易造成安全問(wèn)題，例如會(huì)出現(xiàn)由模架體系倒塌造成的人員傷亡。而這是由多種因素造成的，例如施工單位管理力度小、施工人員技術(shù)水平低、安全技術(shù)交底流于形式、政府監(jiān)管不到位等、未按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作等。這就要求施工單位增強(qiáng)安全意識(shí)，科學(xué)開(kāi)展高支模施工工作，保障施工安全性。

1.2鐵路隧道工程

鐵路隧道指的是修建在地下或水下并鋪設(shè)鐵路供機(jī)車車輛同行的建筑物。根據(jù)鐵路隧道的所在位置可以將其分為山嶺隧道、水下隧道以及城市隧道等類型，需嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行施工。

2.城際鐵路隧道工程概況

高支模施工技術(shù)在城際鐵路隧道工程中發(fā)揮著重要作用，因此本文將以新鄭機(jī)場(chǎng)至鄭州南站城際鐵路隧道工程為例分析高支模施工技術(shù)在鐵路隧道工程中的應(yīng)用。新鄭機(jī)場(chǎng)至鄭州南站城際鐵路隧道工程是連接新鄭機(jī)場(chǎng)與鄭州南站這兩大交通樞紐的關(guān)鍵，在建設(shè)過(guò)程中中鐵十六局一直堅(jiān)持“責(zé)任重于能力，意志創(chuàng)造奇跡”的企業(yè)核心精神，科學(xué)開(kāi)展管理工作、精心開(kāi)展組織工作，不斷提高施工質(zhì)量【2】。在鐵路隧道工程中，施工單位應(yīng)用了高支模施工技術(shù)。例如，某一區(qū)間線路的全長(zhǎng)是7.397km，其中明挖隧道工程應(yīng)用了高支模施工技術(shù)。

3.城際鐵路隧道工程中模板與支撐體系的設(shè)計(jì)

3.1盾構(gòu)井設(shè)計(jì)

3.1.1優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)形式

隧道工程盾構(gòu)井的主體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了鋼筋混凝土井壁與環(huán)框梁的結(jié)合，其中包括始發(fā)井與接收井。始發(fā)井的高度是29.3m、外輪廓尺寸是19*21.3m，而接收井的高度是25m、外輪廓尺寸是18*21.3m。盾構(gòu)井的井壁厚度是0.8m-1m，而底板厚度是1.4m。

3.1.2優(yōu)化模板支架設(shè)計(jì)

在進(jìn)行模板搭設(shè)之前，施工人員需要掌握具體的搭設(shè)流程。首先，需要做好立桿定位放線工作，并將墊板鋪設(shè)好。其次，需要按照要求放置立桿、掃地桿、縱向與橫向水平桿。此外，需要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置剪刀撐、方木與模板，并進(jìn)行驗(yàn)收。明確模板搭設(shè)流程之后，施工人員應(yīng)科學(xué)選擇盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)模板。盾構(gòu)井主要采用單側(cè)支模，支架的形式是四周對(duì)稱。在施工過(guò)程中，所有的柱、井壁、梁、板等結(jié)構(gòu)都應(yīng)用厚度為15mm的竹膠板，并將模板的尺寸控制在1220mm*2440mm。結(jié)構(gòu)當(dāng)中的主龍骨采用的是方木，尺寸是100*120mm，方木之間的間距是600mm，而次龍骨采用的方木尺寸是80*80mm，方木之間的間距是250mm【3】。支架采用的是碗扣式腳手架，需要按照要求設(shè)置支架的厚度。此外，需要計(jì)算模板的各種參數(shù)。需要計(jì)算的參數(shù)有支架的側(cè)壓力、模板的承載力、穩(wěn)定性與撓度。

①支架側(cè)壓力。從實(shí)際情況來(lái)看，混凝土的澆筑高度越高，其作用在模板上的側(cè)壓力就越大，當(dāng)澆筑高度達(dá)到某一臨界值時(shí)，其作用在模板上的側(cè)壓力不會(huì)再增加，而此時(shí)的側(cè)壓力就是最大的。可以根據(jù)這一公式進(jìn)行計(jì)算：F=0.22yct0β1β2（1）

F=ycH??????????? （2）

這兩個(gè)公式當(dāng)中的F指的是混凝土作用在模板上的最大側(cè)壓力，單位是kN/m2;yc指的是混凝土的重力密度，單位是kN/m3;t0指的是混凝土的初凝時(shí)間，單位是h;β1指的是混凝土中外加劑的影響修正系數(shù);β2指的是混凝土的坍落度影響系數(shù);V指的是混凝土的澆速度，假設(shè)為2m/h;H指的是混凝土澆筑的高度，單位是m，假設(shè)為11.124m。

因此，根據(jù)公式（1）可以計(jì)算出混凝土作用在模板上的最大側(cè)壓力是51.07kN/m2，根據(jù)公式（2）可以計(jì)算出混凝土作用在模板上的最大側(cè)壓力是278.1kN/m2。一般情況下，需要將計(jì)算出的較小值當(dāng)作模板側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值。明確模板側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值之后，需要綜合分析混凝土的水平荷載，即2kN/m2，假設(shè)荷載的分項(xiàng)系數(shù)是1.2與1.4，因此模板的總荷載設(shè)計(jì)值是q=51.07*1.2+2*1.4=64.08kN/m2【4】。

②模板的承載力計(jì)算。由于模板采用的是厚度為15mm的竹膠板，所以將跨距設(shè)為l=250mm，那么模板上的線荷載是：

q=Fl=64.08N/mm

M=0.107ql2=4.29*105N·mm

W=bh2/6=3.75*104mm3

O=M/W=11.44N/mm2

模板上的線荷載小于13N/mm2，因此，模板的強(qiáng)度符合要求。

③模板的穩(wěn)定性計(jì)算。需要根據(jù)模板當(dāng)中主龍骨與次龍骨的跨距以及支架的水平與垂直間距進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)，支撐桿的有效面積用A表示，設(shè)為489mm2。而N=23.07，kN=23070N。

鋼管的回轉(zhuǎn)半徑用i表示，且i=d/4=15.78mm。

鋼管的計(jì)算長(zhǎng)度用l0表示，l0=900mm。

鋼管的細(xì)長(zhǎng)比用 λ表示， λ=l/i=76.05。

而穩(wěn)定系數(shù)是φ ，φ =0.714。

所以，o=N/φ A0=66.08N/mm2。

66.08N/mm2<205N/mm2，因此模板的穩(wěn)定性符合要求。

④模板的撓度計(jì)算。在計(jì)算模板的撓度時(shí)需要利用標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷，且不考慮振動(dòng)荷載的影響。模板的截面慣性距是：

I=bh3/12=2.81*105mm4

荷載組合的標(biāo)準(zhǔn)值是：??????? F=51.07kN/m2

模板上的線荷載是：????????? q=Fl=51.07N/mm

W=0.64ql4/100EI=0.79

模板的撓度也符合需求。

3.2明挖隧道設(shè)計(jì)

在明挖隧道工程中，施工人員需要做好底板施工、仰拱填充等方面的工作。在底板施工中，不需要設(shè)置模板，需要利用快易收口網(wǎng)進(jìn)行分塊澆筑。在仰拱填充中，需要等到仰拱混凝土的強(qiáng)度達(dá)到要求后，在混凝土上進(jìn)行立模施工，填充一些混凝土。在填充混凝土之前，施工人員需要全面清理仰拱的表面，之后再進(jìn)行混凝土澆筑。

結(jié)語(yǔ)：

從穩(wěn)定性、強(qiáng)度以及撓度等角度來(lái)看，高支模施工技術(shù)都符合鐵路隧道工程施工的要求。因此，鐵路隧道工程施工單位應(yīng)高度重視高支模施工技術(shù)，科學(xué)開(kāi)展盾構(gòu)井設(shè)計(jì)與明挖隧道設(shè)計(jì)工作，加強(qiáng)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，增強(qiáng)施工的安全性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬剛.高支模施工技術(shù)在鐵路土建工程中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2020（09）：195-197.

[2]易璐.試論高支模施工技術(shù)在廠房施工中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2021（24）：159-161+164.

[3]楊可.排澇站主廠房梁板工程高支模施工技術(shù)分析[J].黑龍江水利科技，2021，49（11）：199-202.

[4]葉永豐.基于自研計(jì)算軟件的地鐵車輛段大跨度高支模施工研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2021（11）：181-185.

作者介紹：

吳太升（1993.8.27），性別：男;籍貫：成都;民族：漢;學(xué)歷：本科、學(xué)士;職稱：助理工程師;研究方向：地下工程，水工環(huán);

陳思帆（1994.7.16），性別：男;籍貫：成都;民族：漢;學(xué)歷：本科、學(xué)士;職稱：助理工程師;研究方向：材料科學(xué)、水工環(huán);