地鐵車站主體襯砌模板臺(tái)車應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

黃 興， 王新強(qiáng)， 霍永鵬， 雷元亮， 徐 策

(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院, 四川成都 610000; 2. 中國鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司, 四川成都 610000)

模板臺(tái)車最初的研制始于20世紀(jì)50年代，20世紀(jì)80年代以來在美國、英國、日本等國開始廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、地鐵隧道和水工隧洞中[1]。我國的模板臺(tái)車的引進(jìn)始于1978年，并在京廣線大瑤山隧道中開展了初步應(yīng)用[2]。模板臺(tái)車具有施工便捷、施工工期短、施工質(zhì)量高、施工環(huán)境友好和便于維護(hù)保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因而在我國山嶺隧道中廣泛使用。

然而，目前地鐵車站主體襯砌主要的施工方法仍為傳統(tǒng)的支架模板法和鋼模板加三角支撐法，車站襯砌模板臺(tái)車應(yīng)用相對(duì)較少，仍處于推廣階段。有鑒于此，本文擬詳細(xì)闡述和對(duì)比目前車站主體襯砌的主要施工方法，介紹車站襯砌模板臺(tái)車的主要組成，總結(jié)目前車站襯砌模板臺(tái)車的研究現(xiàn)狀和未來發(fā)展的方向。

1 車站主體襯砌的主要施工方法

目前，車站主體襯砌的施工方法包括：支架模板法、鋼模板加三角支撐法和模板臺(tái)車法[3]。

傳統(tǒng)的車站主體結(jié)構(gòu)施工，常采用滿堂支架與木模板結(jié)合的施工方法，如圖1和圖2所示。該方法主要采用滿堂鋼管支架搭設(shè)支撐體系，用方木作為模板的龍骨，外部采用膠合板或竹膠板作混凝土面板組成模板支架體系。該工藝需要在基坑內(nèi)搭建與基坑同寬的鋼管支架，然后再逐塊拼裝木模板。目前大部分地鐵車站主體襯砌施工仍采用此方法，因其具有如下優(yōu)點(diǎn)：不需要大型的吊裝設(shè)備；周轉(zhuǎn)次數(shù)多、周轉(zhuǎn)時(shí)間短，使用輔助設(shè)備少；可釆用人海戰(zhàn)術(shù)施工來搶工期。

圖1 地鐵車站側(cè)墻支架模板法施工示意

圖2 地鐵車站中板和頂板支架模板法施工效果

支架模板法雖然機(jī)動(dòng)靈活，但其應(yīng)用的局限性也是顯而易見的：鋼管支架搭接工程量大，搭接速度慢，木模板安裝時(shí)，操作空間狹窄，作業(yè)環(huán)境差，模板拼裝速度慢；模板、鋼管支架搭接質(zhì)量難以保證，可靠性差，混凝土澆筑時(shí)，易導(dǎo)致側(cè)墻變形或混凝土漏漿；木模板拼裝次數(shù)多，混凝土表面平整度差，易存在接縫錯(cuò)臺(tái)；對(duì)工人技術(shù)要求較高，效率低，人工成本高。

鋼模板加三角支撐是采用整體鋼模做面板，用萬能桿件或三角鋼支撐作為支撐體系組合施工，主要用于側(cè)墻襯砌施工(圖3)。鋼模板加三角支撐法具有如下優(yōu)點(diǎn)：安全性較滿堂腳手架支撐體系大大增加，施工時(shí)因側(cè)向不受力，極大提高了架體的水平穩(wěn)定性，減少了架體水平桿的搭設(shè)密度；保證混凝土外觀質(zhì)量，表面平整、光滑、無錯(cuò)臺(tái)；側(cè)墻施工時(shí)間縮短，施工縫處理較為徹底，結(jié)構(gòu)滲漏水減少；由于墻板分次澆筑，中板及頂板采用碗扣式腳手架作為支撐體系，方便快捷，加快了工程進(jìn)度。

圖3 車站側(cè)墻襯砌鋼模板加三角支撐施工

但鋼模板加三角支撐法仍有諸多不足：單側(cè)墻體模板支架全部是大模板體系，單靠人工無法安裝，支模時(shí)模板及支架必須占用垂直運(yùn)輸設(shè)備；側(cè)墻與板分開澆筑，每層増加了一道水平施工縫，給防水工作帶來麻煩。

模板臺(tái)車施工法是使支架體系形成整體，加入行走裝置，與鋼模板通過可調(diào)液壓油缸相連，提高自動(dòng)化能力的一種襯砌施工方法(圖4)。施工過程中不需要頻繁使用大型起吊設(shè)備，模板定位容易，提高了混凝土面板的平整度，且能重復(fù)多次使用，澆筑的側(cè)墻混凝土能及時(shí)養(yǎng)護(hù)，混凝土質(zhì)量得到了保證。減少了頂板支架體系設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的混凝土側(cè)向壓力，從而減少鋼管的投入和人力。該方法特別適用于長條形地下工程。模板臺(tái)車主要有以下優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約大量勞動(dòng)力，大幅提高施工效率，降低工程成本；澆筑完成的結(jié)構(gòu)邊墻外觀質(zhì)量好，養(yǎng)護(hù)及時(shí)且效果好，降低了收縮裂縫的產(chǎn)生率，平整度髙，無蜂窩麻面、氣泡及孔洞等現(xiàn)象；操作快捷，便于維修及保養(yǎng)；施工環(huán)境良好。

圖4 車站側(cè)墻襯砌模板臺(tái)車效果

2 車站襯砌模板臺(tái)車的基本組成

車站襯砌臺(tái)車型式多樣，但其結(jié)構(gòu)基本相似，主要由幾大部分組成：模板系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、門架系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和附屬機(jī)構(gòu)(圖5)。

圖5 模板臺(tái)車的基本組成

2.1 模板系統(tǒng)

臺(tái)車的模板系統(tǒng)主要由面板、邊裙和加強(qiáng)筋三部分組成，模板之間常用螺栓連接，利于模板的安裝、拆卸和調(diào)整。頂模板下托架主要承受模板的自重和澆注時(shí)上部混凝土的重量，它上承模板，下部通過支撐千斤頂和液壓油缸將力傳導(dǎo)于門架體。邊模板以槽鋼對(duì)焊的邊模板通梁和側(cè)模板絲杠來與門架相連接，從而確保邊模板的整體剛度。

2.2 支撐系統(tǒng)

支撐系統(tǒng)主要用于承受灌注混凝土?xí)r產(chǎn)生的壓力同時(shí)可起到調(diào)節(jié)模板的位置和起支撐模板的作用，安裝于門架和模板之間的側(cè)向螺旋絲桿。它能夠確保在襯砌時(shí)模板的整體剛度。托架支承千斤保證托架的可靠和穩(wěn)定,改善灌注混凝土?xí)r托梁縱梁的受力條件。門架的支承千斤在在門架縱梁的下面，襯砌臺(tái)車在工作的時(shí)后，它就頂在軌道面上，承受混凝土和整個(gè)臺(tái)車的重量，用以改善門架縱梁的受力條件。

2.3 門架系統(tǒng)

臺(tái)車車架主要包括車架縱梁、橫梁、立柱、斜撐、立柱側(cè)部斜拉連桿、立柱頂部縱拉連桿及行走部分。在滿足強(qiáng)度、剛度要求的情況下，車架常采用型鋼設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)合理，加工簡便迅速。各部件的連接均采用螺栓結(jié)點(diǎn)板連接，容易拆裝，運(yùn)輸方便。

2.4 行走系統(tǒng)

行走機(jī)構(gòu)是安裝在襯砌臺(tái)車門架的底縱梁下部，采取電機(jī)減速器得直連驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，確保臺(tái)車整個(gè)軌跡行走的平穩(wěn)和可靠。

2.5 液壓系統(tǒng)

泵站和液壓缸構(gòu)成了臺(tái)車的液壓系統(tǒng)。液壓缸分為平移缸、升缸和側(cè)模缸，鋼模板臺(tái)車的立模、定位和收模通過所有油缸的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)。液壓泵站可設(shè)計(jì)為立式密閉結(jié)構(gòu)，液壓泵設(shè)置在油箱中，多路換向閥置于油箱上方，便于操作，外觀整潔。

2.6 附屬機(jī)構(gòu)

附屬機(jī)構(gòu)主要包括工作平臺(tái)和梯子等。工作平臺(tái)是放置施工機(jī)具和工人開展相關(guān)操作的地方。梯子連接地面和工作平臺(tái)，使操作人員能夠攀爬至工作平臺(tái)。

3 車站襯砌模板臺(tái)車的現(xiàn)狀及展望

車站襯砌模板臺(tái)車具有施工便捷、施工工期短、施工質(zhì)量高、施工環(huán)境友好和便于維護(hù)保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)。車站襯砌模板臺(tái)車目前仍處于初步應(yīng)用和市場推廣階段[4-11]，存在如下不足：墻模板臺(tái)車僅適用于直線段，遇到有轉(zhuǎn)角或弧線設(shè)計(jì)時(shí)不適用；車站襯砌施工質(zhì)量比傳統(tǒng)方法高，但仍不完美；模板臺(tái)車通用性不強(qiáng)，針對(duì)不同地鐵車站工程需配置不同的模板臺(tái)車，一次性購買造成施工成本增加。

針對(duì)以上車站襯砌模板臺(tái)車存在的問題，提出以下發(fā)展方向，供未來模板臺(tái)車的改進(jìn)與發(fā)展作參考。

(1)模板臺(tái)車功能的通用化。突破目前模板臺(tái)車僅適用于地鐵車站標(biāo)準(zhǔn)段施工的局限，使其能夠滿足曲線側(cè)墻、折線側(cè)墻等非標(biāo)準(zhǔn)段的施工。模板臺(tái)車功能的通用化的實(shí)現(xiàn)，能提高其在不同地鐵車站工程中的適應(yīng)性，降低單次使用模板臺(tái)車的費(fèi)用，節(jié)省工程造價(jià)。

(2)混凝土澆筑過程的可視化。改進(jìn)目前模板臺(tái)車的剛模板，采用透明的模板系統(tǒng)，可清晰觀察混凝土澆筑過程，及時(shí)調(diào)整澆筑過程中存在的缺陷，進(jìn)一步提高襯砌質(zhì)量。

(3)模板臺(tái)車施工操作的智能化。安裝相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合計(jì)算機(jī)人工智能系統(tǒng)，對(duì)施工進(jìn)行智能化和無人化操作，減少施工人員對(duì)車站襯砌施工質(zhì)量的影響，提高施工效率和質(zhì)量。