超深地下結(jié)構(gòu)側(cè)墻模架體系設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

龔青峰 吳小建 鄭劉衛(wèi) 王 瓊

1. 昆山市航道管理處 江蘇 昆山 215300；2. 上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114；3. 上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002；4. 上海建工集團(tuán)股份有限公司總承包部 上海 200080

1 工程概況

上海市北橫通道中山公園工作井位于中山公園內(nèi)，長(zhǎng)約75 m，寬25.0～37.5 m，開(kāi)挖深度31 m，面積約2 000 m2，為北橫通道主線(xiàn)中間過(guò)站井，同時(shí)也是國(guó)內(nèi)首個(gè)大直徑盾構(gòu)過(guò)站井。因工作井滿(mǎn)足特大直徑盾構(gòu)（φ15.56 m）過(guò)站井需要，在盾構(gòu)過(guò)站前，需形成底板、側(cè)墻、B1板及頂板大空間受力體系（圖1）。

根據(jù)施工要求，內(nèi)襯墻施工不得采用對(duì)拉螺栓，以減少結(jié)構(gòu)滲漏，從而保證施工質(zhì)量；同時(shí)，因第3～第5道圍檁作為永久結(jié)構(gòu)的一部分，圍檁施工期間預(yù)留大量?jī)?nèi)襯墻插筋，導(dǎo)致對(duì)拉螺栓焊接困難，極大地影響了施工進(jìn)度。因此，工作井襯墻模板采用單側(cè)模板支架體系。

圖1 中山公園工作井結(jié)構(gòu)概況

2 側(cè)墻組合式模架體系設(shè)計(jì)

2.1 側(cè)墻組合式模架體系設(shè)計(jì)依據(jù)

1）為適應(yīng)不同樓層的側(cè)墻高度，將整體側(cè)模架分成上、下2個(gè)部分，上部模架高1.5 m，下部模架高3.0 m。

2）當(dāng)澆筑地下4層與地下2層側(cè)墻時(shí)，采用上模架。

3）當(dāng)澆筑地下3層時(shí)，采用下模架。

4）當(dāng)澆筑地下5層與地下1層時(shí)，將上、下模架合并為整體側(cè)模（圖2）。

圖2 中山公園工作井結(jié)構(gòu)施工概況

2.2 側(cè)墻模架體系結(jié)構(gòu)

1）上半節(jié)高1.52 m，寬0.416～1.375 m（中心距）；下半節(jié)高3.104 m，寬1.375（中心距）～ 3.720 m。

2）模架外框采用雙榀10#槽鋼，內(nèi)側(cè)桁架采用雙榀5#槽鋼。

3）外框斜桿槽鋼為口對(duì)口拼接，其他槽鋼背靠背。

4）外框靠模板側(cè)間距550～600 mm設(shè)置長(zhǎng)600 mm的φ48 mm鋼管，與模板采用拉桿螺栓連接。

5）外框斜桿間距600 mm設(shè)置長(zhǎng)180 mm的φ48 mm鋼管，便于模架連成整體和設(shè)置剪刀撐。

6）模架上下連接和與后靠型鋼連接采用M20-65法蘭螺栓連接，法蘭板尺寸300 mm×270 mm。

7）單片上模架質(zhì)量約165 kg，下模架質(zhì)量約480 kg，整體總質(zhì)量645 kg。

3 側(cè)墻模架施工穩(wěn)定性驗(yàn)算

采用有限元軟件驗(yàn)算高3.0m模架體系和高4.5m模架體系與模板組成的體系穩(wěn)定性。

3.1 高3.0m模板體系

高3.0m模架與模板體系（圖3）桁架間距850 mm；面板采用厚15 mm木模，橫向次楞采用截面100 mm×50 mm木方，每間隔250 mm設(shè)置1道，主楞采用截面雙榀φ48 mm×3 mm鋼管，豎向布置；面板與支撐間的連系采用φ48 mm×3 mm鋼管（帶可調(diào)頂托）；底部型鋼采用HW400 mm×400 mm×12/21 mm型鋼與16#工字鋼，每片桁架支撐處（即每850 mm）加2道勁板；型鋼在支撐兩端植入12根φ20 mm鋼筋，模架前端（上、下）每280 mm采用1根φ20 mm鋼筋與側(cè)墻鋼筋拉結(jié)。

圖3 高3.0m模架與模板體系結(jié)構(gòu)

從該工況有限元分析結(jié)果（圖4）可知：整體側(cè)模架最大變形為2.8 mm，小于模板允許變形12 mm，變形符合要求；整體側(cè)模架應(yīng)力計(jì)算結(jié)果顯示，最大拉應(yīng)力109 MPa（底部雙榀10#槽鋼與側(cè)墻拉結(jié)處）、最大壓應(yīng)力－131 MPa（φ48 mm×3 mm頂托鋼管處），均小于Q235型鋼的抗壓強(qiáng)度215 MPa，應(yīng)力滿(mǎn)足要求。木結(jié)構(gòu)（面板與次楞）應(yīng)力均在5 MPa以下，滿(mǎn)足要求。

圖4 高3.0 m模架有限元分析結(jié)果

3.2 高4.5m模板體系

高4.5 m模架與模板體系（圖5）桁架間距850 mm；面板采用厚15 mm木模，橫向次楞采用截面100 mm×50 mm木方，每間隔250 mm設(shè)置1道，主楞采用截面雙榀φ48 mm×3 mm鋼管，豎向布置；面板與支撐間的連系采用φ48 mm×3 mm鋼管（帶可調(diào)頂托）；底部型鋼采用HW400 mm×400 mm×12/21 mm型鋼，每片桁架支撐處（即每850 mm）加2道勁板；型鋼每850 mm植入8根φ16 mm鋼筋，模架前端（上、下）每280 mm采用1根φ20 mm鋼筋與側(cè)墻鋼筋拉結(jié)。

本工況的有限元分析結(jié)果顯示：整體側(cè)模架最大變形為3.3 mm，小于模板允許變形18.8 mm，符合要求；整體側(cè)模架應(yīng)力中，最大拉應(yīng)力118 MPa（底部植筋雙榀10#槽鋼處）、最大壓應(yīng)力－112 MPa（φ48mm×3mm頂托鋼管處），均小于Q235型鋼的抗壓強(qiáng)度215 MPa，滿(mǎn)足要求。木結(jié)構(gòu)（面板與次楞）應(yīng)力均在5 MPa以下，滿(mǎn)足要求。

4 側(cè)墻模板施工工藝流程

4.1 模板安裝流程

鋼筋綁扎并驗(yàn)收后→彈外墻邊線(xiàn)→合外墻模板→型鋼吊裝到位→安裝單側(cè)支架→安裝埋件系統(tǒng)→調(diào)節(jié)支架垂直度→再緊固檢查一次埋件系統(tǒng)→驗(yàn)收合格后混凝土澆筑

圖5 高4.5 m模架與模板體系結(jié)構(gòu)

4.2 模板安裝

模板安裝好后，采用吊車(chē)將型鋼按位置吊裝就位合墻體模板時(shí)，模板下口與預(yù)先彈好的墻邊線(xiàn)對(duì)齊，然后安裝木方背楞，臨時(shí)用鋼管將墻體模板撐住。側(cè)墻相鄰2塊模板采用直接拼縫連接，確保接縫緊密[1-2]。

4.3 支撐體系安裝

模板安裝到位后，安裝單側(cè)支架，支架安裝完后，安裝埋件系統(tǒng)。調(diào)節(jié)單側(cè)支架后支座，直至模板面板上口向（墻內(nèi)傾約5 mm，因?yàn)閱蝹?cè)支架受力后，模板將略向后傾。最后再緊固并檢查一次埋件受力系統(tǒng)，確?；炷翝仓r(shí)，模板下口不會(huì)漏漿。安裝完畢后，檢查一遍支撐和各種扣件是否緊固，模板拼縫及下口是否嚴(yán)密，模板安裝是不是垂直，最后清掃墻內(nèi)雜物。

4.4 其他技術(shù)要求

1）模板表面必須刷脫模劑，板間拼縫表面要求平整，不得翹曲。

2）墻體模板安裝前，2塊模板之間的縫內(nèi)夾海綿條，并用棉紗蘸脫模劑涂刷板面。

3）單側(cè)模板支撐體系后點(diǎn)墊必須牢固穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)上海市北橫通道中山公園超深地下結(jié)構(gòu)施工的特殊要求制訂了單側(cè)模板支架體系的施工方案，設(shè)計(jì)了組合式側(cè)墻模架體系以適應(yīng)地下結(jié)構(gòu)不同層高的施工需求。通過(guò)有限元分析，表明施工中模架與模板組合體系的2種不利工況下的結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性均滿(mǎn)足施工要求；同時(shí)，配合合理的工藝流程，確保了結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量與安全。