組合式鋼模板在海底隧道工程中的應(yīng)用

喬光 ，王坤 ，張超

（1.中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116083；2.天津市水下隧道建設(shè)與運維技術(shù)企業(yè)重點實驗室，天津 300461）

1 工程概況

大連灣海底隧道建設(shè)工程北岸項目及干塢項目涉及到沉箱、現(xiàn)澆沉管隧道、胸墻等混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)制和現(xiàn)澆。其中，預(yù)制類沉箱30 個，現(xiàn)澆類沉箱 35 個，沉箱尺寸由40 m×22 m×16.5 m 至10 m×5 m×5.2 m 不等，部分沉箱設(shè)有企口等異形結(jié)構(gòu)。北岸現(xiàn)澆沉管隧道430 m，為等寬五孔矩形箱涵結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)橫向?qū)?1.3 m，單段縱向長30 m，結(jié)構(gòu)總高11.4 m，施工斷面尺寸大。預(yù)制胸墻198 塊，L 形，長度及寬度均不超過10 m，尺寸相對較小。如此多形式的混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)制和現(xiàn)澆施工需要大量的模板，為了滿足各種現(xiàn)澆和預(yù)制結(jié)構(gòu)，達(dá)到模板合理的周轉(zhuǎn)使用，特采用了組合式大型鋼模板[1-2]，模板可由小塊組合成大塊、由大塊轉(zhuǎn)換成小塊，提高效率，節(jié)省費用，應(yīng)用于工程中取得了良好的實施效果。

2 組合式鋼模板施工應(yīng)用

2.1 模板制作原則及特點

1）新型組合外模通過緊固螺栓將各標(biāo)準(zhǔn)模板塊及異形模板塊連接成整體，即小片模板組拼為大片模板整體使用。

2）模板加工采用高精度數(shù)控自動化設(shè)備，各模板塊間面板設(shè)為凹凸口連接形式，模板塊間通過M20 螺栓按照200 mm 間距緊固，且拼接接縫每1 m 間距設(shè)置調(diào)平穩(wěn)銷，保證模板拼縫嚴(yán)密及平整度。

4）模板支立完成通過對拉螺栓連接固定，對拉間距控制在900 mm。

2.2 模板塊尺寸設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場需求，設(shè)計模板塊尺寸類型主要有A 型—F 型6 種，其他異形塊模板根據(jù)實際情況而定。標(biāo)準(zhǔn)塊尺寸如下：

1） 高 4.1 m 標(biāo)準(zhǔn)塊 2 種：A 型模板塊：4.1 m×2.7 m；B 型模板塊：4.1 m×0.9 m；

2） 高 1.5 m 標(biāo)準(zhǔn)塊 2 種：C 型模板塊：1.5 m×2.7 m；D 型模板塊：1.5 m×0.9 m；

3） 高 0.5 m 標(biāo)準(zhǔn)塊 2 種：E 型模板塊：0.5 m×2.7 m；F 型模板塊：0.5 m×0.9 m。

模板塊根據(jù)設(shè)計尺寸制作完成，制作完成后的標(biāo)準(zhǔn)模板塊形式見圖1。

圖1 A 型模板塊形式Fig.1 Form of A-type formwork

2.3 模板預(yù)拼裝

組合式鋼模板可適用于沉箱、胸墻，也可應(yīng)用于現(xiàn)澆沉管主體結(jié)構(gòu)中，作為沉管隧道頂板底模使用，剛度大、整體性好，同時可根據(jù)各結(jié)構(gòu)施工分層高度配置不同高度模板[3]。沉箱鋼模板平面拼裝形式如圖2，沉管隧道組合鋼模板見圖3。

圖2 沉箱模板平面組裝Fig.2 Plane assembly of caisson formwork

圖3 沉管隧道組合式模板應(yīng)用Fig.3 Application of combined formwork for immersed tunnel

組合式鋼模板標(biāo)準(zhǔn)片高度為4.1 m，其適用于澆筑高度在4 m 內(nèi)任意平面結(jié)構(gòu)，當(dāng)澆筑高度超過4 m 時，需組拼加高鋼模板。以沉箱模板為例，現(xiàn)場組拼方法如下：

1）4.1 m 高標(biāo)準(zhǔn)片模板組裝

模板組裝前，選擇平整的場地，滿足大片模板組裝需求。采用30 號工字鋼制作模板組裝鋼平臺，鋼平臺表面測量找平并加固牢靠。

第一步將4.1 m 高標(biāo)準(zhǔn)模板塊平放在組裝鋼平臺上，逐片對接嚴(yán)密，模板板面向下、背面朝上。

第二步連接模板拼縫處M20 螺栓及穩(wěn)銷。每道拼縫螺栓分2 次緊固完成，首先緊固單號螺栓，然后緊固雙號螺栓，最后穿入穩(wěn)銷并緊固，模板拼縫處連接實景見圖4。然后模板背部安裝20 號工字鋼背肋，同時安裝模板上下兩端的對拉兼吊裝用支座[4]，支座與雙拼32 號槽鋼連接固定，最后安裝模板走臺。

圖4 模板拼縫連接Fig.4 Formwork joint connection

2）加高型模板組裝

當(dāng)模板需用高度超過4 m 時，將A 型—F 型模板塊組合加高，即在4.1 m 高模板上部增加其他模板塊模板，組合高度5.6 m 模板步驟為：第一步首先組裝高度4.1 m 標(biāo)準(zhǔn)模板塊成型；第二步在已組裝成型的模板上部，組裝高度1.5 m 標(biāo)準(zhǔn)模板塊。連接模板橫向及縱向拼縫處M20 螺栓及穩(wěn)銷，找正模板整體平整度；第三步安裝加固背肋、頂部拉座及模板走臺等。模板走臺安裝在下部4.1 m 標(biāo)準(zhǔn)模板塊上，模板整體拼裝圖見圖5。

圖5 模板整體拼裝圖Fig.5 Overall assembly of formwork

2.4 模板安裝及拆除使用

模板預(yù)拼裝好后，即可進(jìn)行模板的支立安裝。

2.4.1 模板支立安裝

沉箱采取分層澆筑的方式，分層高度控制不超過4 m。以沉箱模板施工為例，施工操作步驟如下：

1）當(dāng)沉箱底段一次澆筑高度為4 m 時，沉箱芯模與外模之間頂口采用對拉桿固定，而芯模下部支頂在底盤上，外模下部與施工平臺的預(yù)埋件間固定[5]。沉箱底段芯模與外模連接形式見圖6。

圖6 沉箱底段芯模與外模連接形式Fig.6 Connection between core formwork and external formwork of caisson bottom section

2）當(dāng)沉箱接高段一次澆筑高度為4 m 時，沉箱芯模與外模之間頂口采用對拉桿固定，而芯模下部支頂在沉箱內(nèi)部工作平臺上，外模下部與沉箱已澆筑墻體內(nèi)預(yù)留圓臺螺母固定。沉箱接高段芯模與外模連接形式見圖7，沉箱接高段外模支立實景見圖8。

圖7 沉箱接高段芯模與外模連接形式圖Fig.7 Connection between core formwork and external formwork of caisson elevated section

圖8 沉箱接高段外模支立Fig.8 External formwork erection of caisson elevated section

施工步驟如下：

①將施工臺座清理干凈，綁扎沉箱底段鋼筋。

②整體吊安沉箱芯模，按放線位置首先支立單號底盤及單號芯模，鋼筋綁扎完成后支立雙號底盤及雙號芯模。

③固定沉箱芯模，將芯模底部與底盤固定，連接好芯模之間的頂部對拉螺栓。

④采用模板吊架，整體吊裝第一片底段外模到位，將外模底部用絲頂子與平臺預(yù)埋件支頂固定，同時連接好芯模及外模頂部對拉螺栓。

⑤順時針安裝第二片外模，吊放模板于第一片旁就位并找正垂度，將第一、二片轉(zhuǎn)角螺栓連接好[6-8]，同樣方法支立余下的外模。

2.4.2 模板接高或接長施工

1）同等寬度標(biāo)準(zhǔn)模板塊可任意接高，標(biāo)準(zhǔn)模板塊高度模數(shù)共分為4.1 m，1.5 m，0.5 m 三種，模板可組拼高度由0.5～6.1 m 不等。如現(xiàn)場組拼5.6 m 高模板，即用A 型模板塊與C 型模板塊拼接，模板組拼成型后整體對拉固定。

2）同等高度標(biāo)準(zhǔn)模板塊可任意接長，標(biāo)準(zhǔn)模板塊寬度模數(shù)共分為2.7 m，0.9 m 兩種，模板可組拼長度為0.9 m 的倍數(shù)；當(dāng)長度不滿足0.9 m 倍數(shù)要求時，拼接使用異形模板塊。模板拼接形式同上。

3） 接高段模板支立采取吊裝提升式方法施工，其他施工方法同底段。

2.4.3 模板拆除施工

統(tǒng)一采用起重機(jī)配合模板拆除，模板拆除按照模板支立逆順序施工。模板拆除后，打磨除銹后刷油保養(yǎng)，重復(fù)使用。

3 結(jié)語

組合式大型鋼模板已在大連灣海底隧道工程中正式應(yīng)用，在沉箱、胸墻及沉管結(jié)構(gòu)中施工效果良好。經(jīng)實際工程驗證，此模板形式較常規(guī)鋼模板大幅提高周轉(zhuǎn)次數(shù)，大大減少成本投入。標(biāo)準(zhǔn)片可自由組合拼裝使用，模板頂部及底部僅通過對拉桿完成固定，安裝及拆除施工簡便，效率高。同時，組合片間均由螺栓連接，無需焊接，改制模板效率可提高1 倍，大大節(jié)省人工及材料費，且施工安全性好。組合式鋼模板適用于各種平面混凝土結(jié)構(gòu)，尤其是高大墻體結(jié)構(gòu)，通用性較高，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。