超大直徑公路隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)清水混凝土側(cè)墻移動模架施工工藝

胡 杰（上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200433）

0 引 言

隨著核心城區(qū)內(nèi)現(xiàn)代化立體交通系統(tǒng)的不斷推進(jìn)，盾構(gòu)法隧道因其在施工過程中沉降量控制精確、對既有構(gòu)筑物影響小，在城市隧道建設(shè)中應(yīng)用廣泛。基于施工工期緊、側(cè)墻施工空間狹小等現(xiàn)狀，上海市北橫通道新建工程VII標(biāo)段工程（以下簡稱“VII標(biāo)段工程”）隧道清水混凝土側(cè)墻施工中應(yīng)用了移動模架施工工藝，采用了整體式移動模板臺車。該側(cè)墻模板臺車以主架結(jié)構(gòu)為主要承重結(jié)構(gòu)，結(jié)合模板系統(tǒng)、行走系統(tǒng)及緊固裝置，提高了清水混凝土側(cè)墻的施工效率和施工質(zhì)量，同時節(jié)約了成本，具有較高的工程實(shí)用價值。

1 工程概況

1.1 工程總概況

VII標(biāo)段工程西起上海市靜安區(qū)海寧路晉元路西側(cè)，東至周家嘴路大連路東側(cè)，線路位于海寧路—周家嘴路主干道下方，地面道路全長3.949 km。工程整體包含福建北路工作井（僅含盾構(gòu)出洞加固、圓隧道井接頭）—梧州路工作井—安國路工作井（不含東端頭井盾構(gòu)進(jìn)洞加固、圓隧道井接頭）盾構(gòu)圓隧道段、新建路（西）出入口匝道、新建路（東）出入口匝道、高架道路、地面道路、排水、橋梁等土建工程。其中，福建北路井—梧州路井區(qū)間起止里程SK12＋034～SK13＋572，全長1 538 m，區(qū)間隧道埋深8.0～29.3 m，最大坡度55‰，最小平曲線R＝500 m。梧州路井—安國路井區(qū)間起止里程SK13＋642～SK14＋930，全長1 288 m，區(qū)間隧道埋深9.9～36.5 m，最大坡度59.9‰，最小平曲線R＝500 m。

1.2 隧道工程概況

區(qū)間隧道為單管雙層雙向4車道，采用盾構(gòu)法施工。隧道采用通用型管片，錯縫拼裝，管片外徑為15 m，內(nèi)徑為13.7 m，厚度為0.65 m，環(huán)寬為2 m，楔形量為40/80 mm，管片混凝土強(qiáng)度等級為C60，抗?jié)B等級≥P12。

隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制與現(xiàn)澆相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式。其中，口子件、車道板及管片襯砌為預(yù)制結(jié)構(gòu)，清水混凝土墻、側(cè)墻基座、防撞側(cè)石和牛腿基座等結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆施工結(jié)構(gòu)。隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意，如圖1所示。

圖1 隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

傳統(tǒng)的公路隧道對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的表觀質(zhì)量，如色差等，要求不是很高，通車前一般表面會做裝飾板，減少混凝土結(jié)構(gòu)直接進(jìn)入人們視線的情況。由于VII標(biāo)段工程為市重點(diǎn)工程，外界及建設(shè)單位對工程施工，特別是隧道側(cè)墻的施工，要求極高。本次側(cè)墻采用清水混凝土施工，一次成型，不剔鑿修補(bǔ)，不抹灰，后期直接作為通車時的外觀表現(xiàn)。

1.3 清水混凝土側(cè)墻施工基本信息

側(cè)墻尺寸：標(biāo)準(zhǔn)斷面處側(cè)墻厚度為400 mm，北側(cè)墻高度為3 290 mm，南側(cè)墻高度為2 490 mm。強(qiáng)度等級：清水混凝土C40。施工節(jié)段：30 m。

清水混凝土側(cè)墻施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

表1 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

2 模架體系設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)側(cè)墻施工多采用木模配合對拉螺桿施工，缺點(diǎn)是安裝步驟特別煩瑣，需要在模板上每隔一段距離對稱開孔，若工人施工稍有差錯，側(cè)墻兩側(cè)模板開的孔不平行，螺栓很難穿過兩側(cè)模板；對拉螺桿易與墻體鋼筋產(chǎn)生沖突；后期拆模階段預(yù)埋螺桿套管剔除容易破壞混凝土保護(hù)層，露出內(nèi)部鋼筋；側(cè)墻施工結(jié)束后，還需要人工進(jìn)行螺桿眼的修補(bǔ)工作，影響整個側(cè)墻的美觀性。

傳統(tǒng)的木模施工工藝滿足不了VII標(biāo)段工程的側(cè)墻施工要求，故本次側(cè)墻施工采用鋼模施工。同時，VII標(biāo)段工程采用盾構(gòu)法施工，管片運(yùn)輸、同步漿運(yùn)輸都需要從已建隧道通過，因而模架設(shè)計(jì)既要適應(yīng)結(jié)構(gòu)施工節(jié)段劃分和澆筑高度需求，又要確保結(jié)構(gòu)整體布局合理和安裝、拆卸運(yùn)輸方便 。

2.1 模架基本構(gòu)造

側(cè)墻移動模架為邊墻頂拱整體澆筑的自行式臺車形式，由4節(jié)組成，每節(jié)8 m，主要由模板系統(tǒng)、門架系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、連接件及緊固裝置等5大件構(gòu)成。

（1）模板系統(tǒng)。模板系統(tǒng)主要由鋼模板、背楞和葫蘆組成，分為南北兩側(cè)，一側(cè)又分為內(nèi)模和外模（靠近管片），4塊模板高度分別為3 480 mm、3 560 mm、3 560 mm和2 680 mm。一節(jié)車架長8 000 mm，由4塊相同模板（每塊環(huán)向長度都為2 000 mm）與24 mm螺栓連接組成。外模采用10 mmQ235B鋼板，內(nèi)模采用2 mmS30408＋8 mmQ235B復(fù)合鋼板，不銹鋼面作為面板。外模豎向加勁肋為直線型，間距100 mm，橫向加勁板厚10 mm；內(nèi)模豎向加勁肋為“L”型，間距200 mm，橫縱向加勁板厚6 mm。每塊模板外側(cè)豎向焊接2組支通梁，通梁以模板中心對稱，間隔1 030 mm，1組通梁由2根120 mm×60 mm方鋼管組成，中間空出24 mm間隙。鋼模支模時，間隙可用于上部對拉螺栓的固定。支撐外側(cè)環(huán)向采用8 000 mm長的17.5號H型鋼與24 mm螺栓進(jìn)行連接，外模豎向2道，內(nèi)模豎向3道，使環(huán)向鋼模之間形成一個整體。每塊模板上部采用一個葫蘆懸掛，葫蘆上端懸掛在17.5號H型鋼上，南北方向可以移動，北側(cè)外模張開量為378 mm，內(nèi)模張開量為600 mm，南側(cè)外模張開量為100 mm，內(nèi)模張開量為600 mm，可用于模板的清洗和涂脫膜劑。

（2）門架系統(tǒng)。門架系統(tǒng)由南北兩側(cè)門架和上部通梁組成，北側(cè)門架橫斷面為2根25號H型鋼，間隔1 700 mm，環(huán)向間隔1 875 mm一檔。南側(cè)門架橫斷面為2根25號H型鋼，間隔2 200 mm，環(huán)向間隔1 875 mm一檔。南北方向和環(huán)向采用25號槽鋼進(jìn)行斜撐加固。南北門架上部由32號H型鋼進(jìn)行連接，環(huán)向間隔1 875 mm一檔，32號H型鋼之間南北方向每隔1 800 mm連接20號H型鋼，20號H型鋼上部鋪貼20 mm鋼板，門架系統(tǒng)所有的連接均采用24 mm螺栓連接。

（3）行走系統(tǒng)。每節(jié)臺車下部2個行走裝置，由雙驅(qū)帶剎車電機(jī)驅(qū)動沿軌道行走，配備卡軌器，滿足6%坡度的使用需求，電機(jī)朝向?yàn)檠乜v向。

（4）連接件。模架所有的連接均為24 mm螺栓連接，便于拆卸及安裝。

（5）緊固裝置。門架與內(nèi)模之間采用絲杠加固，絲桿頂至8 000 mm長的17.5號H型鋼上，豎向3道，環(huán)向間隔2 000 mm一檔。外模與管片之間使用頂托加固支撐。門架下部連接絲桿，南北方向?yàn)?個，環(huán)向每節(jié)臺車2組絲桿，當(dāng)支模時，采用絲桿承載，不采用行走輪承載。

2.2 針對性設(shè)計(jì)

（1）采用蝸輪蝸桿減速機(jī)，減速機(jī)朝向與盾構(gòu)現(xiàn)有泥水管路不干涉。

（2）行走機(jī)構(gòu)鏈條設(shè)置防護(hù)罩，消除安全隱患。

（3）移動模架頂部為滿鋪人工操作平臺，增強(qiáng)了施工作業(yè)的安全性。

（4）外模板與管片之間的支撐采用鉆孔植筋固定，避免支撐不足而跑模。

（5）脫模后，模板展開空間可達(dá)600 mm，滿足涂刷脫模劑的需求。

（6）采用副門架設(shè)計(jì)，絲桿較短且無須拆裝。

（7）模板寬度為2 000 mm（2 200 mm），可單獨(dú)前后、左右、上下調(diào)節(jié)。

（8）移動模架單節(jié)長度為8 m（8.2 m），各配置獨(dú)立控制系統(tǒng)，可分開控制。

（9）鋼模板底部設(shè)置橡膠密封，避免混凝土漿液從鋼模板底部漏失。

（10）模板橫移機(jī)構(gòu)設(shè)置在頂部，與過車空間不干涉。

（11）上橫梁兩側(cè)安裝千斤頂油缸，模板就位后頂至管片上，防止車架位移。

（12）在小半徑轉(zhuǎn)彎段（R＝500 m），模板法蘭間距約為8.72 mm，現(xiàn)場可視情況加裝10 mm或6 mm連接板，或輔助以木板支撐。

（13）在變坡段，相鄰模板間最大楔形間隙約為204 mm。模板法蘭有預(yù)制螺栓孔，現(xiàn)場可視情況嵌入木?；驈椥园l(fā)泡材料進(jìn)行封堵。

2.3 模架結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

為確保模架體系能夠滿足施工所需的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求，需要對模架體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算，驗(yàn)算方案參照國家及行業(yè)現(xiàn)行規(guī)范，模架結(jié)構(gòu)采用有限元軟件進(jìn)行建模計(jì)算，具體計(jì)算過程此處不再詳述。驗(yàn)算結(jié)果如下。

位移最大值為4.09 mm，發(fā)生在模板中央位置；模板最大撓度為4.09 mm，小于模板計(jì)算長度12 000/400＝30 mm；臺車門架位移最大值為2.82 mm，位于副門架下橫梁上，最大撓度小于橫梁計(jì)算長度2 306/400＝5.76 mm；縱通梁位移最大值為2.3 mm，最大撓度小于通梁計(jì)算長度12 000/400＝30 mm；底梁最大位移為1.88 mm，最大撓度小于底梁計(jì)算長度12 000/400＝30 mm；小模板最大位移為0.3 mm，最大撓度小于模板計(jì)算長度1 000/400＝2.5 mm。因此，臺車各部位剛度滿足要求。

通過計(jì)算最危險(xiǎn)工況下的臺車受力情況，可以得出臺車整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性滿足要求。

3 清水混凝土生產(chǎn)及運(yùn)輸控制

3.1 原材料控制

（1）水泥。選用強(qiáng)度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥，其質(zhì)量必須符合GB 175—2021《通用硅酸鹽水泥》的要求。水泥為同一廠家、同一品種、同一強(qiáng)度等級，以盡可能地減少混凝土的外觀色差。

（2）粉煤灰。不使用對混凝土顏色影響非常大的粉煤灰。

（3）礦粉。選用S95，質(zhì)量符合GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》、CCES 01—2004（2005年修訂版）《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》和DG/TJ 08－501－2023《?；郀t礦渣粉在水泥混凝土中應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。礦粉為同一廠家、同一規(guī)格型號，以盡可能地減少混凝土的外觀色差。

（4）細(xì)骨料（黃砂）。不使用堿活性細(xì)骨料，使用中砂，品質(zhì)符合GB/T 14684—2021《建筑用砂》，細(xì)度模數(shù)2.3～2.9，符合Ⅱ區(qū)顆粒級配。粒徑0.06 mm累計(jì)篩量≥65%，粒徑0.015 mm累計(jì)篩量≥95%，砂中含泥量≤2%，泥塊含量≤0.5%。

（5）粗骨料（碎石）。不使用堿活性粗骨料，使用5～20 mm整形石，品質(zhì)符合GB/T 14685—2021《建設(shè)用卵石、碎石》。碎石采用連續(xù)粒級，顏色應(yīng)均勻，含泥量≤0.5%，泥塊含量≤0.2%，針片狀含量≤8%。

（6）混凝土拌合用水?；炷涟韬嫌盟焚|(zhì)符合JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

（7）外加劑。選用聚羧酸系高性能減水劑，其質(zhì)量符合GB 8076—2008《混凝土外加劑》及相關(guān)規(guī)范規(guī)定，使用時符合GB 50119—2013《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》。混凝土減水率＞15%。

3.2 配合比控制

在每次量產(chǎn)前，對水泥、礦粉、黃砂、碎石等原材料進(jìn)行含水量檢測，確定施工配合比。清水混凝土配合比，如表2所示。

表2 清水混凝土配合比

通過外加劑選型優(yōu)化，盡可能消除澆筑成品的表觀氣孔數(shù)量。

3.3 生產(chǎn)過程控制

（1）確保原材料專料專用。

（2）定機(jī)生產(chǎn)，接到生產(chǎn)任務(wù)后對拌筒進(jìn)行清洗，確保拌筒無積水。

（3）清水混凝土攪拌時間比普通混凝土延長30 s，不低于60 s，確保混凝土的勻質(zhì)性。

（4）指定拌車運(yùn)輸；拌車裝料前應(yīng)清洗，做到不混裝；合理調(diào)配運(yùn)輸車輛，確保供料連續(xù)性，盡量做到不斷料、不等料。

（5）控制好坍落度（180～220 mm）。首車先拌2 m3，坍落度檢測合格后再批量發(fā)料，每100盤相同配合比的混凝土取樣不得少于1次，每一個工作班組相同配合比的混凝土不足100盤時，取樣不得少于1次。

（6）攪拌站指派專人去工地觀察現(xiàn)場坍落度及振搗后混凝土保水性、黏聚性等性能，做到及時調(diào)整。

（7）控制混凝土的生產(chǎn)節(jié)奏，不得積壓車輛；混凝土到達(dá)現(xiàn)場后，嚴(yán)禁向裝有混凝土拌合料的拌筒或泵車料斗內(nèi)加水；攪拌運(yùn)輸車等候時，拌筒保持低速轉(zhuǎn)動，防止混凝土離析，并保證現(xiàn)場施工所需的坍落度；當(dāng)攪拌運(yùn)輸車到達(dá)澆筑現(xiàn)場時，應(yīng)使攪拌運(yùn)輸車高速旋轉(zhuǎn)20～30 s，再將混凝土拌合物倒入泵車受料斗。

4 側(cè)墻移動模架施工工藝流程

4.1 模板安裝流程

模架拼裝順序如下：50軌道敷設(shè)完成→移動模架通過行走裝置移動到位→底部絲桿支撐→內(nèi)模和外模通過葫蘆支模→內(nèi)模采用底部植筋固定，并調(diào)節(jié)垂直度→外模調(diào)節(jié)垂直度，并安裝模板上部對拉螺桿→內(nèi)模3道、外模2道進(jìn)行絲桿支撐

4.2 混凝土澆筑

（1）澆筑混凝土?xí)r，混凝土自由傾落高度不宜超過2 m，超過時應(yīng)使用串筒、溜槽或?qū)Ч芊乐够炷岭x析。現(xiàn)場使用串筒直徑為250 mm，單節(jié)高度為1 m。

（2）南、北側(cè)依次分層澆筑清水混凝土，控制單層清水混凝土的澆筑高度為0.5 m，采用固定泵進(jìn)行清水混凝土澆筑。

（3）每節(jié)清水混凝土側(cè)墻澆筑長度為30 m，每側(cè)30 m范圍內(nèi)等間距布置6個下料口，南北兩側(cè)共12個下料口，相鄰下料口間距為5 m；每側(cè)30 m范圍內(nèi)等間距布置38個振搗點(diǎn)，南北兩側(cè)共76個振搗點(diǎn)，相鄰振搗點(diǎn)間距為0.8 m。

4.3 模架拆模

澆筑完成24 h后進(jìn)行拆模，將模板兩側(cè)絲桿支撐拆除，底部植筋固定拆除，手拉葫蘆將兩側(cè)模板打開。

4.4 養(yǎng) 護(hù)

混凝土脫模后，采用塑料薄膜或其他進(jìn)行嚴(yán)密覆蓋并保濕養(yǎng)護(hù)。采用塑料薄膜養(yǎng)護(hù)的混凝土，其敞露的全部表面應(yīng)覆蓋嚴(yán)密，并應(yīng)保持塑料薄膜內(nèi)有凝結(jié)水。不得使用對混凝土表面有污染的養(yǎng)護(hù)材料和養(yǎng)護(hù)劑。

5 成品質(zhì)量分析與改進(jìn)

5.1 成品質(zhì)量分析

隧道內(nèi)第一段側(cè)墻澆筑完畢拆模后，發(fā)現(xiàn)如下問題。

（1）清水混凝土側(cè)墻局部出現(xiàn)氣孔。經(jīng)過分析，施工流程側(cè)墻局部出現(xiàn)氣泡的原因，可能是混凝土澆筑分層不均勻、振搗不充分導(dǎo)致氣泡釋放不充分。

（2）清水混凝土側(cè)墻底部出現(xiàn)爛根和麻面。經(jīng)過分析，施工流程爛根產(chǎn)生的原因，可能是振搗棒插入深度不夠；經(jīng)過現(xiàn)場查看，側(cè)墻底部出現(xiàn)麻面的原因是模板橡膠條與結(jié)構(gòu)之間存在細(xì)小縫隙，造成漏漿。

（3）清水混凝土側(cè)墻出現(xiàn)漲模。經(jīng)過分析，施工流程漲模產(chǎn)生的原因是絲桿支撐頂托變形和底部基座植筋鋼筋數(shù)跨度大（1 000 mm一檔）。

（4）清水混凝土側(cè)墻澆筑出現(xiàn)冷縫。分析混凝土澆筑時間的差異，發(fā)現(xiàn)混凝土連續(xù)澆筑的地方都會產(chǎn)生冷縫；冷縫的產(chǎn)生還可能與混凝土的外加劑變化有關(guān)，也與路途運(yùn)輸時間較長、混凝土通過管路下料至隧道內(nèi)攪拌運(yùn)輸車中水分損失較大有關(guān)。

5.2 優(yōu)化措施

（1）嚴(yán)格控制澆筑高度約為0.5 m，分層均勻澆筑，間隔1 m振搗一次，振搗充分。

（2）最底部0.5 m側(cè)墻澆筑時，振搗棒充分振搗，模板橡膠條與結(jié)構(gòu)之間粘貼雙層面膠，防止跑雙漿。

（3）模板絲桿支撐數(shù)量增加，減少頂托受到的力，從而防止變形。底部基座植筋鋼筋數(shù)增加（0.6 m一檔）。

（4）與攪拌站溝通交流，減少混凝土的外加劑和增大混凝土的坍落度（250±20 mm）。

6 結(jié) 語

基于VII標(biāo)段工程隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)側(cè)墻施工的特殊要求，制訂了采用移動模架體系的施工方案，設(shè)計(jì)了移動模板臺車。通過有限元計(jì)算分析最危險(xiǎn)工況下的臺車受力情況，可以得出臺車整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性滿足要求。同時配合合理的工藝流程及優(yōu)化措施，能確保結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量能夠滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，并保證施工安全。