天津地鐵和平站逆作法模板設計與施工

何成滔，王小林，王 輝

(1.西安科技大學，西安 710054;2.中鐵隧道股份有限公司，鄭州 450000)

蓋挖逆作法是當今世界在交通繁忙的城市中心修建淺埋地鐵車站，尤其是修建具有綜合功能要求的地鐵車站的一種有效方法[1]。蓋挖逆作法中，模板的造價在鋼筋混凝土總造價中占很大比重，因此采用合理、先進的模板設計及技術，對于提高工程質量、加快施工速度、提高勞動生產率和降低工程成本具有重要意義。

1 工程概況

和平路站位于天津市和平區勸業場中心商業區，本工程區域原狀為公共汽車站、市第十七中學、公共建筑及商業店鋪。地下結構部分在滿足天津地鐵3號線和平路站功能的基礎上進行物業開發。地下部分基坑長148 m，寬150 m，開挖深度21.46 m。車站基坑大方案采用蓋挖逆作法施工，車站主體結構為多跨框架矩形結構，車站部分為地下三層，開發部分為地下四層，見圖1。

2 逆作法模板工程設計

2.1 模板工程設計原則[2]

模板應滿足強度、剛度和穩定性要求，施工縫應設置在彎矩最小處。

2.2 模板工程施工方案設計

和平路站和物業開發結合的主體結構，采用蓋挖逆作法施工技術，即主體結構頂板及其它各層的板梁結構均采用地模法施工。地下一層、二層、地下三層、四層側墻結構采用定型三角背撐系統插模法施工，樓梯、站臺墻板等結構采用常規模板工程施工技術。

圖1 車站主體結構橫斷面

2.3 逆作層板地模設計

地模施工的優點有:利用地模作為各層板梁結構模板，表面無拼縫，不會發生漏漿現象而形成蜂窩麻面。地模鋪設于經加固處理的原狀土上，具有足夠的承載力，不會發生跑模現象，有利于混凝土整體質量的控制。地模施工混凝土結構成型效果好，特別適合于逆筑法施作的梁板結構陰陽角多、節點多的結構特點。

綜合考慮各種施工因素，為加快工程進度，地模的施工方案選擇為:厚8 cm三七灰土層，上鋪厚10 cm C20素混凝土層。實際施工時，將根據具體的地質條件，予以局部調整，要保證地模的強度、剛度及施工精度，最大程度地減小地模的結構施工過程中的不均勻沉降。梁板地模結構見圖2。

2.4 逆作結構邊墻側模設計

主體結構逆作部分邊墻襯砌邊墻模板工程均采用逆作插模法施工。為防止后澆混凝土與先澆混凝土接茬部位出現裂縫，加氣等不密實現象，先將前期混凝土接頭進行鑿毛處理，并進行清洗。為提高墻模板的整體性，選擇大模板，其支撐系統為三角形定型鋼架。地下1層邊墻插模施工接近頂部時，設特制的斜向模板，其頂面高出混凝土接茬面20 cm，以利于混凝土的振搗及澆筑。地下2層 ～4層邊墻混凝土澆筑至頂部時，采用由上一層樓板預留澆筑孔進行澆筑。模板工程檢驗合格，即可進行混凝土的澆筑。墻模板及支撐系統見圖3。

圖2 地模結構示意(單位:mm)

圖3 蓋挖逆作法側墻支撐系統三角架設計示意(單位:mm)

2.5 逆作結構邊墻側模設計驗算

單側三角架背撐計算如下:

1)混凝土側壓力標準值:混凝土作用于模板的側壓力，根據測定，隨混凝土的澆筑高度而增加，當澆筑高度達到某一臨界時，側壓力就不再增加，此時的側壓力即新澆筑混凝土的最大側壓力。側壓力達到最大值的澆筑高度稱為混凝土的有效壓頭。通過理論和實踐，可按式(1)、式(2)計算，并取其最小值

式中，F為新澆筑混凝土對模板的最大側壓力(kPa);γc為混凝土的重度(kN/m3)，取25 kN/m3;t0為新澆混凝土的初凝時間(h)，可按實測確定，當缺乏試驗資料時，可采用t=200/(T+15)計算，t=200/(20+15)=5.71℃;T為混凝土的溫度，取20°;V為混凝土的澆筑速度(m/h)，取2 m/h;H為混凝土側壓力計算位置處至新澆混凝土頂面的總高度(m)，取6.93 m(最大);β1為外加劑影響修正系數，摻外加劑時取1.0;β2為混凝土塌落度影響系數，當塌落度 <30 mm時，取0.85;50～90 mm時，取 1;110～150 mm時，取1.15，取大值1.15計算。

2)取F=51.07 kPa作為模板側壓力的標準值，側壓力設計值F設=F×分項系數×折減系數(查規范折減系數取0.85);傾倒混凝土時，考慮傾倒混凝土產生的水平荷載標準值 F傾=4 kPa，荷載設計值 F荷=F傾×分項系數×折減系數(查規范折減系數取1)，分別取荷載分項系數為1.2和1.4，則作用于模板的總荷載F總=F設+F荷=51.07×1.2×0.85+4×1.4=57.69 kPa。

2.6 支架受力計算

取混凝土最大澆筑高度為4.8 m，側壓力取為F總=57.69 kPa，有效壓頭高度h=2.3 m，單側支架按間距800 mm布置。

分析支架受力情況:按 q=57.69×0.8=46.15 kN/m計算，用SAP2000對單側支架進行受力分析見圖4、圖5。

圖4 單側支架計算簡圖

圖5 桿件編號

2.6.1 計算結果(見表1)

2.6.2 驗算受壓桿的穩定(見表2)

由表2所得，壓桿穩定性均滿足要求(穩定系數按3號鋼b類截面查表)。

表1 單側三角支架軸力、彎矩、剪力受力計算一覽表

2.6.3 驗算桿件強度

1、2、3、7、8 桿件最大剪應力 τ=72 780/2 549.6=28.54 MPa;

4、5、6、9、10 桿件最大剪應力 τ=0;各桿件剪應力均小于強度設計值f=125 MPa，故滿足要求。

2、3、7、8 桿 件 受 彎 最 大 應 力 σ =M/W=9 790 000/79 400=123.3 MPa;

4、5、6、9、10 桿件受彎最大應力 σ =M/W=0;各桿件應力均小于強度設計值f=215 MPa，故滿足要求。

7、8 桿件[(τ/125)2+(σ/215)2]1/2=0.617<1;

5、6、9、10 桿件[(τ/125)2+(σ/215)2]1/2=0<1;

所有的均滿足 [(τ/125)2+(σ/215)2]1/2<1，符合要求，經計算最大變形點為最頂點，變形量2 mm，符合要求。

3 模板施工技術措施

模板安裝要求支撐牢固、穩定，無松動、跑模和超標準的變形下沉等現象。模板拼縫平整嚴密，并采取措施填縫，保證不漏漿，模內必須干凈[3]。各類模板要保證工程結構和構件各部位尺寸和相互位置的正確性[4]。

3.1 各層板梁土模施工

1)板結構土模結構頂面高程提高2.0 cm，作為板結構的預留沉降量，并沿本工程橫斷面三跨跨中及本工程縱向兩柱間預留2 cm上拱度。每一土模施工單元中，設置土模高程控制點，控制點位于本工程橫斷面頂板三跨的各跨中位置，這三排控制點沿本工程縱向布設，單排點間距為2 m。

表2 單側三角支架每根桿件穩定性驗算一覽表

2)各施工單元的土模結構均向施工范圍處延伸1.0 m，并將其邊緣做坡狀，以利于土模的穩定。

3)基土夯實整平后，鋪設厚8 cm三七灰土層或礫石(視開挖后情況)及厚8 cm C20素混凝土。嚴格控制其高程，并對其進行趕光壓漿處理。考慮邊梁下部預埋鋼筋埋置砂層的鋪設要求，邊墻部位槽深0.8 m。中梁及邊梁及本工程頂板縱向邊緣的側模結構為:厚12 cm磚胎模，其表面抹厚5 cm砂漿找平層，并對砂漿找平層進行趕光壓漿處理。為確保邊墻預留插筋垂直度，邊梁底模采用設插筋孔的木底模，其下填細砂以保證插筋長度。對各陰陽角處的地模加強處理，控制其成型質量。地模施工中，按有關規定要求做好圍護樁樁頭部分的處理，防水層的找頭、甩茬等工作。底板混凝土不設底模。

4)土模施作完畢，養護3 d后，涂刷脫模劑，否則脫模后易產生麻面現象。

5)選擇PAP型脫模劑，避免采用油性脫模劑，以免其污染鋼筋降低混凝土與鋼筋的黏結力，使用方法為土模上涂刷2～3遍。

3.2 邊墻側模的施工

上下層板結構施作完畢，即進行本層板邊墻鋼筋綁扎完成，進行邊墻側模的施工，按預定的施工單元進行。

1)模板的架設。邊墻模板采用北京卓良模板有限公司的側墻模板支架系統，最大澆筑高度達7.3 m，支撐布設每0.6 m一榀，支架后，每一米設置一道2[14槽鋼，模板縫使用膠條密封，模板使用前涂刷脫模劑。

2)擋頭板的施工。擋頭模板能夠承受一定擠壓，采用結構縱向鋼筋作為拉桿加固擋頭板，鋼筋與模板體連接采用鋼筋拉筋焊接或錨支結構支頂。

3)模板的拆除。邊墻側模的拆除時間要求為:在混凝土強度不小于2.5 MPa，同時確保其表面及棱角不因拆模而受損壞后，即可拆除，拆模時間可根據當時氣溫而定。其它結構的拆模時間則遵循規范要求。

4 結語

該模板除節約成本外，還具有整體結構簡潔、受力合理、靈活性大、模板整體性好、接縫少、接縫緊密等特點，可有效地保證混凝土的施工質量。

[1]朱曹，王如路.軌道交通安全保護區內的深基坑逆作法施工技術[J].鐵道建筑，2007(3):49-50.

[2]曹洋，刁志剛.地鐵車站單面墻模板設計與施工[J].鐵道建筑，2006(1):52-53.

[3]王旭光.地鐵車站混凝土模板施工技術[J].鐵道建筑，2008(2):53-54.

[4]中國建筑科學研究院.GB 50204—2002混凝土結構工程施工質量驗收規范[S].北京:中國建筑工業出版社，2002.