地下通道側墻裝配式鋼模板體系設計

吳小建 李鑫奎 王 瓊

1.上海建工集團工程研究總院 上海 201114；2.上海建工集團股份有限公司總承包部 上海 200080

當前，我國處于交通市政設施快速發展的階段，現澆鋼筋混凝土結構工程比重日漸增長，建筑模板是必不可少的施工材料和重要機具。建筑模板技術涉及資源和能源的消耗、影響環境保護，對工程質量、造價和效益有直接作用[1]。據統計，模板工程約占鋼筋混凝土總造價的25%、勞動量的35%、工期的50%～60%，由此可見，我國模板制作及施工的勞動量占工程成本的比例很大，其費用也很高。因此，需在“資源節約，環境友好，綠色低碳”的建設理念指導下尋求結構先進、經濟合理的建筑模板綠色工程技術，以符合低碳節能減排和綠色施工技術的要求。

1 工程概況

上海北橫通道隧道段（海寧路）施工現場周邊既有商業建筑，又有舊式里弄民居，環境復雜，結構邊線距離周邊建筑近，可用的施工場地較小，地下通道截面寬度8.9～11.4 m，大部分寬度為10.9 m，截面內格構柱數量及位置不斷變化，平縱曲線較為復雜，平面曲線最小半徑R=500 m、縱曲線半徑1 200 m（圖1）。

圖1 北橫通道隧道段（海寧路）示意

此外，地下通道支撐縱向最小間距為3 m，工程施工中還需要考慮移動模架拆卸后便于吊入吊出的要求（單元寬度＜3 m），格構柱間距6 m，模架單元尺寸需要考慮模數（寬度2～3 m）配置（圖2）。

基于上述原因，常規滿堂腳手架已不能滿足現場便捷施工的要求。為確保中心城區綠色循環施工，本工程研發了裝配式鋼模體系，可實現模板多次循環利用、便捷施工、文明環保的要求，較好地保證工程質量與效益[2-5]。

圖2 支撐縱向間距

2 裝配式鋼模板體系設計

2.1 設計原則

1）考慮模板體系對不同格構柱間距及通道曲率和高程變化的適應性，裝配式模板體系應采用標準化、單元化、工具化的設計原則，提高裝配式模板的周轉使用次數。

2）在滿足施工要求和質量的前提下，應力求結構簡單，便于安裝、拆除，以利于提高施工效率和經濟效益。

3）模板的組合，要便于劃分施工流水段，以利于加強結構的整體性。

4）模板單元的設計要確保模板堆放、組裝、拆除時的自身穩定，以增加其周轉使用次數。

5）模板設計必須充分考慮各種荷載組合情況，防止整體和局部失穩。

2.2 裝配式鋼模板體系結構

裝配式鋼模板體系（圖3、圖4）主要包含[6-8]：

圖3 裝配式鋼模板體系結構示意

1）面板：厚8 mm鋼板，高3 100 mm，寬2 500 mm。

2）圍檁：8#槽鋼，11根，間距310 mm。

3）立管：120 mm×80 mm×6 mm矩形鋼管，3根。

4）三角架體系：分別采用6#、8#、10#槽鋼。

5）下拉結鋼筋：φ25 mm，兩側10#槽鋼，承壓板厚8 mm。

6）操作平臺：50 mm×3 mm方鋼。

圖4 裝配式鋼模板體系應用效果

7）配重區：支擋鋼筋φ20 mm，250 mm×200 mm×12 mm加強肋板、150 mm×150 mm×12 mm加強肋板、63 mm×5 mm角鋼，懸挑2塊總配重（0.525 t）。

8）端模：采用25 mm角鋼、厚5 mm鋼封面板、63 mm×40 mm×4 mm角鋼組合而成。

裝配式鋼模板體系的優點主要如下：

1）體系輕小、便捷，單元尺寸3.1 m×2.5 m。

2）采用輕量化、標準化設計（側模質量約1.7 t）。

3）鋼大模與調節架固定。

4）模板縱向采用螺栓連接。

5）行走系統采用萬向輪，行動方便。

6）通過模架傾斜，保證行走穩定。

7）端模封堵性能好、穩定防漏漿、便于拆卸。

3 裝配式鋼模板體系穩定性驗算

為了確保移動式模架系統結構受力安全、可靠，特采用有限元分析方法對裝配式模板單元體系的受力進行驗算。

3.1 荷載選取

根據JTG/JF 50—2011《公路橋涵施工技術規范》進行荷載組合，考慮振動荷載4 kPa，傾倒混凝土所產生的水平動力荷載2 kPa，并參照JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技術規范》得到有效壓頭高度1.44 m，模板所受水平荷載組合值從5.88 kPa線性遞增至54.62 kPa（圖5）。

圖5 混凝土澆筑水平荷載組合示意

3.2 有限元建模

基于彈性變形假設，采用Midas軟件對側模支撐結構體系進行建模（圖6）。考慮側模自重和混凝土澆筑產生的側向壓力荷載作用，分析側模支撐結構的應力變化與變形情況。

圖6 裝配式鋼模板單元模型

3.3 裝配式鋼模板體系穩定性分析

在考慮側模自重和混凝土澆筑產生的側向壓力荷載作用下，對側模面板應力變化與變形、支座反力情況進行了分析。

由鋼面板體系受力驗算結果（圖7）可知：厚8 mm鋼板側模的最大變形發生在澆筑有效高度約1.5 m處，鋼面板體系最大變形為1.305 mm，滿足變形要求；鋼面板最大拉應力為7.26 MPa；圍檁槽鋼的最大拉應力為12.48 MPa，最大壓應力為7.33 MPa，滿足應力要求。

圖7 鋼面板體系受力驗算結果

由支撐體系受力驗算結果（圖8）可知：鋼支撐體系最大的變形為1.305 mm，滿足變形要求；鋼支撐的最大拉應力為167.40 MPa，最大壓應力為72.06 MPa，滿足應力要求。

由支座反力驗算結果（圖9）可知：鋼支撐的最大支座反力出現在中間三角主鋼架的端角處，最大值Fxmax=82.6 kN；Fymax=0 N；Fzmax=82.1 kN；Fxyzmax=116.5 kN。

圖8 支撐體系受力驗算結果

圖9 支座反力驗算結果

4 結語

本文根據上海北橫通道隧道段（海寧路）施工現場條件錯綜復雜、施工空間較小、平縱曲線復雜的特點，基于綠色循環施工的理念，以標準化、工具化、單元化為基本設計原則，形成了適宜于長距離地下通道側墻結構施工的裝配式鋼模板體系，有限元分析結果表明：該結構體系能夠滿足施工要求。