高支模體系在地下明挖車站施工中的應用

田維彪 （中鐵十六局集團第一工程有限公司，北京 101300）

0 前言

隨著國內社會經濟的快速發展，各類交通基礎設施正在加速建設和推進，居民的出行和換乘將會變得更加高效和便捷。穗莞深城際以廣州白云機場引出連接至深圳寶安機場，并預留二期至香港九龍接口，是珠三角交通圈的重要工程。穗莞深城際深圳機場站建成后將成為亞洲最大地下車站，會同深圳地鐵11號線共同服務于深圳寶安機場T3航站樓的換乘需求。

1 工程概況和背景

穗莞深城際深圳機場站位于深圳寶安機場T3航站樓區域領航四路、領航五路下方，東側為出發層高架橋，西側為空管站及能源中心，北端頭井為盾構接收區，南端頭井預留盾構始發條件。本站設計長度912m，有效站臺長度210m，寬度13m。車站基坑長度912m，標準段寬度23.34m，深度19.9m，覆土4m～5m厚，基坑安全等級為一級。整體設計為地下雙層島式車站，地下一層為站廳層，凈空5.55m，地下二層為站臺層，凈空8.215m，采用明挖法施工。

2 高支模體系的組成和設計

2.1 高支模體系的組成

本站高支模體系主要包含側墻支架模板體系、頂板中板支架模板體系、上下翻梁支架模板體系、中立柱支架模板體系等位于端頭井段和標準段的各類體系的設計、安裝、驗收、監測、拆除等流程。本文以側墻三角背撐體系為主展開探討。

2.2 側墻三角背撐體系

2.2.1 標準段側墻設計參數

標準段側墻相關設計參數見下表。

側墻設計參數表

2.2.2 側墻模板及三角背撐體系設計

①側墻模板使用定制單側支架＋內側墻體模板的受力支撐體系[1]。側墻有防水要求，不允許設置穿墻孔。模板支架通過45°斜拉高強螺栓與預埋地腳螺栓連接，斜拉螺栓承受的斜拉力F分為水平力F1和垂直力F2，垂直力F2抵抗支架因澆筑混凝土時產生的上浮力，水平力F1抵抗支架因澆筑混凝土時產生的側向擠壓力，保證支架穩定、不側移。具體見下圖。

側墻模板受力原理分析圖

②側墻支架由預埋部分和支架部分組成，預埋部分有預埋螺栓、連桿及螺母和橫梁；支架部分有標準節段（3600mm）、加高節段（500mm）、加高節段（1600mm），根據現場墻體高度進行選擇組合[2]。

③側墻模板后采取單側墻體模板支架，支架間距為0.75m，支架底部通過預埋25mm作為地腳螺栓（預埋鋼筋與水平面的夾角為45°），地腳螺栓的預埋長度應當滿足最小錨固長度35d，并應當與板內附加鋼筋進行可靠焊接，通過連接槽鋼與底板或中板連接。預埋鋼筋間距0.3m。

2.2.3 側墻模板及三角背撐體系施工方案

標準段側墻采用鋼模板＋工字鋼12#＋三角背撐支撐體系，標準段負一層采用鋼模板（P6015鋼模板0.6m×1.5m）＋工字鋼（12#）＋三角背撐支撐體系，三角模板支架每0.75m設一榀，各三角形支架之間采用Φ48mm鋼管做聯系桿，從掃地桿開始向上每隔90cm設置Φ48mm鋼管與14a固定；澆注底板時每0.3m預埋一個地錨（HRB400Φ25mm鋼筋）或Φ32mm圓鋼地錨螺桿，地錨鋼筋預埋應保證錨固長度不小于35d，并與板內附加鋼筋進行可靠焊接，通過地腳螺栓調節垂直度來承擔側壓力。負二層的第三道鋼支撐需換撐施工，分兩次澆筑，第一次支模體系采用側向鋼模板＋工字鋼＋三角背撐體系，第二次采用木模板＋次楞方木（間距200mm）＋Φ48mm水平扣件式支架體系，施工時與中板同時施工。

2.3 側墻模板安裝流程

綁扎鋼筋、驗收→邊線放樣→安裝模板及龍骨→吊裝、安裝支架→安裝斜撐部位附加鋼管→安裝壓梁槽鋼→安裝埋件系統→調節支架垂直度→安裝上操作平臺→再緊固檢查一次埋件系統→驗收合格后砼澆筑。

3 單側三角背撐體系驗算

3.1 荷載計算

①靜荷載

根據有關規定計算，在澆筑混凝土內部振搗時，對模板產生的最大側壓力，取下式中的較小值[3]：

式中：F為澆混凝土對模板產生的最大側壓力，kN/m2；γc為混凝土重力密度，kN/m3，計取 23；V 為鋼筋混凝土的澆筑速度，計取1.2m/h；T0為鋼筋混凝土的初凝時間，由T0=200/（T＋15）確定，其中T為混凝土的溫度，計取25。；β1為外加劑影響系數，計取1.2；β2為鋼筋混凝土坍落度影響修正系數，坍落度＜30mm時，計取0.85，坍落度為50mm～90mm時，計取1.0，坍落度為110mm～150mm時，計取1.15；H為鋼筋混凝凝土的側壓力計算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度，m，計取6.4m。

代入上述參數，計算結果如下：

按照規范取較小值，則靜荷載為：f1=38.25kN/m2。

②施工動荷載按均布荷載考慮，取f2=5kN/m2。

③模板面板所受荷載主要分為靜荷載和活荷載兩類。分項系數計取：靜荷載取1.2，活荷載取1.4。因此模板的側壓力總荷載為：

3.2 鋼模板計算

3.2.1 鋼模板面板計算

面板為受彎結構，計算構件剛度和抗彎強度時，按面板取0.6m，跨度l取0.75m，三跨連續梁進行計算。

3.2.2 抗彎強度計算

線荷載設計值q=Q×0.6=52.9×0.6=31.74kN/m2。

根據《建筑結構靜力計算手冊》可知，三跨梁簡化計算，跨徑0.75m，三跨梁中最大彎矩為：M=0.1ql2=0.1×31.74×0.752=1.78kN·m。

鋼模板型號為 P6015，查得 Wx=11.98cm3，[σ]=215N/mm2，故截面抗彎強度計算值：σ=M1/Wx=（1.78 ×10-3）/ （11.98 ×10-6）=148.58N/mm2＜[σ]=215N/mm2。

結論：滿足要求。

3.2.3 撓度計算

鋼模板型號為P6015，查得Ix=54.3cm4，E=2.06×105MPa。

則面板最大撓度為：

結論：滿足要求。

3.3 三角支架承載力計算

單側墻體模支架計算只需要計算地腳螺栓的強度，側墻模板后采取單側墻體模板支架，支架間距為0.75m，支架和墻面間距0.2，支架底部通過預埋Φ25mm作為地腳螺栓（預埋鋼筋與水平面的夾角為45°），地腳螺栓的預埋長度應當滿足最小錨固長度35d，并應當與板內附加鋼筋進行可靠焊接，通過連接槽鋼與底板或中板連接。預埋鋼筋間距0.3m。

取豎向0.75m寬墻體進行計算。荷載設計值：q=0.75×52.9=39.67kN/m；

有效壓頭高度為：h=f1/γ=38.25/23=1.66m。

以錨固點為支點列出彎矩平衡方程：

解上述方程得：F1=196.57kN。

由于Ⅲ級HRB400螺紋鋼Φ25mm的設計截面積A=490.9mm2，0.75m的范圍內共有0.75/0.3=2.5根地腳螺栓，取2根計算，故地腳螺栓的軸心受拉強度：

σ=F2/A/2=280.41/490/2×103=286.13N/mm2＜[σ]=400N/mm2；

地腳螺栓強度符合要求。

4 質量控制及保證措施

4.1 支架及模板質量保證措施

①施工前，由測量組測放、復核標高線；

②橫豎接縫處增設龍骨、密封海綿條等措施，防止漏漿；

③多層板接縫下布設方木，保證無錯臺；

④支撐架每步架安裝后，隨時進行檢查驗收，且剪刀撐與支頂同步施工。

4.2 支架及模板拆除措施

①拆除模板的順序和方法：按照先支后拆，后支先拆；先拆非承重模板，后拆承重模板；自上而下，先拆側向支撐支架，后拆豎向支撐支架等原則；

②拆模時依據相關規定，對現澆砼結構模板及其支架拆除時要求砼強度應符合設計規定標準后方可進行。

5 結束語

施工過程中總結發現，三角背撐支架有利于組織流水施工，并且有效保證了結構物的施工質量和施工效率。在實際施工中，需要控制混凝土分層澆筑的高度、支架模板的穩定性、背撐體系的驗算及驗收等要點，并編制配套的應急預案。