地下綜合管廊中的整體移動式支架模板結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

何志祥，徐海林 （中鐵四局第一工程有限公司，安徽 合肥230041）

在地下管廊修建中，主體結(jié)構(gòu)施工多采用方木、模板配合鋼管支架體系進(jìn)行施工，而傳統(tǒng)模板支架施工工序繁多，安裝拆除時間長，鋼管支架租賃成本較高，木模板周轉(zhuǎn)多次以后其施工質(zhì)量難以保證。為了適應(yīng)管廊未來的發(fā)展趨勢，針對傳統(tǒng)地下管廊施工工藝的特點和目前勞動力緊缺等問題，與臺灣實固股份有限公司聯(lián)合研發(fā)了“整體移動式支架模板”地下管廊結(jié)構(gòu)施工新工藝，并利用專用設(shè)備進(jìn)行實驗，努力解決上述施工難題，實現(xiàn)地下管廊施工系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化，有效提高了施工工效和經(jīng)濟(jì)效益。

1 移動模板支架結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計型式

移動式模板支架體系以3.05m為一個單元單獨拼裝，根據(jù)不同變形縫、不同長度來組配模板單元達(dá)到整體澆筑的效果。

移動式模板支架體系由四個部分構(gòu)成。

①面板系統(tǒng)：防水夾板+蜂巢鋼+鋼次梁

②支撐系統(tǒng)：圓盤式系統(tǒng)支架

③行走系統(tǒng)：行走輪+卷揚機(jī)

④調(diào)整系統(tǒng)：可調(diào)頂托、底座、側(cè)撐調(diào)整器

圖1 整體移動支架模板模型圖

①面板采用大面積防水夾板，完成面平整美觀。模板框架采用蜂槽鋼+鋼次梁的方式取代傳統(tǒng)木料，堅固安全且經(jīng)久耐用，且結(jié)構(gòu)輕，方便模板組裝與模板移動。

②支撐系統(tǒng)采用圓盤式系統(tǒng)支撐架，為首款國內(nèi)研發(fā)生產(chǎn)能符合歐盟EN12810-1以及美國ANSI10.8規(guī)范的國際級產(chǎn)品。

③整體行走系統(tǒng)的設(shè)計使模板移動起來簡易快捷，不須再花費大量人力跟時間搬運材料，節(jié)省了大量勞動力。

④所有調(diào)整系統(tǒng)扣件均為進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算后特別設(shè)計，讓操作人員能有效準(zhǔn)確地組裝整個模板系統(tǒng)，且檢驗人員方便檢驗，確保扣件品質(zhì)以及施工安全。

1.2 結(jié)構(gòu)材料特性參數(shù)

整體移動式支架模板結(jié)構(gòu)所使用材料特性參數(shù)如表1所示。

1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新點

整體移動式支架模板通過設(shè)計特有的適用與地下綜合管廊的面板系統(tǒng)、支架系統(tǒng)、調(diào)整系統(tǒng)以及行走系統(tǒng)，實現(xiàn)了支架模板的整體移動、安裝與拆除。

整體移動式支架模板的結(jié)構(gòu)簡單，整體安裝、拆除以及移動的施工方式操作簡單快捷，可提高一倍左右的施工工效。材料質(zhì)量優(yōu)良，面板可周轉(zhuǎn)次數(shù)最少20次以上，支架可周轉(zhuǎn)使用三年，極大地降低了施工成本。模板整體性強(qiáng)，扣件少，施工現(xiàn)場干凈整潔且安全性高，符合文明施工的理念。

2 移動模板支架Midas模擬計算

2.1 計算模型及參數(shù)

每組模板材料特性參數(shù)（3.05m） 表1

利用Midas建立移動模板支架三維模型，如圖2所示：

圖2 模型消隱圖

本模型共建立節(jié)點430個，梁單元415個，立桿底部約束三個方向自由度（Dx,Dy,Dz）來模擬。主楞與次楞的連接、次楞與模板的連接均采用彈性連接中的剛性連接來模擬。自重由軟件自動形成。新澆混凝土產(chǎn)生對側(cè)模板及底模板的壓力采用壓力荷載進(jìn)行模擬，荷載加載如圖3所示。

圖3 底模及側(cè)模荷載加載圖

2.2 計算過程及計算結(jié)果分析

2.2.1 強(qiáng)度計算結(jié)果

通過Midas的計算，模板支架系統(tǒng)的強(qiáng)度計算結(jié)果如下所示。

2.2.1.1 底模板計算

圖4 底模應(yīng)力圖（單位：MPa）

①彎曲應(yīng)力：最大值σ=3.29MPa＜[σ]=13.5MPa，滿足要求。

②剪應(yīng)力：最大值τ=0.19MPa＜[τ]=0.9MPa，滿足要求。

2.2.1.2 側(cè)模板計算

圖5 側(cè)模應(yīng)力圖（單位：MPa）

①彎曲應(yīng)力：最大值σ=6.85MPa＜[σ]=13.5MPa，滿足要求。

②剪應(yīng)力：最大值τ=0.56MPa＜[τ]=0.9MPa，滿足要求。

2.2.1.3 頂板次楞主楞計算

①組合應(yīng)力：最大值σ=23.94MPa＜[σ]=210MPa，滿足要求。

②剪應(yīng)力：最大值τ=17.34MPa＜[τ]=140MPa，滿足要求。

圖6 頂板次楞主楞應(yīng)力圖（單位：MPa）

2.2.1.4 側(cè)墻次楞主楞計算

圖7 次楞主楞應(yīng)力圖（單位：MPa）

①組合應(yīng)力：最大值σ=151.46MPa＜[σ]=210MPa，滿足要求。

②剪應(yīng)力：最大值τ=40.11MPa＜[τ]=140MPa，滿足要求。

2.2.1.4 立桿支撐計算

圖8 立桿軸力、應(yīng)力圖（單位：MPa）

2.2.2 剛度計算結(jié)果

通過Midas的計算，模板支架系統(tǒng)的剛度計算結(jié)果如下所示

2.2.2.1 模板計算

圖9 模板位移圖（單位：mm）

①底模：最大變形f=0.29mm＜L/400=300/400=0.75mm，滿足要求。

②側(cè)模：最大變形f=0.47mm＜L/400=300/400=0.75mm，滿足要求。

2.2.2.2 頂板次楞主楞計算

圖10 模板位移圖（單位：mm）

①次楞：最大變形f=0.38mm＜L/400=1800/400=4.5mm，滿足要求。

②主楞：最大變形f=0.25mm＜L/400=1500/400=3.75mm，滿足要求。

2.2.2.3 側(cè)墻次楞主楞計算

圖11 模板位移圖（單位：mm）

①次楞：最大變形f=2.44mm＜L/400=1800/400=4.5mm，滿足要求。

②主楞：最大變形f=0.63mm＜L/400=600/400=1.5mm，滿足要求。

3 移動模板支架施工工藝

3.1 模板支架組裝步驟

①拼裝蜂巢鋼與鋼次梁，組裝框架系統(tǒng)。

②搭設(shè)圓盤系統(tǒng)支架。

③在鋼次梁梁上打眼，將防水夾板安裝在框架系統(tǒng)上。

④通過角隅連接器組裝連接內(nèi)側(cè)模板與頂模。

⑤裝設(shè)調(diào)整系統(tǒng)與橫撐，并將模板吊至管廊底板上方。

圖12 模板支架組裝圖

3.2 施工工藝流程

整體移動式支架模板的施工工藝流程如圖13所示。

4 工程實例

圖13 移動支架模板施工工藝流程

文章以海口市江東組團(tuán)桂林洋片區(qū)的江東大道二期地下綜合管廊工程為依托，管廊線路總長8171m，為雙艙現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)段約占管廊總長的65%以上，其工程具有線路長、明挖支護(hù)深基坑施工、適合分段流水作業(yè)等特點。

前期施工采用搭拆碗扣模板支架的傳統(tǒng)工藝，需投入大量勞動力，勞動強(qiáng)度高、施工效率低。后期根據(jù)工期進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)效益、安全質(zhì)量及文明等要求采用移動支架模板系統(tǒng)施工管廊廊體。選取一段20m長度管廊廊體施工，現(xiàn)將使用傳統(tǒng)工藝（易安特復(fù)合板+鋼管腳手架）與使用移動式支架模板進(jìn)行對比分析。

4.1 成型結(jié)構(gòu)對比分析

根據(jù)現(xiàn)場廊體施工情況，采用易安特復(fù)合板+鋼管支架施工的廊體結(jié)構(gòu)面拼縫多且拉桿眼修補(bǔ)痕跡明顯。采用移動式支架模板施工的廊體結(jié)構(gòu)面光滑平整，外觀質(zhì)量優(yōu)良。

圖14 易安特模板與移動支架模板施工結(jié)構(gòu)面對比

4.2 經(jīng)濟(jì)效益及工效對比分析

根據(jù)圖15分析可知，20m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段易安特復(fù)合板支架模板施工成本為5.12萬元；20m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段整體移動式支架模板施工成本為3.863萬元。

采用傳統(tǒng)的竹膠板+鋼管腳手架，按20m/節(jié)段從墊層澆筑至主體結(jié)構(gòu)+頂板澆筑+拆除模板需16天完成，需配置10人。采用可移動式模板支架后從墊層澆筑至主體結(jié)構(gòu)+頂板澆筑+拆除模板需12天完成，需配置5人，經(jīng)對比分析得出時間上可節(jié)約4天，人員可減少1/2。

圖15 易安特模板與移動支架模板施工經(jīng)濟(jì)成本對比圖

4.3 安全文明對比分析

易安特模板復(fù)合材料施工需使用到模板、鋼管、拉桿、方木、支架等，且其分別獨立，模板使用過程中需將其分別安裝或拆除，現(xiàn)場散亂零扣件多，文明施工不易保證。見圖16A、B。

整體移動式支架模板安裝整體化、拆除整體化、移動整體化，無散亂零扣件，現(xiàn)場整齊規(guī)范。見圖16C、D。

圖16 易安特模板與移動支架模板施工安全文明對比分析

5 結(jié)論

通過建模模擬實際荷載條件可知，側(cè)墻模板、主次楞、支架在對應(yīng)的荷載條件下，組合應(yīng)力以及剪應(yīng)力都滿足要求。頂板與側(cè)墻的主次楞的最大撓度小于最大允許撓度，滿足要求。

依據(jù)設(shè)計在海口地下綜合管廊桂林洋段變形縫48～51三段標(biāo)準(zhǔn)段處進(jìn)行整體移動式支架模板的拼裝，拼裝完成后將模板吊入管廊底板上進(jìn)行內(nèi)模合模、外模合模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)護(hù)等工序。該三段標(biāo)準(zhǔn)試驗段共長88m，澆筑完成的混凝土結(jié)構(gòu)面光滑平整，無錯臺孔眼，拼縫少，外觀質(zhì)量和結(jié)構(gòu)尺寸以及防水性等方面均滿足設(shè)計要求。整體移動式支架模板的設(shè)計成功，為地下綜合管廊施工標(biāo)準(zhǔn)化、一體化提供了先例，為以后整體移動式模板支架的優(yōu)化提供了可靠數(shù)據(jù)。