懸吊法支模設計與施工研究

饒應貴

中交一公局第七工程有限公司，中國·河南 鄭州 451450

1 引言

在現澆鋼筋混凝土工程中，模板工程占重要地位，它直接影響整個工程的質量、工期和成本。在鐵路隧道套襯施工中，我們根據工程既有線施工特點，利用隧道二襯結構進行懸吊法支模現澆套襯混凝土，取得了較好的質量、工期和成本效益。

2 工程概況及方案的選擇

該隧道位于中國重慶合川區境內，于2010年開工建設，2015年底開通運營，全隧圍巖Ⅲ~Ⅴ級，局部節理較發育，該段線路為雙線有渣軌道，隧道凈空斷面采用時速200km/h開行雙層集裝箱客貨共線襯砌，目前運行時速160km/h。套襯位于隧道K771+028~K771+031 段下錨段（共計3m）。根據施工圖，在該段既有二襯外加襯厚度為25 公分的C40 細石混凝土。在既有線隧道內，現澆混凝土，模板設計及施工成了該套襯是否成功的關鍵。根據多方論證和計算，我們采用懸吊法支立模板澆筑混凝土的方案進行。

3 懸吊支撐系統設計與施工工藝

3.1 模板及連接桿設計與標準

模板采用定型組合鋼模板廠家定制，規格為50（寬）cm×150（長）cm，面板采用厚度為3mm 的鋼板，背棱設35cm 間距角鋼支撐，單塊模板重量45kg。每塊鋼模板上設置螺栓孔，利用既有二襯砼，植入M20 化學錨栓，植入原襯砌深度大于20cm，且不能刺破防水板，外露錨栓加工成絲桿形式，穿過模板螺栓孔后用螺母進行固定，每塊模板間采用M16 螺栓連接[1]。

螺栓強度控制標準依據GB50017—2017《鋼結構設計標準》，螺栓內力控制標準，本次計算M20 螺栓拉力控制標準選取50kN。本次計算M20 螺栓剪力控制標準選取28.5kN。依據中國相關技術規范、工程標準等給出的套襯鋼板強度控制標準值，本次計算選用鋼板設計強度抗拉壓強度為200MPa。根據GB50204—1992《混凝土結構工程施工及驗收規范》第2.2.4 條及本隧道跨度最小約14m，套襯鋼板變形控制標準為模板構件計算跨度的1/400，計算值為35mm。

3.2 模板受力分析

3.2.1 計算假定

①模型采用荷載—結構模型進行計算，將二襯結構考慮為穩定結構，忽略二襯對模板的影響；

②套襯模板澆筑砼施工期間不考慮地震作用，灌注混凝土荷載，模板重力和列車空氣動力學效應疊加作用下的每塊模板按3 根M20 化學螺栓進行受力和變形檢算；

③由于列車產生的軌道振動力傳至墻腳很小，故可忽略不計；

④M20 螺栓采用beam 單元進行模擬，模板采用shell 結構單元，螺栓與混凝土接觸位置的位移邊界考慮為固端。

3.2.2 荷載計算過程簡述及結論

計算過程中考慮：模板重力公式（1）：

其中，M為模板重力；ρ為模板材料密度；V為模板體積；g 為重力加速度；采用理論自重。

灌注砼豎向荷載公式（2）：

其中，Pv為灌注混凝土豎向壓力；γc40為灌注混凝土C40 重度，依據GB50010—2010《混凝土結構設計規范》取值24kN/m3；h為套襯厚度，只考慮俯視范圍。

灌注砼水平荷載公式（3）：

注：取二式中小值。

其中，F 為新澆筑混凝土對模板的最大側壓力（kN/m2)；γ c為混凝土的重力密度（kN/m3）；t0為新澆混凝土的初凝時間（h），本次取3h；V 為混凝土的澆筑速度（m/h），本次取5m/h；H 為混凝土側壓力計算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度（m）；b1 為外加劑影響修正系數，不摻外加劑時取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時取1.2，本次計算取值1.0；b2為混凝土坍落度影響修正系數，當坍落度小于30mm 時，取0.85，50~90mm 時，取1.0，110~150mm 時，取1.15，本次計算取值1.15。考慮傾倒砼產生的水平荷載，計算取4KN/M2；由于是自密實砼，不考慮振搗產生的水平荷載[2]。

列車空氣動力學效應公式：

?P=kv2βN

其中，?P為車體表面壓力變化幅值；k 為條件系數，與車頭外形、隧道長度等有關；β為阻塞比；v 為列車運行速度；N 為車體表面壓力變化幅值對應的阻塞比冪指數系數，根據壓力變化幅值與阻塞比的關系可知，N 約等于1。

4 施工方法及順序

利用既有二襯面打設的錨栓懸吊模板，實現砼現澆施工。錨栓環向間距和縱向間距均為0.5m 設置，錨栓植入二襯深度大于20 公分，每根錨栓抗拔力大于30KN（逐根做抗拔力試驗）。模板宜提前洞外試拼和打磨后，由人工將模板逐塊搬運至作業架上，利用火車軌道推行至安裝地點進行安裝，拱頂模板采用定滑輪運至拱頂安裝。安裝時，應將模板插入預留的錨栓孔位置后，擰緊錨栓螺母和模板間螺母。模板安裝時從兩側拱腳開始，對稱均勻安裝，推薦一次性安裝成環，也可先安裝滿足首次澆筑砼高度模板，模板安裝加固完成后，應報檢，合格后方可澆筑砼。

5 主要技術措施

為保證施工及運營安全，拱部襯砌120 度范圍模板加固，采用6 根I14 工字鋼+M20 化學錨栓（每根抗拔力≥30KN）綜合受力。I14 工字鋼設置6 根，向均布設置，工字鋼錨墊板處設置4 根化學錨栓，錨入既有襯砌不少于40cm。M20 化學螺栓環、縱向間距均為0.5m，錨入既有襯砌不少于20cm。套襯模板，采用Φ10 鋼管在模板背面設置背肋，所有加固采用焊接或栓接，化學錨栓、格柵拱架、模板及工字鋼需成為一個受力整體。根據施工需要，在拱頂位置設置進漿孔，出氣孔和觀察孔。混凝土澆筑分3 次進行，第一次澆筑高度應小于4m，依據受力計算，如果澆筑高度大于4m，邊墻底的每根化學錨栓承受重量超過安全系數，隨時可能存在爆模風險；第二次澆筑高度為第一次澆筑位置到拱墻120 度范圍邊緣；第三次澆筑為拱部120 度范圍。在澆筑第三次澆筑時，可用鋼管加頂托將工字鋼頂住，增加穩定性。澆筑過程中派專人察看模板情況，發現模板變形或漏漿時，應暫停澆筑，及時采取有效措施加固或封堵[3]。

6 主要經濟技術效果

6.1 降低工程成本

由于取消了常規支模，下部大量支撐系統，使支撐系統大大簡化。支模施工不受通車運營影響，滿足既有線鐵路施工要求。各種構配件、模板、支撐桿件、連接桿必須回收，運出洞外，大大減少了模板損耗，降低了工程成本。

6.2 提高工效

采用懸吊法支立模板，省去了現場搭設作業架，作業架在洞外搭設后，推行至施工地點，大大節約了搭設架子時間；每塊模板重量只有45kg，人工即可搬運，提高了架子工，模板工的工效。

6.3 縮短工期

由于模板在洞外提前試拼且設置了錨栓孔，模板運至現場即可安裝，大大節約了，模板調整時間，縮短了工期。

6.4 保證工程質量

模板采用定型鋼模板，模板拼裝，采用絲桿和螺母形式固定，操作簡便，易調整和拆卸，保證了工程外觀質量。