地下綜合管廊施工中鋁合金模板設(shè)計(jì)研究

盧彥明 張勝寧

鋁合金模板是一種用于建筑施工的模板系統(tǒng)，模板材質(zhì)為鋁合金。地下綜合管廊是指在城市地下或地下空間中建設(shè)的用于容納各種不同類型的地下管線和設(shè)備的通道或通道系統(tǒng)。地下管線和設(shè)備包括給水管道、污水管道、電信線纜、燃?xì)夤艿馈㈦娏€路以及熱力管道等。

1 在地下綜合管廊施工中應(yīng)用鋁合金模板的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

1.1 輕量化與高強(qiáng)度

鋁合金模板的輕量化特性，使其在運(yùn)輸和安裝過程具有較低的物流成本。相較于傳統(tǒng)鋼模板，鋁合金模板密度小、質(zhì)量輕。在運(yùn)輸相同面積的模板時(shí)，鋁合金模板所需的運(yùn)輸車輛更少，燃油消耗更低。因此可以降低運(yùn)輸成本，進(jìn)而提高施工效率。鋁合金模板的高強(qiáng)度特性，能夠保證其在施工過程中的穩(wěn)定性和耐用性。經(jīng)過精心的設(shè)計(jì)，使其能夠承受施工過程中的各種荷載，不易變形和破損，降低模板的更換頻率，延長模板的使用壽命，進(jìn)一步節(jié)約成本。

1.2 良好的耐腐蝕性

由于地下環(huán)境通常潮濕且含有腐蝕性介質(zhì)，傳統(tǒng)鋼模板容易被腐蝕，導(dǎo)致其使用壽命縮短，需要頻繁更換和維修，增加了施工成本和維護(hù)費(fèi)用。然而，鋁合金模板具有良好的耐腐蝕性，能夠抵抗地下環(huán)境的腐蝕，保持長時(shí)間穩(wěn)定。因此，采用鋁合金模板可以減少模板的更換和維修頻率，降低相應(yīng)的成本，提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 高精度與穩(wěn)定性

鋁合金模板的制造精度較高，可確保施工過程中的準(zhǔn)確度和一致性。這種高精度使管廊結(jié)構(gòu)更加精確和穩(wěn)定，減少因施工誤差引起的調(diào)整和修復(fù)。同時(shí)，鋁合金模板具有較高的穩(wěn)定性，能夠抵抗變形和位移，減少潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，降低事故發(fā)生的可能性，使施工過程更順利。

1.4 高周轉(zhuǎn)率與低成本

高周轉(zhuǎn)率意味著其能夠在多個(gè)項(xiàng)目中反復(fù)使用，降低了施工方的材料成本。傳統(tǒng)模板大多只能一次性使用，每個(gè)項(xiàng)目都需要購買新模板，導(dǎo)致投資成本較高。而鋁合金模板的結(jié)構(gòu)和材料特性，使其使用壽命更長，能夠經(jīng)受多次施工，且施工過程中無須頻繁更換模板，減少了材料成本，提高了施工效率。高周轉(zhuǎn)率和長壽命的特性，使鋁合金模板在項(xiàng)目施工中得到越來越廣泛的應(yīng)用[1]。

1.5 環(huán)保與可持續(xù)性

鋁合金模板的再利用率較高，它由可回收材料制造而成，在使用壽命結(jié)束后，經(jīng)過回收處理可以再次利用，這降低了資源消耗，避免了廢棄物的產(chǎn)生，符合環(huán)保要求。這種可持續(xù)性不僅有助于減少對(duì)自然資源的需求，而且降低了廢棄物處理和環(huán)境治理的成本。鋁合金模板在施工過程中不需要使用木材等自然資源，減少了對(duì)森林的破壞，進(jìn)一步保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。其環(huán)保性與可持續(xù)性為地下綜合管廊的施工帶來了長期的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也促進(jìn)了項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境保護(hù)雙贏[2]。

1.6 良好的隔熱性能

鋁合金模板具有良好的隔熱性能，可以有效阻擋熱傳導(dǎo)，減少能量損失。地下管廊施工過程中，需要維持一定的環(huán)境溫度。鋁合金模板具有良好的隔熱性能，可以使管廊內(nèi)部的溫度更加穩(wěn)定，進(jìn)而降低能源消耗，減少費(fèi)用支出，帶來經(jīng)濟(jì)效益。此外，它還能減少溫度變化對(duì)管廊結(jié)構(gòu)和設(shè)備的影響，降低設(shè)備的維修頻率，進(jìn)一步節(jié)約維護(hù)成本。

2 項(xiàng)目概況

蘭州榆中生態(tài)創(chuàng)新城學(xué)府大道（夏緯七路-科十五街）道路及綜合管廊新建工程，位于甘肅省蘭州市榆中縣夏官營鎮(zhèn)，是城市主干道，道路總長3116.648 m，雙向6 車道，設(shè)計(jì)時(shí)速50 km/h。道路兩側(cè)各有10 m 的綠化帶，總寬60 m。本文管廊工程全長3000 m，采用單層三艙鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主要截面尺寸包括2 種：A 標(biāo)準(zhǔn)斷面為8.4 m×4.1 m，B 標(biāo)準(zhǔn)斷面9.1 m×4.9 m，每個(gè)艙均為三艙矩形結(jié)構(gòu)。入廊管線包括電力、通信、燃?xì)狻崃驮偕取Ｔ摰貐^(qū)屬于溫帶半干旱氣候，有大陸性和季風(fēng)性氣候特征，降水少，熱量豐富，年日照時(shí)數(shù)為2665.9 h，年平均氣溫為6.6 ℃，最大凍結(jié)深度為118 cm。

根據(jù)規(guī)定，該管廊工程屬于超過一定規(guī)模的危大工程。為應(yīng)對(duì)現(xiàn)場實(shí)際情況，將全線管廊劃分為A 段、B段和C 段，并同時(shí)進(jìn)行施工。其中，B 段綜合管廊的標(biāo)準(zhǔn)斷面為單層三艙鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主要截面包括電艙和綜合艙，管廊頂板和底板厚度均為400 mm。

本工程是蘭州市榆中縣的重點(diǎn)工程，建成后將大大提升該地區(qū)的交通狀況和基礎(chǔ)設(shè)施水平，促進(jìn)城市的發(fā)展。同時(shí)，工程建設(shè)也面臨一定的技術(shù)挑戰(zhàn)和施工難題。在施工過程中，需要充分考慮當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)和氣候等條件的影響，采取科學(xué)合理的施工方案和技術(shù)措施，確保工程質(zhì)量和安全。為實(shí)現(xiàn)快速建造，利用多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，采用鋁模快拆體系，避免現(xiàn)場測(cè)量和切割，提高施工效率，加快施工進(jìn)度，節(jié)約管理和人工成本，為項(xiàng)目的成功實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。下面以學(xué)府B段綜合管廊為例，研究城市綜合管廊項(xiàng)目中鋁合金模板的設(shè)計(jì)。

3 鋁合金模板的設(shè)計(jì)原則

3.1 變形限制和承載力要求

鋁合金模板的普及為地下綜合管廊施工提供了經(jīng)濟(jì)、高效且可靠的解決方案[3]。為減少施工誤差、提高施工質(zhì)量，本項(xiàng)目鋁合金模板單板的最大變形量不得超過1.5 mm，背楞的變形量不應(yīng)超過2.0 mm，可調(diào)支撐的變形量不應(yīng)超過計(jì)算長度，且不用大于跨度的1/1000。在承載力方面，樓面設(shè)計(jì)承載力不應(yīng)小于10 kN/m2，目的是確保樓面能夠承受施工過程中的各種荷載，保證施工的安全性。墻、柱、板應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度來支撐建筑結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)承載力不應(yīng)小于60 kN/m2。這些承載力要求有助于保證施工的安全性和持久性。

3.2 材料選擇原則

鋁合金模板材料采用的是6061-T6 鋁合金。這種材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，如抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度均能達(dá)到200 N/mm2，使模板在施工過程中能夠承受各種應(yīng)力，保持穩(wěn)定性和完整性，可確保施工的安全性。型材采用一次性擠壓成型的65 型50-400U型材，面板厚度為4 mm，邊肋高為65 mm。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使模板既輕便又耐用，便于施工操作。為了保證模板的穩(wěn)定性和施工效果，墻柱模板的計(jì)算長度不應(yīng)大于800 mm，樓板模板的計(jì)算長度不應(yīng)大于1300 mm。這樣能夠確保模板在承受荷載時(shí)不會(huì)發(fā)生較大的變形，從而保證施工的安全與質(zhì)量。

3.3 背楞加固體系設(shè)計(jì)原則

為保證支撐效果和穩(wěn)定性，背楞間距不應(yīng)大于800 mm，墻底部的背楞距離地面的高度不應(yīng)超過300 mm，頂部的背楞與樓板之間的距離不應(yīng)大于700 mm。螺桿是加固模板的重要部件。第1 道螺桿應(yīng)距離地面250 mm，螺桿間距應(yīng)根據(jù)拉片、拉桿形式以及計(jì)算結(jié)果來確定，但不應(yīng)大于800 mm。當(dāng)墻體的厚度小于600 mm 時(shí)，螺桿直徑不應(yīng)小于16 mm；當(dāng)墻體厚度為600 mm 及以上時(shí)，螺桿直徑不應(yīng)小于20 mm。斜撐的作用是為模板提供側(cè)向支撐，其間距不應(yīng)大于2000 mm。同時(shí)，當(dāng)單面墻體長度超過2000 mm時(shí)，為了保證支撐的穩(wěn)固性，斜撐的數(shù)量不應(yīng)少于2 根[4]。背楞加固體系如圖1 所示。

圖1 背楞加固體系（來源：網(wǎng)絡(luò)）

3.4 銷釘體系設(shè)計(jì)原則

在長度方向上，模板間的銷釘間距不應(yīng)大于300 mm。在寬度方向上，銷釘間距不應(yīng)大于150 mm。每個(gè)方向上的銷釘數(shù)量不應(yīng)少于2 個(gè)。這樣能夠確保模板連接牢固，避免模板在施工過程中出現(xiàn)錯(cuò)位或移動(dòng)的現(xiàn)象，進(jìn)而提高模板的剛度和穩(wěn)定性，使其能夠承受施工過程中的各種應(yīng)力和壓力，保障施工的精確性[5]。

3.5 可調(diào)立桿設(shè)計(jì)原則

可調(diào)立桿是地下綜合管廊施工中的重要支撐部件如圖2 所示。為提高施工的安全性和穩(wěn)定性，保證立桿的剛度和穩(wěn)定性，可調(diào)立桿的長細(xì)比不應(yīng)大于180。立桿的縱向和橫向間距均不應(yīng)大于1300 mm，以便確保立桿間的支撐能力均衡，防止因間距過大導(dǎo)致的支撐不穩(wěn)定[6]。

圖2 可調(diào)立桿（來源：網(wǎng)絡(luò)）

3.6 配模原則

在地下綜合管廊的鋁合金模板體系中，墻板和樓面板均采用標(biāo)準(zhǔn)板。標(biāo)準(zhǔn)板的寬度范圍為50 ～400 mm，以50 mm 的模數(shù)進(jìn)級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)化是為了提高生產(chǎn)效率，簡化庫存管理。在實(shí)際施工中，會(huì)出現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)板的需求，為滿足這些特殊需求，可對(duì)標(biāo)準(zhǔn)板進(jìn)行加工。如若非標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)板的寬度為450 mm 的時(shí)候，則可以將1 塊寬度為300 mm 的標(biāo)準(zhǔn)板和1 塊150 mm 標(biāo)準(zhǔn)板焊接在一起[7]。

4 地下綜合管廊施工中鋁合金模板設(shè)計(jì)

4.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

合理設(shè)置模板厚度和布置肋板是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)師需要根據(jù)管廊的實(shí)際尺寸和荷載要求，精確計(jì)算模板的最小厚度，確保其承載力和穩(wěn)定性。通過合理布置肋板，可以有效增強(qiáng)模板的抗彎剛度和整體穩(wěn)定性，防止其在施工過程中變形或失穩(wěn)[8]。模板的連接結(jié)構(gòu)優(yōu)化是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要內(nèi)容。設(shè)計(jì)師需要充分考慮模板的連接方式和連接位置，使連接結(jié)構(gòu)能夠承受施工過程中的各種力和變形。采用高強(qiáng)度螺栓和可靠的插銷連接，能夠確保模板緊密連接和穩(wěn)定傳遞荷載，提高整體結(jié)構(gòu)的可靠性。

輕量化設(shè)計(jì)是鋁合金模板結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要手段。在滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求的前提下，通過減輕模板的自重，降低施工過程中的勞動(dòng)強(qiáng)度和機(jī)械設(shè)備負(fù)擔(dān)。設(shè)計(jì)師可以通過優(yōu)化肋板形狀和采用輕質(zhì)材料填充等方式實(shí)現(xiàn)模板輕量化。通過不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和引入新材料與新技術(shù)，可以進(jìn)一步提高鋁合金模板的施工效率和安全性，為地下綜合管廊的高質(zhì)量施工建設(shè)提供有力保障。

4.2 連接方式設(shè)計(jì)

在模板側(cè)邊或角落設(shè)置插槽，并在相鄰模板上設(shè)置相應(yīng)的插銷，通過將插銷插入插槽，來實(shí)現(xiàn)模板間的快速連接和固定。該方式具有結(jié)構(gòu)簡單和操作方便的特點(diǎn)，能夠提高模板的拼裝速度，縮短施工周期。在模板的連接位置設(shè)置螺栓孔，使用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，也能夠固定模板。該連接方式具有較高的可靠性和承載能力，適用于對(duì)連接要求較高的模板。螺栓連接具有可調(diào)節(jié)性，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)，確保模板間的緊密配合。

為提高連接的牢固性和可靠性，還可采用焊接或膠粘的方式來連接模板。焊接是將相鄰模板的金屬部分永久連接，能夠提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。膠粘的方式則可以填充模板間的微小縫隙，提高連接的密封性和防水性能。

模板的連接方式要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)，要滿足特定的施工要求和使用環(huán)境。通過合理設(shè)計(jì)連接方式，能夠確保模板連接的穩(wěn)定性和可靠性，提高施工質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)師需要根據(jù)管廊結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、施工要求和使用環(huán)境等因素，綜合分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)最佳的連接效果。

4.3 細(xì)節(jié)處理

由于鋁合金模板的邊緣往往較為鋒利，容易劃傷施工人員或造成其他安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，為了降低安全風(fēng)險(xiǎn)也為了提高施工人員的操作舒適性，需要處理模板邊緣，可以采用倒角的方式將模板邊緣處理圓滑，或安裝保護(hù)條加以覆蓋。在地下綜合管廊的施工過程中，模板表面可能會(huì)受到水、油或其他液體的污染，導(dǎo)致施工人員在操作時(shí)滑倒。為了解決這個(gè)問題，要對(duì)模板表面進(jìn)行防滑處理，如增加紋理或噴涂防滑涂層等，提高表面的摩擦系數(shù)和防滑性能，確保施工人員的操作安全。模板的準(zhǔn)確定位和牢固固定對(duì)于保證施工質(zhì)量至關(guān)重要[9]。在模板上設(shè)置定位孔或做出標(biāo)記，方便施工人員準(zhǔn)確定位，同時(shí)，還可以使用夾具或支撐結(jié)構(gòu)等輔助工具，確保模板在施工過程中保持穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生位移或變形。

5 結(jié)語

地下綜合管廊施工中鋁合金模板的質(zhì)量，不僅關(guān)乎工程質(zhì)量和效率，也關(guān)系到項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展。通過深入探討與實(shí)踐，明確了鋁合金模板的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)策略，以期在保障工程安全與質(zhì)量的同時(shí)，發(fā)揮鋁合金模板的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)綠色、高效的地下管廊建設(shè)。未來，隨著科技的飛速發(fā)展，地下綜合管廊施工中鋁合金模板的應(yīng)用將面臨更多機(jī)遇和挑戰(zhàn)，數(shù)字化和智能化技術(shù)將與鋁合金模板深度融合，提供全新的設(shè)計(jì)思路和解決方案。期待通過持續(xù)的研究和實(shí)踐，使鋁合金模板更加廣泛地應(yīng)用于地下綜合管廊施工建設(shè)中。