超大直徑公路隧道內部結構清水混凝土側墻移動模架施工工藝

胡 杰（上海市基礎工程集團有限公司，上海 200433）

0 引 言

隨著核心城區內現代化立體交通系統的不斷推進，盾構法隧道因其在施工過程中沉降量控制精確、對既有構筑物影響小，在城市隧道建設中應用廣泛。基于施工工期緊、側墻施工空間狹小等現狀，上海市北橫通道新建工程VII標段工程（以下簡稱“VII標段工程”）隧道清水混凝土側墻施工中應用了移動模架施工工藝，采用了整體式移動模板臺車。該側墻模板臺車以主架結構為主要承重結構，結合模板系統、行走系統及緊固裝置，提高了清水混凝土側墻的施工效率和施工質量，同時節約了成本，具有較高的工程實用價值。

1 工程概況

1.1 工程總概況

VII標段工程西起上海市靜安區海寧路晉元路西側，東至周家嘴路大連路東側，線路位于海寧路—周家嘴路主干道下方，地面道路全長3.949 km。工程整體包含福建北路工作井（僅含盾構出洞加固、圓隧道井接頭）—梧州路工作井—安國路工作井（不含東端頭井盾構進洞加固、圓隧道井接頭）盾構圓隧道段、新建路（西）出入口匝道、新建路（東）出入口匝道、高架道路、地面道路、排水、橋梁等土建工程。其中，福建北路井—梧州路井區間起止里程SK12＋034～SK13＋572，全長1 538 m，區間隧道埋深8.0～29.3 m，最大坡度55‰，最小平曲線R＝500 m。梧州路井—安國路井區間起止里程SK13＋642～SK14＋930，全長1 288 m，區間隧道埋深9.9～36.5 m，最大坡度59.9‰，最小平曲線R＝500 m。

1.2 隧道工程概況

區間隧道為單管雙層雙向4車道，采用盾構法施工。隧道采用通用型管片，錯縫拼裝，管片外徑為15 m，內徑為13.7 m，厚度為0.65 m，環寬為2 m，楔形量為40/80 mm，管片混凝土強度等級為C60，抗滲等級≥P12。

隧道內部結構采用預制與現澆相結合的結構形式。其中，口子件、車道板及管片襯砌為預制結構，清水混凝土墻、側墻基座、防撞側石和牛腿基座等結構為現澆施工結構。隧道內部結構示意，如圖1所示。

圖1 隧道內部結構示意圖

傳統的公路隧道對內部結構的表觀質量，如色差等，要求不是很高，通車前一般表面會做裝飾板，減少混凝土結構直接進入人們視線的情況。由于VII標段工程為市重點工程，外界及建設單位對工程施工，特別是隧道側墻的施工，要求極高。本次側墻采用清水混凝土施工，一次成型，不剔鑿修補，不抹灰，后期直接作為通車時的外觀表現。

1.3 清水混凝土側墻施工基本信息

側墻尺寸：標準斷面處側墻厚度為400 mm，北側墻高度為3 290 mm，南側墻高度為2 490 mm。強度等級：清水混凝土C40。施工節段：30 m。

清水混凝土側墻施工質量控制標準，如表1所示。

表1 質量控制標準

2 模架體系設計

傳統側墻施工多采用木模配合對拉螺桿施工，缺點是安裝步驟特別煩瑣，需要在模板上每隔一段距離對稱開孔，若工人施工稍有差錯，側墻兩側模板開的孔不平行，螺栓很難穿過兩側模板；對拉螺桿易與墻體鋼筋產生沖突；后期拆模階段預埋螺桿套管剔除容易破壞混凝土保護層，露出內部鋼筋；側墻施工結束后，還需要人工進行螺桿眼的修補工作，影響整個側墻的美觀性。

傳統的木模施工工藝滿足不了VII標段工程的側墻施工要求，故本次側墻施工采用鋼模施工。同時，VII標段工程采用盾構法施工，管片運輸、同步漿運輸都需要從已建隧道通過，因而模架設計既要適應結構施工節段劃分和澆筑高度需求，又要確保結構整體布局合理和安裝、拆卸運輸方便 。

2.1 模架基本構造

側墻移動模架為邊墻頂拱整體澆筑的自行式臺車形式，由4節組成，每節8 m，主要由模板系統、門架系統、行走系統、連接件及緊固裝置等5大件構成。

（1）模板系統。模板系統主要由鋼模板、背楞和葫蘆組成，分為南北兩側，一側又分為內模和外模（靠近管片），4塊模板高度分別為3 480 mm、3 560 mm、3 560 mm和2 680 mm。一節車架長8 000 mm，由4塊相同模板（每塊環向長度都為2 000 mm）與24 mm螺栓連接組成。外模采用10 mmQ235B鋼板，內模采用2 mmS30408＋8 mmQ235B復合鋼板，不銹鋼面作為面板。外模豎向加勁肋為直線型，間距100 mm，橫向加勁板厚10 mm；內模豎向加勁肋為“L”型，間距200 mm，橫縱向加勁板厚6 mm。每塊模板外側豎向焊接2組支通梁，通梁以模板中心對稱，間隔1 030 mm，1組通梁由2根120 mm×60 mm方鋼管組成，中間空出24 mm間隙。鋼模支模時，間隙可用于上部對拉螺栓的固定。支撐外側環向采用8 000 mm長的17.5號H型鋼與24 mm螺栓進行連接，外模豎向2道，內模豎向3道，使環向鋼模之間形成一個整體。每塊模板上部采用一個葫蘆懸掛，葫蘆上端懸掛在17.5號H型鋼上，南北方向可以移動，北側外模張開量為378 mm，內模張開量為600 mm，南側外模張開量為100 mm，內模張開量為600 mm，可用于模板的清洗和涂脫膜劑。

（2）門架系統。門架系統由南北兩側門架和上部通梁組成，北側門架橫斷面為2根25號H型鋼，間隔1 700 mm，環向間隔1 875 mm一檔。南側門架橫斷面為2根25號H型鋼，間隔2 200 mm，環向間隔1 875 mm一檔。南北方向和環向采用25號槽鋼進行斜撐加固。南北門架上部由32號H型鋼進行連接，環向間隔1 875 mm一檔，32號H型鋼之間南北方向每隔1 800 mm連接20號H型鋼，20號H型鋼上部鋪貼20 mm鋼板，門架系統所有的連接均采用24 mm螺栓連接。

（3）行走系統。每節臺車下部2個行走裝置，由雙驅帶剎車電機驅動沿軌道行走，配備卡軌器，滿足6%坡度的使用需求，電機朝向為沿縱向。

（4）連接件。模架所有的連接均為24 mm螺栓連接，便于拆卸及安裝。

（5）緊固裝置。門架與內模之間采用絲杠加固，絲桿頂至8 000 mm長的17.5號H型鋼上，豎向3道，環向間隔2 000 mm一檔。外模與管片之間使用頂托加固支撐。門架下部連接絲桿，南北方向為4個，環向每節臺車2組絲桿，當支模時，采用絲桿承載，不采用行走輪承載。

2.2 針對性設計

（1）采用蝸輪蝸桿減速機，減速機朝向與盾構現有泥水管路不干涉。

（2）行走機構鏈條設置防護罩，消除安全隱患。

（3）移動模架頂部為滿鋪人工操作平臺，增強了施工作業的安全性。

（4）外模板與管片之間的支撐采用鉆孔植筋固定，避免支撐不足而跑模。

（5）脫模后，模板展開空間可達600 mm，滿足涂刷脫模劑的需求。

（6）采用副門架設計，絲桿較短且無須拆裝。

（7）模板寬度為2 000 mm（2 200 mm），可單獨前后、左右、上下調節。

（8）移動模架單節長度為8 m（8.2 m），各配置獨立控制系統，可分開控制。

（9）鋼模板底部設置橡膠密封，避免混凝土漿液從鋼模板底部漏失。

（10）模板橫移機構設置在頂部，與過車空間不干涉。

（11）上橫梁兩側安裝千斤頂油缸，模板就位后頂至管片上，防止車架位移。

（12）在小半徑轉彎段（R＝500 m），模板法蘭間距約為8.72 mm，現場可視情況加裝10 mm或6 mm連接板，或輔助以木板支撐。

（13）在變坡段，相鄰模板間最大楔形間隙約為204 mm。模板法蘭有預制螺栓孔，現場可視情況嵌入木模或彈性發泡材料進行封堵。

2.3 模架結構驗算

為確保模架體系能夠滿足施工所需的強度、剛度和穩定性要求，需要對模架體系結構進行設計驗算，驗算方案參照國家及行業現行規范，模架結構采用有限元軟件進行建模計算，具體計算過程此處不再詳述。驗算結果如下。

位移最大值為4.09 mm，發生在模板中央位置；模板最大撓度為4.09 mm，小于模板計算長度12 000/400＝30 mm；臺車門架位移最大值為2.82 mm，位于副門架下橫梁上，最大撓度小于橫梁計算長度2 306/400＝5.76 mm；縱通梁位移最大值為2.3 mm，最大撓度小于通梁計算長度12 000/400＝30 mm；底梁最大位移為1.88 mm，最大撓度小于底梁計算長度12 000/400＝30 mm；小模板最大位移為0.3 mm，最大撓度小于模板計算長度1 000/400＝2.5 mm。因此，臺車各部位剛度滿足要求。

通過計算最危險工況下的臺車受力情況，可以得出臺車整體結構的強度、剛度和穩定性滿足要求。

3 清水混凝土生產及運輸控制

3.1 原材料控制

（1）水泥。選用強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥，其質量必須符合GB 175—2021《通用硅酸鹽水泥》的要求。水泥為同一廠家、同一品種、同一強度等級，以盡可能地減少混凝土的外觀色差。

（2）粉煤灰。不使用對混凝土顏色影響非常大的粉煤灰。

（3）礦粉。選用S95，質量符合GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》、CCES 01—2004（2005年修訂版）《混凝土結構耐久性設計與施工指南》和DG/TJ 08－501－2023《粒化高爐礦渣粉在水泥混凝土中應用技術標準》的要求。礦粉為同一廠家、同一規格型號，以盡可能地減少混凝土的外觀色差。

（4）細骨料（黃砂）。不使用堿活性細骨料，使用中砂，品質符合GB/T 14684—2021《建筑用砂》，細度模數2.3～2.9，符合Ⅱ區顆粒級配。粒徑0.06 mm累計篩量≥65%，粒徑0.015 mm累計篩量≥95%，砂中含泥量≤2%，泥塊含量≤0.5%。

（5）粗骨料（碎石）。不使用堿活性粗骨料，使用5～20 mm整形石，品質符合GB/T 14685—2021《建設用卵石、碎石》。碎石采用連續粒級，顏色應均勻，含泥量≤0.5%，泥塊含量≤0.2%，針片狀含量≤8%。

（6）混凝土拌合用水。混凝土拌合用水品質符合JGJ 63—2006《混凝土用水標準》的要求。

（7）外加劑。選用聚羧酸系高性能減水劑，其質量符合GB 8076—2008《混凝土外加劑》及相關規范規定，使用時符合GB 50119—2013《混凝土外加劑應用技術規范》。混凝土減水率＞15%。

3.2 配合比控制

在每次量產前，對水泥、礦粉、黃砂、碎石等原材料進行含水量檢測，確定施工配合比。清水混凝土配合比，如表2所示。

表2 清水混凝土配合比

通過外加劑選型優化，盡可能消除澆筑成品的表觀氣孔數量。

3.3 生產過程控制

（1）確保原材料專料專用。

（2）定機生產，接到生產任務后對拌筒進行清洗，確保拌筒無積水。

（3）清水混凝土攪拌時間比普通混凝土延長30 s，不低于60 s，確保混凝土的勻質性。

（4）指定拌車運輸；拌車裝料前應清洗，做到不混裝；合理調配運輸車輛，確保供料連續性，盡量做到不斷料、不等料。

（5）控制好坍落度（180～220 mm）。首車先拌2 m3，坍落度檢測合格后再批量發料，每100盤相同配合比的混凝土取樣不得少于1次，每一個工作班組相同配合比的混凝土不足100盤時，取樣不得少于1次。

（6）攪拌站指派專人去工地觀察現場坍落度及振搗后混凝土保水性、黏聚性等性能，做到及時調整。

（7）控制混凝土的生產節奏，不得積壓車輛；混凝土到達現場后，嚴禁向裝有混凝土拌合料的拌筒或泵車料斗內加水；攪拌運輸車等候時，拌筒保持低速轉動，防止混凝土離析，并保證現場施工所需的坍落度；當攪拌運輸車到達澆筑現場時，應使攪拌運輸車高速旋轉20～30 s，再將混凝土拌合物倒入泵車受料斗。

4 側墻移動模架施工工藝流程

4.1 模板安裝流程

模架拼裝順序如下：50軌道敷設完成→移動模架通過行走裝置移動到位→底部絲桿支撐→內模和外模通過葫蘆支模→內模采用底部植筋固定，并調節垂直度→外模調節垂直度，并安裝模板上部對拉螺桿→內模3道、外模2道進行絲桿支撐

4.2 混凝土澆筑

（1）澆筑混凝土時，混凝土自由傾落高度不宜超過2 m，超過時應使用串筒、溜槽或導管防止混凝土離析。現場使用串筒直徑為250 mm，單節高度為1 m。

（2）南、北側依次分層澆筑清水混凝土，控制單層清水混凝土的澆筑高度為0.5 m，采用固定泵進行清水混凝土澆筑。

（3）每節清水混凝土側墻澆筑長度為30 m，每側30 m范圍內等間距布置6個下料口，南北兩側共12個下料口，相鄰下料口間距為5 m；每側30 m范圍內等間距布置38個振搗點，南北兩側共76個振搗點，相鄰振搗點間距為0.8 m。

4.3 模架拆模

澆筑完成24 h后進行拆模，將模板兩側絲桿支撐拆除，底部植筋固定拆除，手拉葫蘆將兩側模板打開。

4.4 養 護

混凝土脫模后，采用塑料薄膜或其他進行嚴密覆蓋并保濕養護。采用塑料薄膜養護的混凝土，其敞露的全部表面應覆蓋嚴密，并應保持塑料薄膜內有凝結水。不得使用對混凝土表面有污染的養護材料和養護劑。

5 成品質量分析與改進

5.1 成品質量分析

隧道內第一段側墻澆筑完畢拆模后，發現如下問題。

（1）清水混凝土側墻局部出現氣孔。經過分析，施工流程側墻局部出現氣泡的原因，可能是混凝土澆筑分層不均勻、振搗不充分導致氣泡釋放不充分。

（2）清水混凝土側墻底部出現爛根和麻面。經過分析，施工流程爛根產生的原因，可能是振搗棒插入深度不夠；經過現場查看，側墻底部出現麻面的原因是模板橡膠條與結構之間存在細小縫隙，造成漏漿。

（3）清水混凝土側墻出現漲模。經過分析，施工流程漲模產生的原因是絲桿支撐頂托變形和底部基座植筋鋼筋數跨度大（1 000 mm一檔）。

（4）清水混凝土側墻澆筑出現冷縫。分析混凝土澆筑時間的差異，發現混凝土連續澆筑的地方都會產生冷縫；冷縫的產生還可能與混凝土的外加劑變化有關，也與路途運輸時間較長、混凝土通過管路下料至隧道內攪拌運輸車中水分損失較大有關。

5.2 優化措施

（1）嚴格控制澆筑高度約為0.5 m，分層均勻澆筑，間隔1 m振搗一次，振搗充分。

（2）最底部0.5 m側墻澆筑時，振搗棒充分振搗，模板橡膠條與結構之間粘貼雙層面膠，防止跑雙漿。

（3）模板絲桿支撐數量增加，減少頂托受到的力，從而防止變形。底部基座植筋鋼筋數增加（0.6 m一檔）。

（4）與攪拌站溝通交流，減少混凝土的外加劑和增大混凝土的坍落度（250±20 mm）。

6 結 語

基于VII標段工程隧道內部結構側墻施工的特殊要求，制訂了采用移動模架體系的施工方案，設計了移動模板臺車。通過有限元計算分析最危險工況下的臺車受力情況，可以得出臺車整體結構的強度、剛度和穩定性滿足要求。同時配合合理的工藝流程及優化措施，能確保結構施工的質量能夠滿足設計及規范要求，并保證施工安全。