长株潭客运专线盾构井主体结构内外支模架设计与分析

焦斌斌

【摘要】 结合长株潭城际铁路客运专线树木岭隧道洞身明挖段工程盾构井主体结构的施工方法，对放坡开挖的盾构井主体结构内外支模架分别从设计、施工、地基承载力、支架自身结构的稳定性等方面进行了分析，并实践证明是安全、经济、可靠的。对同类工程有应用参考价值。

【关键词】 客运专线 主体结构 内外支模架

1.工程概况

树木岭隧道洞身明挖段施工里程为DK8+902.5～DK9+743，合计840.5米。基坑采用3～6级放坡开挖。DK8+902.5～DK8+921.5为盾构始发井，DK8+921.5～DK9+741.5为明挖区间，后接湘府路站。 盾构井处基坑开挖深度24m，盾构井主体结构外包尺寸33m×19.5m，高24m。

2.承重支模架设计及施工

2.1承重支模架的设计

根据计算比较，盾构井从底板开始自下向上施作，即：底板→侧墙（盾构始发钢环安装）及中隔墙→中框梁及以下墙（包括中隔墙）→顶框梁→LZ及以下墙，中板及顶板留到最后盾构段施工结束后进行浇筑。主体结构施工前，应先作好底板以下接地网和垫层砼，结构外防水层等工作。

2.2承重支模架计算书

在计算强度时考虑的荷载主要有混凝土自重、施工及倾倒混凝土产生的荷载、振捣混凝土产生的荷载、方木及模板自重。

1、支撑体系荷载计算

模板结构体系自重标准值Q1=0.5KN/m2；

新浇混凝土（包括钢筋）自重标准值Q2=26KN/m3，顶板最大厚度为1.0m，钢筋混凝土均部荷载为26KN/m3*1.0m=26KN/m2；

振捣混凝土时产生的荷载标准值Q3=2KN/m2；

模板荷载为Q4=0.5KPa

施工（人员及设备）活载为Q5=2.5KPa

立桿承载力验算

单根立杆实际承受的荷载为0.9×0.9×38550=31226N=31.226KN

立杆理论承受的荷载为：N=ζ*A*f=0.910×489.055mm2×205N/mm2=91.233KN

立杆承受荷载实际值小于理论值，符合要求。

碗扣节点承载力验算：依据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》：

下碗扣组焊后剪切强度不小于60KN，显然N=31.226KN<60KN，符合要求。

2、模板及支撑体系受力检算

主体结构顶板混凝土取最大厚度1.0米厚，混凝土密度取24kN/m3，板每立方米混凝土的钢筋密度取1.1kN/ m3，模板荷载0.5 kPa，振捣（混凝土）荷载2 kPa，施工（人员及设备）活载2.5 kPa。

建筑施工计算手册有关规定，模板所受荷载为组合荷载，

F板=F混+F钢+F模+F振+F活

F板=Hg混×1.2+Hg钢×1.2+F模×1.2+F振×1.5+F活×1.5

g混：混凝土密度

g钢：每立方米混凝土钢筋密度

F模：模板荷载

F振：振捣（混凝土）荷载

F活：施工（人员及设备）活载

F板=1.2×24×1.2+1.2×1.1×1.2+0.5×1.2+2×1.5+2.5×1.5

=43.5kPa

∴顶板最大荷载按43.5kPa考虑

侧墙混凝土厚1.1米，浇筑速度控制在每小时1.2米，浇筑温度控制在15℃。倾倒混凝土时采用泵管进行浇筑，查《建筑施工手册》第四版得： F倾取为2kPa

根据《混凝土结构工程施工及验收规范》提出得新浇混凝土作用在模板上的最大侧压力公式得：

其中F：新浇混凝土对模板的最大侧压力（kPa）

rc：混凝土的重力密度（kN/m3）

t0：新浇混凝土的初凝时间（h），可按实测确定。

v：混凝土的浇筑速度（m/h）

H：混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总高度（m）

β1：外加剂影响修正系数，不掺外加剂取1.0；掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2

β2：混凝土塌落度影响修正系数，当塌落度小于30mm时取0.85；50～90mm时，取1.0；110～150时，取1.15。

∴

所以侧墙所受荷载最大值为66.7kPa。

3、模板拉杆计算

模板拉杆用于连接内、外两组模板，保持内、外两组模板的间距，承受混凝土侧压力和其它荷载，使模板有足够的刚度和强度。本工程模板拉杆采用对拉螺栓，采用3号圆钢制作。其计算公式为：

F=F侧A

已知混凝土对模板的侧压力为66.7 KN/m2，a=0.5m，b=0.5m

拉杆承受的拉力为：F=66700×0.5×0.5=16675N

查表得：直径为M14螺栓容许拉力为17800N>16675N，满足要求。

2.2承重支模架施工

（1）当底板或中板砼强度达到2.5Mpa时，方可开始搭设脚手架。

（2）距地面以上15cm设扫地杆，当立杆基础不在同一高度上时，必须将高处的纵向扫地杆向低处延长两跨与立杆固定，高低差不大于1m。

（3）每搭完一步脚手架后，按如表校正步距、纵距、横距及立杆的垂直度。

（4）脚手架四边与中间每隔三排支架立杆应设置一道横向剪刀撑，由底到顶连续设置。

（5）脚手架两端与中间每隔4排立杆从顶层开始向下每隔3步设置一道水平剪刀撑。

3.施工支模架（外模）设计及施工

3.1施工支模架（外模）设计

洞身明挖段主体结构最高高度为24m，结构外侧的施工脚手架为双排钢管脚手架，搭设高度为26.0m，立杆采用单立管。

搭设尺寸为：立杆的纵距1.50m，立杆的横距1.05m，立杆的步距1.80m。

采用的钢管类型为φ48×3.5mm，连墙件采用2步2跨，竖向间距3.60m，水平间距3.00m。

施工均布荷载为2.0KN/m2，同时施工2层，脚手板共铺设4层。

在外架内设置一个之字型斜道，斜道宽度1m，坡度为1∶3。拐角处设置平台，宽度1m。斜道的脚手板上每隔250mm-300mm设置一根防滑木条，木条厚度20-30mm。

外脚手架采用2000型密目网全封闭，并用乙烯安全绳将网与钢管绑扎牢固。施工层下方采用安全网及脚手板全封闭。

3.2施工支模架（外模）施工

（1）拉线、搭设立杆，设置纵横向扫地杆，扫地杆采用直角扣件固定在距底座上不大于200mm处在立杆上。

（2）双排架先立里排立杆，后立外排立杆。每排立杆先立两头的，再立中间。立杆上的对接扣件交错布置。相邻两根立杆的接头不应设置在同一步内，同步内隔根立杆的两个相隔接头在高度上错开不小于500mm，各接头中心至主节点的距离不大于步距的1/3。

（3）木脚手板设置在三根横向水平杆上。脚手板对接平铺时，接头处必须设两横向水平杆，脚手板外伸长度为130-150mm，两块脚手板外伸长度和不大于300mm。脚手板搭接铺设时，接头必须在横向水平杆上，搭接长度大于200mm，伸出横向水平杆的长度不小于100mm。

4.结论

在本工程施工过程中严格按照本方案进行操作，经过现场工序验收，施工质量均符合设计及施工验收规范的要求，安全目标符合要求。因此在本工程中采用的内外支模架体系能够满足盾构井主体结构施工的稳定性要求。同时也为类型工程提供了经验。

参考文献

[ 1 ] JGJ130-2001， 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[ S].

[ 2 ] JGJ 166 - 2008，建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范[ S].