桁架-斜撑式模板在明挖隧道侧墙施工中的应用

孙 俊

1. 上海建工四建集团有限公司 上海 201103；2. 上海建筑改建与持续利用工程技术研究中心 上海 201103

随着城市建设的飞速发展，地面建设已经承受不住日益膨胀的人口和紧张的土地资源所带来的重荷；与此同时，有限的城市道路资源，难以满足机动车辆快速增长的需要。

于是现代化城市逐渐从外延式的城市空间扩张走向内涵式城市地下空间开发，城市地下空间开发蓬勃发展起来。而市区长距离地下隧道正是地下空间开发的一种新的发展趋势，能有效缓解过境交通的压力。

市区长距离隧道的建设往往位于城市主干道的下方，而这类的地下隧道在建设的过程中，势必对本已繁忙的地面交通造成一定的影响，尽早还路于民的需求必然迫切，因此这类工程工期相对比较紧张。如何在现有的施工条件下，通过优化施工工艺，完善施工组织，从而最终达到缩短施工工期，降低对周边环境的影响，是施工技术发展的趋势。

1 工程概况

作为无锡第一大道的太湖大道，横跨无锡市锡山、新区、南长、滨湖4个区，东接沪宁高速无锡东互通，西至环湖路太湖风景区。本标段为无锡市太湖大道节点改造工程SD2标，桩号K1＋889～K3＋578，全长1 689 m，工程范围自通杨路至塘南三支路，工作主要内容为隧道主体结构的新建（图1、图2）。

图1 太湖大道节点改造工程SD2标地理位置

全线围护结构设计采用φ850 mm的SMW工法桩，长15～17 m，采用第1道钢筋混凝土支撑，第2道φ609 mm钢管支撑。

全线采用4车道，结构尺寸为底板厚850 mm，侧墙厚850 mm，顶板厚500 mm，顶板折板厚500～850 mm渐变，中隔墙厚700 mm。结构内净高为5.20 m，净宽为8.60 m。

图2 太湖大道节点改造工程SD2标标准段断面

本工程隧道结构的特点在于，隧道常规段结构类型简单，形式单一，隧道几何尺寸完全相同。

2 施工难点及对策

针对本工程隧道结构的特点，常规的隧道结构施工顺序为：先施工结构底板，然后一次性施工隧道侧墙及顶板，最后施工防撞墙（图3）。

图3 常规隧道结构施工顺序

但常规的施工方法有以下缺点[1-2]：

1）常规的侧墙-顶板一次性施工，对于排架的搭设及侧墙支模相对比较繁琐，由于侧墙的支模与顶板排架搭设融合在了一起，增加了整个排架及模板体系的复杂程度，降低了施工效率；同时，在顶板浇筑完成后，侧墙模板的拆除已经无法采用机械化施工，必须由人工进行拆除，导致模板拆除效率较低。

2）常规的隧道结构防撞墙均与侧墙分开，在结构施工完成后，再进行防撞墙的施工，由于结构施工完成后形成了一个相对封闭的施工环境，造成防撞墙施工组织相对困难，施工效率比较低。

针对常规方法施工效率较低的缺点，我们改变思路，将复杂的施工方法简单化，引入侧墙-防撞墙一体化设计施工理念，侧墙-顶板分次施工理念。

调整施工步骤为：先浇筑结构底板，再单独浇筑侧墙，最后浇筑顶板（图4）。

通过上述施工顺序的调整，规避了常规方法的缺点，有利于隧道结构的高效施工，主要表现为：

1）侧墙-防撞墙一体化施工，将原本繁琐的防撞墙单独施工工况融入到侧墙施工中，一次性完成，提高效率。

图4 调整后的侧墙-顶板浇筑顺序

2）侧墙-顶板分次施工，将原本复杂的排架的搭设及侧墙支模拆分成2道相对简单的工序，机械化施工的程度更高，由于施工相互不受干扰，有利于结构的高效施工。

3）本工程对侧墙-顶板分次浇筑、侧墙-防撞墙一次浇筑成型技术的应用，导致结构施工顺序的调整，为侧墙支模采用工具化、机械化施工创造了条件，有利于结构的高效施工。

3 桁架-斜撑式大型侧墙整体钢模板施工技术

本工程对侧墙-顶板分次浇筑、侧墙-防撞墙一次浇筑成型技术的应用，导致结构施工顺序的调整，为侧墙支模采用工具化、机械化施工创造了条件，侧墙支模不再受制于顶板。对于侧墙模板的设计我们力求定型化、工具化、机械化，既要方便安拆，加快施工速度，又要保证模板本身的刚度要求，确保构件尺寸符合要求。

3.1 桁架-斜撑式大型侧墙整体钢模板设计

1）单块模板面板采用平面和曲面组合而成。

2）模板采用桁架＋斜撑作为传力体系，桁架与斜撑可拆卸。

3）斜撑采用螺杆丝牙接头，可调节松紧度。

4）模板底部采用槽钢压条，通过螺栓与预埋钢筋连接。

5）桁架背部采用木方与预埋钢筋顶紧。

针对工期和模板强度刚度的因素，整体大钢模板＋钢桁架的形式较为便捷；针对结构线形控制和施工可操作性，每块大钢模板宽2 m，模板之间通过螺栓连接；为了达到同步施工的要求，在模板下部1 m范围内，按照防撞墙形状设计成曲线状，模板整体呈喇叭口状（图5）。

模板面板采用厚5 mm的钢板，包括墙体平面和防撞墙曲面2个部分。面板背面横向加设6.3#槽钢，间距300 mm；防撞墙曲面部位荷载影响较大，改为加设8#槽钢，竖向间距260 mm。面板四周焊接钢边框，两侧竖向边框开孔，间距300 mm；上边与下边加设短钢板肋，底部加设钢板垫块。

每块钢模板支撑包含2榀竖向钢桁架和2根钢管斜撑。桁架由7.5#角钢通过节点板焊接而成，2榀桁架之间加设2道水平牵杆和2道竖向牵杆，在桁架底部额外增加1块厚12 mm加劲板，桁架上端加设厚16 mm吊装耳板。钢管斜撑直径120 mm，壁厚5 mm，两端螺杆（粗丝牙）分别与桁架耳板和地面预埋件连接，可调节长短－30～30 cm。

图5 桁架-斜撑式大型侧墙整体钢模板

由于墙体高度达到4.3 m，一次性新浇混凝土对模板底部侧压力较大，且模板下部呈外张八字形，混凝土会对模板产生向上的顶力。故模板系统的固定包括3个部分：

1）斜向预埋φ22 mm钢筋（带丝牙），在桁架加劲板处加设双拼8#槽钢压条。

2）竖向预埋长30 cm（埋入底板20 cm、露出10 cm）的φ22 mm钢筋，在钢桁架底部增加侧向水平撑。

3）钢管斜撑下端处与预埋固定耳板插销连接。

3.2 桁架-斜撑式大型侧墙整体钢模板现场应用

3.2.1 前期准备

1）模板本身：每次施工前检查每块模板表面的平整度，以及模板各焊接节点、螺杆丝牙等的完好情况，并涂抹脱模剂。

2）现场工作面：确保放出模板底口边线、各预埋件是否齐全、施工机械、工具和人员到位。

3.2.2 安装施工

施工流程：定位→初步固定→调直、调线形→连接→固定→密封。

1）定位：吊放模板，模板底口对准边线；在运输吊装时，注意吊点和碰撞，防止模板变形。

2）初步固定：模板就位后，钢管斜撑初步与耳板连接，防止模板倒塌，之后松开吊钩。

3）调直、调线形：旋转钢管斜撑，使钢模板垂直度达到要求、模板上口边线呈直线型；调直过程中保持模板下口定位不偏移；调直与调线形同步进行，综合考虑。

4）连接：螺栓连接2块模板竖向边框，边框与边框之间紧密连接，保证不漏浆。

5）固定：模板下部采用双拼槽钢压条形式，螺帽拧紧；安放纵向和横向木方、楔紧，侧向支撑钢桁架；钢管斜撑要随时检查，保证直线型，不得弯曲。

3.2.3 混凝土浇筑

1）混凝土浇筑之前地板凿毛处理，清理墙体内部杂物。

2）混凝土浇筑落差高度超过2 m，增加串筒；分层浇筑，每层不超过40 cm。

3）采用插入式振捣棒，插点均匀，逐点移动，快插慢拔，均匀振捣；由于钢模板对混凝土表面气泡有不利影响，故采用大功率的振捣棒，效果显著。

4）加强在防撞墙部位混凝土的振捣，特别是阴角处，内部振捣同时外部配合手工敲打。

3.2.4 拆模

拆模流程：拆除钢桁架的水平侧向支撑→松开压条螺帽→用小榔头逐步敲打模板背面木楞→挂钢丝绳→拿掉钢管斜撑→起吊[3-4]。

4 结语

与传统墙模板由多个小模板拼装而成的方法相比，整体大钢模拼缝减少，平整度控制好；下部防撞墙与主体结构一次成型，整体线形和曲面线形控制好；模板之间连接工作量减少，节省了搭设脚手架的工序；拆卸、安装、吊装简便易行。

本模板系统的主要优点具体为：

1）采用定型化设计，质量轻，吊装运输简便。经测算，单节模板质量约为500 kg，便于地面转移。

2）占用空间少，在指定区域可集中堆放，有效地保证现场和道路的畅通，现场平面布置更加灵活。

3）施工作业效率高，与一般模板相比更能快速完成施工作业。正常情况下，由1台吊机配合，8名工人1 d便可完成300 m2的模板安装，即30 m为一施工段的隧道结构，1 d即可完成模板安装。

4）成型效果好，特别是在曲面段，线形流畅圆润。

基于上述优点，大钢模的使用克服了以往施工存在的缺点，安装方便，作业效率高，占地面积小，使用安全可靠，成型效果好，对今后类似的隧道结构施工有很好的借鉴意义。