皇姑屯地铁车站顶纵梁模板支架设计

何凤奎HE Feng-kui

（沈阳地铁集团有限公司，沈阳 110011）

1 工程概况

1.1 工程简介

皇姑屯地铁车站位于皇姑区的景山路与淮河街的交叉口处，车站与淮河街的方向一样呈南北向布置。皇姑屯地铁车站的结构为地下双层双跨，采用PBA 洞桩法暗挖施工。本地铁车站起点里程为DK2+720.7～DK2+898.0，车站的有效站台中心里程DK2+824.1，车站总长177.3m，标准段总宽19.7m，底板埋深约24.1m，顶板覆土约8.2m。

皇姑屯地铁车站采用暗挖法（洞桩法）施工，顶纵梁采用模板支架施工。顶纵梁模板支架工程具有如下特点：①本工程模板支架工程设置在暗挖导洞内，不需要考虑风荷载对模板支架的影响；②承重支架均在导洞初期支护C25混凝土上，立杆及水平杆支撑地基基础强度很高，不存在地基的不均匀沉降问题；③场地作业条件狭小，结构梁高度较大，模板支架搭设难度大。顶纵梁结构各混凝土构件设计情况如表1 所示，顶纵梁结构刨面图如图1 所示。

图1 顶纵梁结构刨面图

表1 顶纵梁结构混凝土构件设计情况

1.2 水文地质条件

皇姑屯地铁车站所在地域地势平坦，地貌类型属于第四系浑河老扇。地层由第四系全新统人工填土层、第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层、第四系全新统浑河新扇冲洪积层以及第四系上更新统浑河老扇冲洪积层组成。

沈阳市的地下主要含水层位于冲洪积扇的上部，岩性主要是砾砂和圆砾，地貌类型属于浑河冲洪积扇。皇姑屯地铁车站的地下水以孔隙潜水为主，部分地段存在承压水，局部存在上层滞水。

2 顶纵梁施工方案

2.1 顶纵梁结构分段

根据施工组织，顶纵梁结构分为7 段进行施工，3 号临时竖井南北侧各3 段，分段长度在24～32m 之间，北段顶纵梁由最北侧向南侧进行施工，南段顶纵梁首先施工中间段，然后两侧顶纵梁可同时进行施工。3 号横通道位置顶纵梁待两侧拱部二衬施工完成后进行施工。分段位置为纵梁长度的1/4 处，施工缝垂直于顶纵梁。

2.2 施工方案

顶纵梁施工方案流程为：底纵梁施工→钢管柱安装及混凝土浇注→导洞底板找平→脚手架平台搭设→防水板及其保护层铺设→顶纵梁钢筋绑扎（钢筋加工）→监理检查（合格则继续下一个步骤，不合格需重新进行顶纵梁钢筋绑扎）→侧模与堵头封堵安装→监理检查（合格则继续下一个步骤，不合格需重新进行侧模与堵头封堵安装）→混凝土浇注。

3 顶纵梁模板支架计算

3.1 支撑系统材料

模板侧模采用定型组合钢模板+钢拱架，底板用18mm 厚胶合板，局部封模与导洞初支面不密贴部位用5cm 木板和泡沫板密封，防止漏浆。脚手架采用φ48 钢管配置顶、底托和100mm×100mm 方木、120mm×120mm 方木进行施工。模板支撑体系需要的材料以及主要的性能要求见表2。

表2 模板支撑体系主要材料及材料性能

各种材料的要求和配置要符合以下规定[1]：①模板和木方的强度、刚度等材料性能要满足规范要求；②严禁各种不合格的材料进场，如材质、截面尺寸不合格等；③钢管在使用过程中要定期检查校直，扣件在使用过程中也要定时上油清洗；④木方根据需要进行刨边，务必确保木方与模板的接触面平整，不能使用弯曲、腐朽的木方；⑤模板使用之前需要先刷一层脱模剂，当模板在使用过程中出现破损时，要尽快修补，若不能修补要换新模板。

本工程采用扣件式满堂钢管脚手架，其力学性能符合国家现行标准《碳素结构钢》GBT700-2006 中Q235A 钢的规定[2]。扣件使用生产厂家合格的产品，并持有产品合格证，对使用的扣件要全数进行检查，没有气孔、砂眼、裂纹、滑丝等缺陷[3]。扣件与钢管的贴合面要严格整形，保证与钢管扣紧的接触良好，扣件夹紧钢管时，开口处的最小距离不小于5mm，旋转扣件的两旋转面间隙要小于1mm，扣件螺栓的拧紧力距达到65N·m 时扣件不破坏。

3.2 梁底模板计算

木胶板的受力方式为为单向板受力，采用100×100mm 木方作为次龙骨间隔200mm 布置，跨间距L=100mm=0.10m，取c=1m 作为计算单元，按三跨连续梁为计算模型进行验算。计算单元简图如图2 所示。

图2 板面模板计算简图

①荷载计算。

顶纵梁钢筋混凝土：G1K=26×3.5=91kN/m2；

模板自重：G2K=0.2×G1K=18.2kN/m2；

振捣混凝土时产生的荷载：Q2K=4.0kN/m2

永久荷载分项系数取γi＝1.2；可变荷载分项系数取γQi＝1.4。

均布线荷载：

恒载：

②模板计算。

1）模板强度计算。

M—最不利弯矩设计值；W—木胶板截面模量。

2）模板刚度计算。

由此可知，板模板刚度符合要求。

3.3 支架计算

①荷载计算。

②稳定性计算。

根据λ=34 查相关技术规范，得稳定系数ψ=0.906

N—立杆轴心压力设计值；A—立杆净截面面积A=489mm2；σ—立杆受压强度计算值[N/mm2]；[f]—钢管立杆抗压强度设计值[N/mm2]，[f]=205N/mm2；i—计算立杆的回转半径；ψ—轴心受压立杆的稳定系数；a—模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度，取a=140mm。

4 模板支撑体系设计

4.1 支撑系统设计

根据顶纵梁结构特点，支撑体系设计按照梁底、梁侧两部分分别考虑。支撑体系布置如图5 所示。梁底：采用扣件式脚手架+方木主、次楞+面板支撑体系。支撑立杆采用φ48 钢管，横距在梁宽范围内加密，间距为600（550）mm，纵向间距为600mm，采用上、下双层φ48 钢管横向、纵向连接所有立杆；方木主楞尺寸为120×120mm2，间距是600mm；方木次楞尺寸为100×100mm2，间距是200mm，面板采用18mm 厚的酚醛板。梁侧采用钢拱架+组合钢模板支撑体系。钢拱架的预弯使用I14 工字钢，钢拱架的间距600mm，拱架之间采用φ48 钢管连接；组合小块钢模板面板采用4mm 钢板，肋板采用6mm 钢板，肋高50mm，间距150mm。横通道处采用φ100×5 钢管斜撑，每榀拱架设置两根，钢管与拱架采用钢楔子锁紧，钢管底部采用地锚螺栓+角钢固定，侧模底部采用对拉杆+双道钢管对拉。

4.2 模板支架安装

4.2.1 安装规定

在模板在安装前，安全技术准备工作是否做好是非常重要的[4]：①应审查模板结构设计与施工说明书中的荷载、计算方法、节点构造和安全措施，设计审批手续应齐全；②应进行全面的安全技术交底，操作班组应熟悉设计与施工说明书，并应做好模板安装作业的分工准备；③应对模板和配件进行挑选、检测，不合格者应剔除，并应运至工地指定地点堆放；④准备好操作所需的一切安全防护设施和器具。

模板需要满足承载能力、刚度和稳定性的相关要求，在施工过程中模板需要承受新浇混凝土的自重、侧压力以及其他的各种荷载[5]。当竖向模板的拼装高度超过2m 后，再继续拼装上层模板时，任何人不能站在下层模板上。在安装时需要设置临时固定设施以保证安全。

承重焊接钢筋骨架与模板同时安装时，需要满足以下规定[6]：①梁的侧模、底模必须牢牢固定在承重焊接钢筋骨架的节点上；②钢筋模板组合体在拼接安装时需要注意，吊索需要根据钢筋模板组合体设计的吊点位置处进行捆绑吊放。

吊运模板时，必须符合以下规定[7]：①作业前需要检查绳索、卡具以及模板上的吊环是否是完整有效的，在升降过程中需要有专人进行指挥，指挥人员与操作吊车的人员要做到统一信号，二者密切配合；②吊运大体积块或整体模板时，竖向吊运时吊点必须设置两个以上，水平吊运时吊点必须设置四个以上。吊运时必须采用卡环进行连接，要做到稳起稳落，等模板就位并且连接牢固后，才能取下卡环；③吊运散装的模板时，首先要将散装的模板摆放整齐，用绳子将其捆绑牢固后才能起吊。

4.2.2 支架安装

立杆的间距和步距要通过模板支撑架实际承受的荷载来确定，底层纵、横向的水平杆作为扫地杆，距地面的高度必须不大于150mm，立杆的底部需要设置固定底托支撑与导洞，立杆的上端长度（包括可调螺杆伸出水平杆的长度）必须小于200mm，且不得大于立杆计算长度公式L=h+2a 中a 值。

扫地杆、水平拉杆、剪刀撑应采用钢管的规格为φ48mm×3.5mm，通过扣件将其与钢管立柱牢牢扣住。钢管扫地杆、水平拉杆均通过对接的方式连接，剪刀撑通过搭接的方式连接，搭接长度必须大于500mm，使用两个旋转扣件固定，固定的位置分别在离杆端大于l00mm 处。

模板下方应放置次楞和主楞，次楞和主楞根据受弯杆件的受力类型进行设计，使支架立杆的上端用U 型托，支撑设置在主楞的底部，U 型支托与主楞两侧之间如果存在间隙，必须进行楔紧操作。

模板的支撑架搭设时需要与模板施工配合进行，底模的标高根据可调底座或者可调托撑进行调整。模板的定位是根据施工方案弹线的方法进行定位的，放置底座以后需要根据先立杆、再横杆、后斜杆的搭设顺序依次操作。

4.2.3 模板安装

在模板安装时要注意以下几点：①对梁侧模板进行安装时，利用梁底模板作为安全操作平台，在安装过程中操作人员不准站在梁底模支架上操作；②底模和横楞要拉结好，横楞与支架、立柱要连接牢固；③安装梁侧模时，要同时与底模进行连接，当侧模的高度多于两块时，需要运用临时固定的方式；④起拱应在侧模内外楞连固前进行。

5 总结

本文以沈阳地铁皇姑屯地铁车站为例，详细介绍了暗挖法顶纵梁模板支架施工的方案、技术、规定等，对皇姑屯地铁车站的顶纵梁的模板支架工程从材料选用、设计计算、模板安装等方面做了详细分析。通过实践检验，顶纵梁模板与其支架的施工安全可靠，能够保证工程施工质量和施工安全。此外，本文能够为以后的类似工程提供理论借鉴和技术参考。