地下综合管廊施工中铝合金模板设计研究

卢彦明 张胜宁

铝合金模板是一种用于建筑施工的模板系统，模板材质为铝合金。地下综合管廊是指在城市地下或地下空间中建设的用于容纳各种不同类型的地下管线和设备的通道或通道系统。地下管线和设备包括给水管道、污水管道、电信线缆、燃气管道、电力线路以及热力管道等。

1 在地下综合管廊施工中应用铝合金模板的技术经济性

1.1 轻量化与高强度

铝合金模板的轻量化特性，使其在运输和安装过程具有较低的物流成本。相较于传统钢模板，铝合金模板密度小、质量轻。在运输相同面积的模板时，铝合金模板所需的运输车辆更少，燃油消耗更低。因此可以降低运输成本，进而提高施工效率。铝合金模板的高强度特性，能够保证其在施工过程中的稳定性和耐用性。经过精心的设计，使其能够承受施工过程中的各种荷载，不易变形和破损，降低模板的更换频率，延长模板的使用寿命，进一步节约成本。

1.2 良好的耐腐蚀性

由于地下环境通常潮湿且含有腐蚀性介质，传统钢模板容易被腐蚀，导致其使用寿命缩短，需要频繁更换和维修，增加了施工成本和维护费用。然而，铝合金模板具有良好的耐腐蚀性，能够抵抗地下环境的腐蚀，保持长时间稳定。因此，采用铝合金模板可以减少模板的更换和维修频率，降低相应的成本，提高项目的经济效益。

1.3 高精度与稳定性

铝合金模板的制造精度较高，可确保施工过程中的准确度和一致性。这种高精度使管廊结构更加精确和稳定，减少因施工误差引起的调整和修复。同时，铝合金模板具有较高的稳定性，能够抵抗变形和位移，减少潜在的安全风险，降低事故发生的可能性，使施工过程更顺利。

1.4 高周转率与低成本

高周转率意味着其能够在多个项目中反复使用，降低了施工方的材料成本。传统模板大多只能一次性使用，每个项目都需要购买新模板，导致投资成本较高。而铝合金模板的结构和材料特性，使其使用寿命更长，能够经受多次施工，且施工过程中无须频繁更换模板，减少了材料成本，提高了施工效率。高周转率和长寿命的特性，使铝合金模板在项目施工中得到越来越广泛的应用[1]。

1.5 环保与可持续性

铝合金模板的再利用率较高，它由可回收材料制造而成，在使用寿命结束后，经过回收处理可以再次利用，这降低了资源消耗，避免了废弃物的产生，符合环保要求。这种可持续性不仅有助于减少对自然资源的需求，而且降低了废弃物处理和环境治理的成本。铝合金模板在施工过程中不需要使用木材等自然资源，减少了对森林的破坏，进一步保护了生态环境。其环保性与可持续性为地下综合管廊的施工带来了长期的经济效益，同时也促进了项目的可持续发展，实现了经济效益与环境保护双赢[2]。

1.6 良好的隔热性能

铝合金模板具有良好的隔热性能，可以有效阻挡热传导，减少能量损失。地下管廊施工过程中，需要维持一定的环境温度。铝合金模板具有良好的隔热性能，可以使管廊内部的温度更加稳定，进而降低能源消耗，减少费用支出，带来经济效益。此外，它还能减少温度变化对管廊结构和设备的影响，降低设备的维修频率，进一步节约维护成本。

2 项目概况

兰州榆中生态创新城学府大道（夏纬七路-科十五街）道路及综合管廊新建工程，位于甘肃省兰州市榆中县夏官营镇，是城市主干道，道路总长3116.648 m，双向6 车道，设计时速50 km/h。道路两侧各有10 m 的绿化带，总宽60 m。本文管廊工程全长3000 m，采用单层三舱钢筋混凝土结构，主要截面尺寸包括2 种：A 标准断面为8.4 m×4.1 m，B 标准断面9.1 m×4.9 m，每个舱均为三舱矩形结构。入廊管线包括电力、通信、燃气、热力和再生水等。该地区属于温带半干旱气候，有大陆性和季风性气候特征，降水少，热量丰富，年日照时数为2665.9 h，年平均气温为6.6 ℃，最大冻结深度为118 cm。

根据规定，该管廊工程属于超过一定规模的危大工程。为应对现场实际情况，将全线管廊划分为A 段、B段和C 段，并同时进行施工。其中，B 段综合管廊的标准断面为单层三舱钢筋混凝土结构，主要截面包括电舱和综合舱，管廊顶板和底板厚度均为400 mm。

本工程是兰州市榆中县的重点工程，建成后将大大提升该地区的交通状况和基础设施水平，促进城市的发展。同时，工程建设也面临一定的技术挑战和施工难题。在施工过程中，需要充分考虑当地地质和气候等条件的影响，采取科学合理的施工方案和技术措施，确保工程质量和安全。为实现快速建造，利用多项先进技术，采用铝模快拆体系，避免现场测量和切割，提高施工效率，加快施工进度，节约管理和人工成本，为项目的成功实施奠定了坚实基础。下面以学府B段综合管廊为例，研究城市综合管廊项目中铝合金模板的设计。

3 铝合金模板的设计原则

3.1 变形限制和承载力要求

铝合金模板的普及为地下综合管廊施工提供了经济、高效且可靠的解决方案[3]。为减少施工误差、提高施工质量，本项目铝合金模板单板的最大变形量不得超过1.5 mm，背楞的变形量不应超过2.0 mm，可调支撑的变形量不应超过计算长度，且不用大于跨度的1/1000。在承载力方面，楼面设计承载力不应小于10 kN/m2，目的是确保楼面能够承受施工过程中的各种荷载，保证施工的安全性。墙、柱、板应具备足够的强度来支撑建筑结构，其设计承载力不应小于60 kN/m2。这些承载力要求有助于保证施工的安全性和持久性。

3.2 材料选择原则

铝合金模板材料采用的是6061-T6 铝合金。这种材料具有优异的力学性能，如抗拉、抗压和抗弯强度均能达到200 N/mm2，使模板在施工过程中能够承受各种应力，保持稳定性和完整性，可确保施工的安全性。型材采用一次性挤压成型的65 型50-400U型材，面板厚度为4 mm，边肋高为65 mm。这种结构设计使模板既轻便又耐用，便于施工操作。为了保证模板的稳定性和施工效果，墙柱模板的计算长度不应大于800 mm，楼板模板的计算长度不应大于1300 mm。这样能够确保模板在承受荷载时不会发生较大的变形，从而保证施工的安全与质量。

3.3 背楞加固体系设计原则

为保证支撑效果和稳定性，背楞间距不应大于800 mm，墙底部的背楞距离地面的高度不应超过300 mm，顶部的背楞与楼板之间的距离不应大于700 mm。螺杆是加固模板的重要部件。第1 道螺杆应距离地面250 mm，螺杆间距应根据拉片、拉杆形式以及计算结果来确定，但不应大于800 mm。当墙体的厚度小于600 mm 时，螺杆直径不应小于16 mm；当墙体厚度为600 mm 及以上时，螺杆直径不应小于20 mm。斜撑的作用是为模板提供侧向支撑，其间距不应大于2000 mm。同时，当单面墙体长度超过2000 mm时，为了保证支撑的稳固性，斜撑的数量不应少于2 根[4]。背楞加固体系如图1 所示。

图1 背楞加固体系（来源：网络）

3.4 销钉体系设计原则

在长度方向上，模板间的销钉间距不应大于300 mm。在宽度方向上，销钉间距不应大于150 mm。每个方向上的销钉数量不应少于2 个。这样能够确保模板连接牢固，避免模板在施工过程中出现错位或移动的现象，进而提高模板的刚度和稳定性，使其能够承受施工过程中的各种应力和压力，保障施工的精确性[5]。

3.5 可调立杆设计原则

可调立杆是地下综合管廊施工中的重要支撑部件如图2 所示。为提高施工的安全性和稳定性，保证立杆的刚度和稳定性，可调立杆的长细比不应大于180。立杆的纵向和横向间距均不应大于1300 mm，以便确保立杆间的支撑能力均衡，防止因间距过大导致的支撑不稳定[6]。

图2 可调立杆（来源：网络）

3.6 配模原则

在地下综合管廊的铝合金模板体系中，墙板和楼面板均采用标准板。标准板的宽度范围为50 ～400 mm，以50 mm 的模数进级，标准化是为了提高生产效率，简化库存管理。在实际施工中，会出现非标准板的需求，为满足这些特殊需求，可对标准板进行加工。如若非标准标板的宽度为450 mm 的时候，则可以将1 块宽度为300 mm 的标准板和1 块150 mm 标准板焊接在一起[7]。

4 地下综合管廊施工中铝合金模板设计

4.1 结构优化设计

合理设置模板厚度和布置肋板是结构优化的基础。设计师需要根据管廊的实际尺寸和荷载要求，精确计算模板的最小厚度，确保其承载力和稳定性。通过合理布置肋板，可以有效增强模板的抗弯刚度和整体稳定性，防止其在施工过程中变形或失稳[8]。模板的连接结构优化是结构优化的重要内容。设计师需要充分考虑模板的连接方式和连接位置，使连接结构能够承受施工过程中的各种力和变形。采用高强度螺栓和可靠的插销连接，能够确保模板紧密连接和稳定传递荷载，提高整体结构的可靠性。

轻量化设计是铝合金模板结构优化的重要手段。在满足强度和稳定性要求的前提下，通过减轻模板的自重，降低施工过程中的劳动强度和机械设备负担。设计师可以通过优化肋板形状和采用轻质材料填充等方式实现模板轻量化。通过不断优化设计方案和引入新材料与新技术，可以进一步提高铝合金模板的施工效率和安全性，为地下综合管廊的高质量施工建设提供有力保障。

4.2 连接方式设计

在模板侧边或角落设置插槽，并在相邻模板上设置相应的插销，通过将插销插入插槽，来实现模板间的快速连接和固定。该方式具有结构简单和操作方便的特点，能够提高模板的拼装速度，缩短施工周期。在模板的连接位置设置螺栓孔，使用高强度螺栓进行连接，也能够固定模板。该连接方式具有较高的可靠性和承载能力，适用于对连接要求较高的模板。螺栓连接具有可调节性，可根据实际情况进行微调，确保模板间的紧密配合。

为提高连接的牢固性和可靠性，还可采用焊接或胶粘的方式来连接模板。焊接是将相邻模板的金属部分永久连接，能够提高整体结构的稳定性。胶粘的方式则可以填充模板间的微小缝隙，提高连接的密封性和防水性能。

模板的连接方式要根据实际情况进行选择和设计，要满足特定的施工要求和使用环境。通过合理设计连接方式，能够确保模板连接的稳定性和可靠性，提高施工质量。在实际应用中，设计师需要根据管廊结构的特点、施工要求和使用环境等因素，综合分析和优化设计，实现最佳的连接效果。

4.3 细节处理

由于铝合金模板的边缘往往较为锋利，容易划伤施工人员或造成其他安全风险。因此，为了降低安全风险也为了提高施工人员的操作舒适性，需要处理模板边缘，可以采用倒角的方式将模板边缘处理圆滑，或安装保护条加以覆盖。在地下综合管廊的施工过程中，模板表面可能会受到水、油或其他液体的污染，导致施工人员在操作时滑倒。为了解决这个问题，要对模板表面进行防滑处理，如增加纹理或喷涂防滑涂层等，提高表面的摩擦系数和防滑性能，确保施工人员的操作安全。模板的准确定位和牢固固定对于保证施工质量至关重要[9]。在模板上设置定位孔或做出标记，方便施工人员准确定位，同时，还可以使用夹具或支撑结构等辅助工具，确保模板在施工过程中保持稳定，不会发生位移或变形。

5 结语

地下综合管廊施工中铝合金模板的质量，不仅关乎工程质量和效率，也关系到项目的可持续发展。通过深入探讨与实践，明确了铝合金模板的设计原则和设计策略，以期在保障工程安全与质量的同时，发挥铝合金模板的优势，实现绿色、高效的地下管廊建设。未来，随着科技的飞速发展，地下综合管廊施工中铝合金模板的应用将面临更多机遇和挑战，数字化和智能化技术将与铝合金模板深度融合，提供全新的设计思路和解决方案。期待通过持续的研究和实践，使铝合金模板更加广泛地应用于地下综合管廊施工建设中。