明挖隧道顶板施工模板支架的稳定性分析

明挖隧道顶板施工模板支架的稳定性分析

李,青

（ 昆明市建设服务中心    昆明650031 ）

摘要：建设工程施工中，模板、支架施工技术越来越发挥着重要的作用,安全可靠、经济适用的支架、模板施工技术方案，起到提高建筑工程整体施工质量和保证施工安全的重要作用。但在工程建设实践中,还需特别加强对模板支架施工的安全控制。因此,本文通过隧道顶板施工模板支架的强度、稳定性计算分析,验证复核模板支架的安全可靠性，它是工程质量和安全管理的重要工作。

关键词：明挖隧道；模板支架；验算分析

引言：随着国家进一步对建筑工程质量安全的高度重视，给建筑工程项目管理提出了更高的要求。建设工程管理单位要充分运用合同、经济、技术手段抓好各项建设管理工作，最核心的管理内容和目标就是实现工程项目质量和安全目标。

本文以昆明南连接线高速公路下穿飞虎大道永胜隧道顶板施工管理为例，对支架、模板稳定性进行了分析，是工程质量、安全控制管理的重要内容。

一、工程概况

昆明南连接线高速公路下穿飞虎大道设计为隧道工程，隧道总长630m（200m敞开段+105m暗埋段+325m敞开段），总计26个节段。深基坑支护采用Ф850@600型钢水泥土搅拌墙+内支撑(钢支撑)，钢支撑采用609钢管支撑，地基采用Ф500静压力桩处理；基坑最大开挖深度为8.43米，开挖土方约12.8万方；其中K10+053~K10+358位置为暗埋段(有顶板)，总计5个节段(2X20m+25m+2X20m),顶板厚度为1.2m。

图-1 暗埋段标准断面图

二、施工工艺、方法、技术参数及措施

2.1施工方案

顶板浇注在完成侧墙和中墙后进行，从顶板倒角处开始；底模板釆用18mm厚竹胶合板，5×10方木作横楞，间距20cm；釆用Ⅰ10工字钢做纵楞，间距0.6m；支撑体系采用碗扣式脚手架搭设的满堂式支架，横向间距×纵向排距×步距=60×60×60cm。

2.2施工工艺流程

底板清理→碗扣式脚手架搭设→碗扣式脚手架验收→纵向分配梁安装→横向分配梁安装→底模铺设→钢筋绑扎→侧模安装→混凝土浇注→混凝土养生→模板支架拆除

2.3支架搭设

搭设满堂支架,包括剪刀撑，再搭中间水平拉杆，再搭扫地杆, 扫地杆离地面180mm处，使立柱纵横方向左右对直，立杆的水平牵引杆根据各层结构层高设置，顶部设置在梁底下100mm处，立柱要间距均匀，满足设计要求。之后用水平管根据标志点弹岀梁底模标高，并搭设顶板底模；

(1)满堂模板支架四边与中间每隔三排支架立杆设置1道竖向剪刀撑，由底至顶连续设置；剪刀撑杆件的底端与底面夹角45〜60°,可适当调整；

(2)从两端与中间每隔3排立杆从顶层开始向下每隔3〜4步设置一道水平剪刀撑；

(3)每道剪刀撑宽度不小于4跨，且不小于6m,剪刀撑斜杆的接长釆用搭接，搭接长度不低于1米，搭接接头应错开1米以上；

(4)剪刀撑斜杆用旋转扣件固定在与之相交的横向水平杆的伸出端或立杆上，旋转扣件中心线至主节点的距离不宜大于150mm；

(5)设置纵、横向扫地杆。

2.4模板安装。

模板组装要严格按照模板配板图尺寸拼装成整体，模板在现场拼装时，要控制好相邻板面之间拼缝，两板接头处要加设卡子或设置木方压缝，以防漏浆，拼装完成后用钢丝把模板和竖向钢管绑扎牢固，以保持模板的整体性。拼装要求详见下表1

模板拼装精度要求一览表1

2.5模板定位

根据定位桩点，投放岀十字交叉控制线，再由十字交叉控制线测放出每根偏轴线 500mm的控制线。投放完后，再用全站仪在其它控制线上检查所放控制线的准确性。其它控制线以最外的轴线为主，中间轴线采取抽查方式检查。

标高引测：根据控制水准点，用水准仪引测出顶板标高加0.5m控制点，并将其标注在柱钢筋上，再用水准仪、钢卷尺配合检查其准确性。

2.6钢筋制安，混凝土浇注养护，支架、模板拆除工艺，符合设计、技术规范要求，受篇幅所限述略。

三、模板系统验算

3.1模板计算

1）有关参数

(1)面板类型:竹胶合板；面板厚度(mm): 18.00；

(2)面板弹性模量(N/mm2):9500.00；

(3)面板抗弯强度设计值fc(N/mm2):13.00；

(4)面板抗剪强度设计值(N/mm2):1.50；

(5)密度8KN/m3；

2）荷载组合

取模板重=8×0.018kN/ m2=0.14 kN/ m2；

(1)模板及其支架自重g1=0.14kN/m2；

(2)新浇钢筋砼自重g2=26 kN/m3×2m×1.05=26×2×1.05=54.6kN/m2；(倒角位置考虑2m厚度)；

(3)人及运输机具在模板或支架铺板上的荷载g3=1.0kN/m2；

(4)倾倒砼产生的竖向荷载g4=2 kN/m2；

(5)振捣砼时产生的竖向荷载g5=2 kN/m2；

由上(1)〜(5)荷载组合

均布荷载

g01=[1.2(g1+g2)+1.4 (g3+g4+g5)] ×0.2=[1.2×(0.14+54.6) +1.4× (1+2+2)]×0.2=14.54kN/m2；

g02=1.2 (g1+g2) ×0.2=1.2 ×(0.14+54.6) ×0.2=13.14kN/m2；

3）模板的强度、刚度计算

跨度=0.2m(即横楞间距为0.2m),

均布荷载=g01=14.54kN/m2；

（1）弯矩①Mmax=1/8 ×q ×l2, q= g01.

②M/W≤[f]

由①、②得

0.125 ×q ×l2/W ≤[f]   → 0.125×14.54×0.2×0.2÷(1/6×0.018×0.018)=1077KN/m2

=l .34N/mm2 ≤13N/mm2；

(2) 挠度公式υ= 0.664 ×q×l4÷(100×E×l)≤[υ]

= l /400=0.2/400=5.00×l0-4m；

υ=0.664×13.14×0.24/ (100×9500×l03×4.86×l0-7)

=0.3×10-4m≤5×10-4m

模板强度和刚度满足规范要求。

3.2横楞计算

1、横楞有关参数

（1）材料:木楞；

（2）宽度(mm):50.00;高度(mm): 100.00；截面惯性矩I(m4):4.17×l0-6；截面抵抗矩 W(m3):8.33×l0-5；

（3）次楞肢数:1；

（4）方木抗弯强度设计值fc(N/mm2)：10.5；方木弹性模量E(N/mm2):9000；

（5）方木抗剪强度设计值ft(N/mm2):1.40；

2、荷载组合

（1）模板及其支架自重

g1 =0.144kN/m2+0.05×0.10×0.6×8kN/m3 /0.12=0.34 kN/m2；

（2）新浇钢筋砼自重 g2=26×2×1.05=54.6kN/m2；

（3）人及运输机具在模板或支架铺板上的荷载

g3=1.0 kN/m2；

（4）倾倒砼产生的竖向荷载g4=2kN/m2；

（5）振捣砼时产生的竖向荷载g5=2 kN/m2；

由上(1)〜(5)荷载组合

g01=[l.2 (g1+g2) +1.4 (g3+g4+g5) ] × 0.2=[1.2×(0.34+54.6)+1.4×( 1+2+2) ] ×0.2=14.58kN/ m2；g02=l.2 (g1+g2) ×0.2=0.24 × (0.34+54.6) =13.2kN/m2；

3、横楞强度、刚度计算

跨度=0.6m(即纵楞间距为0.6m),

均布荷载=g01=14.58kN/ m2；

（1）弯矩①Mmax=-0.125 ×q ×l2, q= g01；

②M/W≤[f]

由①、②得

0.125×q×12/w ≤[f] → 0.125×l4.58×0.6×0.6÷(l/6×0.05×0.10×0.10)

=6299.0kN/ m2=7.9N/mm2 ≤l3N/mm2；

（2）挠度公式

υ= 0.664×q×14÷(100×E×I) ≤[υ] = l/400=0.6/400=1.5×l0-3m；

υ=0.664×13.2×0.64/ (100×9000×l03×4.17×l0-6)

=0.3×l0-3m ≤l.5×10-3m。

横楞强度和刚度满足规范要求。

3.3纵楞计算

1、纵楞有关参数

(1)纵楞采用Ⅰ10工字钢，纵楞每米重量0.1125 kN/m；

(2)抗弯强度 [f] =215N/mm2-；

(3)弹性模量 E=210000MPa；

(4)惯性矩  Ⅰx=245(cm4)；

(5)载面抵抗矩Wx=49(cm3)；

2、荷载组合

(1)模板及其支架自重

g1=1.44kN/m2(4×0.05×0.1×0.6×8+0.1125×0.6)/0.36

=1.9kN/m2；

(2)新浇钢筋砼自重

g2=26 kN/ m3×2m×l.05=54.6kN/m2；

(3)人及运输机具在模板或支架铺板上的荷载

g3=l kN/m2；

(4)倾倒砼产生的竖向荷载g4=2 kN/m2；；

(5)振捣砼时产生的竖向荷载g5=2kN/m2；

由上(1)〜(4)荷载组合

g01=[1.2 (g1+g2)+1.4 (g3+g4+g5)] ×0.6=[1.2× (1.9+54.6) +1.4×(1+2+2) ] ×0.6=44.9kN/ m；

g02=1.2 (g1+g2) ×0.6=1.2×(1.9+54.6) ×0.6=40.7kN/m；

3、纵楞强度、刚度计算

纵楞近似按均布荷载连续梁进行计算，跨度=0.6m(即支架纵距间距为0.6m),荷载=g01×0.6=27 kN

(1)弯矩①①M=5.4 kNm；

②M/W=5.4kn×m/49cm3= 110Mpa≤ [f]= 205Mpa ,

(2)挠度按照集中荷载计算

υ=1.883×pl3/100EI≤[υ] = l/400=0.6/400=1.5 x 10-3 m；

υ=1.883× (27×2) ×0.6

3/ (100×2.1×108×245×10-8)

=0.4mm≤ 1.5×l0-3m.

纵楞强度和刚度满足规范要求。

4、材料特性

48×3.5碗扣式脚手管相关参数(按照Ф48×3.0计算):

3.4支架计算

1、荷载计算

(1)新浇混凝土标准值：Q2=26KN/ m3；

(2)模板及支撑支架自重：Ql=l. 0KN/m2

(3)砼振捣荷载：Q3= 2. 0KN/m2

(4)施工人员及设备荷载标准值：Q4=2.0 KN/m2

(5)脚手架自重：Q5= 3. 84×(7+5×11) /0. 36=12. 9KN/ m2 (按最不利计算：纵横向间距60cm,高度7m)。

(6)风荷载：作用于脚手架及模板支撑架上的水平风荷载标准值，应按下式计算：

WK =0.7×μz×μs×W0

式中：WK——风荷载标准值(KN/m2)；

μz——风压高度变化系数，取1. 0；

μs——风荷载体型系数，取0. 8；

W0——基本风压(KN/m2),昆明地区取0.3；

WK=0.7×μz×μs×W0= 0.168

2、单肢立杆承载力的计算

单肢立杆轴向力计算公式

N = [1.2×Q1 +1.4×(Q3 +Q4)] ×Lx×Ly +1.2×Q2 ×V

式中：Lx、Ly——单肢立杆纵向及横向间距(m)；

V —Lx、Ly段的混凝土体积(m3)。

N = [1.2×Q1+1.4×(Q3+Q4)] ×Lx×Ly+1.2×Q2 ×V =[1.2 ×1+1.4 × (14+2) ] ×0. 6×0. 6+1. 2×26×0. 6×0. 6×2=31KN；

在风荷载作用下的单根立杆稳定性验算：

（N/φA）+（MW/W）≤f

λ=μl/ί=1.0×0.98/0.0158 =62.1    φ=0.81

MW=0.90×1.4φK1ah2/10=900(KN/m2)

（N/φA）+（MW/W）=90.4 MPa≤ f=205 MPa

支架强度、稳定性满足规范要求。

四、支架、模板安装完成，施工方自检合格报验监理，经监理检查验收合格后，施工方进行预压，监测支架沉降、模板变形情况，复核预拱度设置均满足设计规范要求，后续顶板现浇砼施工正常，现浇钢筋混凝土顶板质量检测情况见表2：

表2  整体浇筑钢筋混凝土顶板实测结果

五、现浇钢筋混凝土顶板质量检查验收工作

1、经外观检查，结构表面无受力裂缝，无孔洞、露筋、蜂窝麻面；外观质量合格；

2、现浇钢筋混凝土顶板实测项目结果见表2，砼强度评定合格，分项工程质量检验评定合格，符合设计、技术规范要求。

结语：通过计算分析，模板支架施工技术方案结构安全、技术可行，满足顶板施工质量、安全要求，对市环高速公路与城市主干道交叉施工具有一定借鉴意义。2014年7月，南连接线高速公路永胜隧道建成投入运营，2016年5月，飞虎大道建成投入使用，对昆明经济、社会发展发挥了巨大的作用。

参考文献

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