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地鐵地下定型移動(dòng)模架的施工技術(shù)論文
摘要：在城市建設(shè)飛速發(fā)展背景下，地鐵建設(shè)已經(jīng)從一線城市擴(kuò)展到二線城市甚至是部分三線城市。大塊定型移動(dòng)模架在地鐵地下車站的施工中使用比較廣泛，尤其在側(cè)墻施工中取得了良好的運(yùn)用效果。文章對(duì)移動(dòng)模架技術(shù)做了介紹，并從側(cè)墻支撐系統(tǒng)驗(yàn)算和模板安裝兩個(gè)層面分析了移動(dòng)模架施工技術(shù)在地鐵地下車站側(cè)墻的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：地鐵建設(shè)；地下車站；側(cè)墻施工；大塊定型移動(dòng)模架；施工技術(shù)
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 中圖分類號(hào)：U445 文章編號(hào)：1009-2374（2016）05-0098-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.050
移動(dòng)模架技術(shù)起源較早，在20世紀(jì)就已經(jīng)得到了實(shí)際應(yīng)用。隨著近些年我國(guó)地鐵施工規(guī)模不斷擴(kuò)張，常用的滿堂紅支架技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足施工要求。在這一背景下，移動(dòng)模架施工技術(shù)逐步在地鐵地下車站的側(cè)墻施工得到應(yīng)用，對(duì)提升施工質(zhì)量和效率起到了十分顯著的效果。
1移動(dòng)模架施工技術(shù)簡(jiǎn)介
移動(dòng)模架施工技術(shù)源于混凝土現(xiàn)澆技術(shù)，由德國(guó)最先提出。對(duì)我國(guó)而言，移動(dòng)模架的發(fā)展還比較慢，加之類型單一數(shù)量較少，在一些道橋施工中，其和移動(dòng)支架一起被稱為造橋機(jī)。后來(lái)，在相關(guān)規(guī)定中，明確對(duì)移動(dòng)模架進(jìn)行了區(qū)分，辨析了其非機(jī)械設(shè)備的根本屬性，對(duì)移動(dòng)模架做出了精準(zhǔn)定義，即為模板自帶、在施工區(qū)域自行移動(dòng)，可對(duì)施工部位進(jìn)行支撐的體系。移動(dòng)模架可以根據(jù)行走方式分為下行式和上行式兩個(gè)類別，在不同工程項(xiàng)目中，具有不同的應(yīng)用。移動(dòng)模架在發(fā)展過(guò)程中還面臨著不少問(wèn)題，尤其是對(duì)移動(dòng)模架的相關(guān)系統(tǒng)缺乏深層次認(rèn)知，比如液電系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，都沒(méi)有達(dá)到深入研究，導(dǎo)致移動(dòng)模架在許多企業(yè)中都還處于設(shè)計(jì)階段，并沒(méi)有真正發(fā)揮出作用。在實(shí)際施工，移動(dòng)模架還處于一種“三無(wú)”狀態(tài)，即無(wú)操作規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)制造驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和無(wú)專業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。由于存在這幾個(gè)方面的問(wèn)題，移動(dòng)模架的廣泛應(yīng)用受到了一定阻礙。在地鐵地下車站側(cè)墻建設(shè)施工過(guò)程中，大塊定型移動(dòng)模架是最為常用的一種移動(dòng)模架形式，其具有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如維修方便、工藝設(shè)計(jì)和選型簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制造的勞動(dòng)量下降以及技術(shù)支援等。
2地鐵地下車站側(cè)墻支撐系統(tǒng)驗(yàn)算
2.1工程概述
某一線城市進(jìn)行地鐵3號(hào)線臨線車站的施工，主要使用了明挖法，線路起點(diǎn)里程DK8＋720，終點(diǎn)里程為DK＋902，車站全長(zhǎng)達(dá)到了182m。在進(jìn)行施工時(shí)，主要通過(guò)鉆孔灌注樁進(jìn)行圍護(hù)施工，灌注樁數(shù)量共348根，其中樁徑0.8m的灌注樁為268根，樁徑1m的灌注樁80根。樁徑0.8m的灌注樁間距1.2m，樁徑1m的灌注樁間距1.3m。圍護(hù)基本結(jié)構(gòu)為兩跨單樁二層矩形框架，在某些部位是三跨雙柱二層矩形結(jié)構(gòu)。大里程盾構(gòu)井的寬度為24m，深度為18m。標(biāo)準(zhǔn)段深度為19～23m，寬度是20m。小里程盾構(gòu)井寬度為24m，深度為26m。
2.2施工原理
對(duì)側(cè)墻進(jìn)行移動(dòng)模架施工時(shí)，不需要額外設(shè)置穿墻螺栓。在地下車站的側(cè)墻，支架單側(cè)一端和地錨進(jìn)行連接，一端對(duì)模板支架形成斜拉。具體布置方式如圖1所示：從圖1中可以看出，模板斜拉螺栓產(chǎn)生的斜拉力F可以分解為水平方向分力F1和豎直方向分力F2。水平分力F1可以對(duì)新澆混凝土產(chǎn)生的側(cè)壓力進(jìn)行抵消，豎直方向分力F2可以對(duì)支架產(chǎn)生的上浮力形成抵消。
2.3載荷計(jì)算
模板受到混凝土的側(cè)壓力和澆筑高度存在直接關(guān)聯(lián)，其澆筑高度越高，混凝土對(duì)模板形成的側(cè)壓力也就越大。在混凝土的澆筑高度達(dá)到某一個(gè)臨界狀態(tài)時(shí)，側(cè)壓力不會(huì)再增大，此時(shí)的側(cè)壓力就是最大側(cè)壓力，與之對(duì)應(yīng)的混凝土澆筑高度稱為有效壓頭。計(jì)算模板載荷的方法一般有兩種，即對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式也有兩種，據(jù)此可以分別計(jì)算側(cè)壓力1/21012F0.2TVC=γββ＝36.5kN/m2、＝155kN/m2。這兩種不同方法計(jì)算出壓力值，一般選擇其中較小的當(dāng)作計(jì)算用標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值乘以調(diào)整系數(shù)和分項(xiàng)系數(shù)，可以計(jì)算出設(shè)計(jì)值F＝39.34kN/m2。如果混凝土澆筑處于有效壓頭之內(nèi)，可以計(jì)算出模板受到的側(cè)壓力為44.38kN/m2，在混凝土澆筑高度超出有效壓頭之后，可以計(jì)算出模板受到的測(cè)壓力最大值為39.34kN/m2。對(duì)側(cè)墻而言，其側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值取有效壓頭內(nèi)模板受到的壓力值，據(jù)此計(jì)算澆筑高度最大為6.5m，有效壓頭為h＝1.85m。
2.4三角支架桁架單側(cè)受力
該部分受力可以根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)圖進(jìn)行分析，如圖2所示：通過(guò)圖2可以看出，模板受到的側(cè)壓力作用于面板，在面板上又可以分為單肋和邊框兩個(gè)受力部分。這兩個(gè)受力部分在雙橫肋處形成統(tǒng)一，共同作用于型鋼支架。
2.5基本假設(shè)
基本假設(shè)是對(duì)側(cè)墻支撐體系進(jìn)行受力驗(yàn)算時(shí)不可缺少的一部分，其一般主要分為以下四個(gè)假設(shè)：（1）單榀桁架可以被當(dāng)作平面桁架，桁架中的節(jié)點(diǎn)可以被看作剛接；（2）預(yù)埋件和桁架支座之間的節(jié)點(diǎn)可以當(dāng)作固定鉸支座，桁架支座的另一端和地面形成滑移鉸接；（3）對(duì)于水平鋼管，其連接可以被視為桁架之外的滑移鉸接；（4）在桁架范圍內(nèi)的全部節(jié)點(diǎn)，施工載荷平均分布。
2.6計(jì)算依據(jù)
根據(jù)側(cè)墻實(shí)際受力（如圖3所示），結(jié)合側(cè)墻各部分基本尺寸參數(shù)，可以組成系統(tǒng)驗(yàn)算的基本數(shù)據(jù)依據(jù)。根據(jù)圖3所示，可以明確墻面和支架之間的舉例為186mm，地錨螺栓相聚750mm，支架相距750mm�；谶@些數(shù)據(jù)可以建立彎矩方程，計(jì)算出錨筋拉力為T＝163kN。在計(jì)算出這一數(shù)據(jù)之后，就可以快速對(duì)后續(xù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。
2.7計(jì)算錨固筋
已知工程所用的地錨螺栓是直徑為28mm，其橫截面面積為616mm2，屈服強(qiáng)度達(dá)到了320MPa。由此可計(jì)算得出錨固筋的軸心拉應(yīng)力強(qiáng)度為320MPa，符合側(cè)墻實(shí)際施工需求。
2.8計(jì)算預(yù)埋件錨固強(qiáng)度
計(jì)算錨固強(qiáng)度是進(jìn)行預(yù)埋件施工的必要環(huán)節(jié)，一般對(duì)混凝土和螺栓之間的粘結(jié)力進(jìn)行計(jì)算即可。通過(guò)公式F＝πdLTb便可計(jì)算出錨固強(qiáng)度，式中：F是錨固力；d是螺栓直徑；L是錨固深度；Tb是粘結(jié)強(qiáng)度。通過(guò)計(jì)算可以得出F＞162.5，L＞528mm。在保證安全的條件下，可以將錨固深度L取為600mm。
3移動(dòng)模架在側(cè)墻施工中的模板安裝
3.1預(yù)埋地腳螺栓
預(yù)埋地腳螺栓是在地鐵地下車長(zhǎng)側(cè)墻施工中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，結(jié)合該工程實(shí)際情況而言，需要使用直徑為28mm的鋼筋作為地腳螺栓，其需要在底板混凝土的澆筑過(guò)程中進(jìn)行埋設(shè)。埋設(shè)時(shí)，錨固長(zhǎng)度根據(jù)前文計(jì)算定為600mm，外露點(diǎn)和側(cè)墻墻體之間應(yīng)該保持500mm的距離，確保底板和橫向位置形成45度夾角。需要注意的是，螺栓末端應(yīng)該制成彎鉤狀，以此加強(qiáng)其錨固性能，避免側(cè)模整體受到螺栓外露的影響。不僅如此，由于結(jié)構(gòu)主筋不可與地腳螺栓進(jìn)行直接連接，為了避免在澆筑混凝土的時(shí)候預(yù)埋件產(chǎn)生位移，需要通過(guò)附加鋼筋的形式加強(qiáng)埋設(shè)部位的穩(wěn)定性，并將地腳螺栓通過(guò)點(diǎn)焊的形式焊接在附加鋼筋上。進(jìn)行點(diǎn)焊施工時(shí)，必須注意附加鋼筋一定要在結(jié)構(gòu)主筋上進(jìn)行綁扎，且點(diǎn)焊不能破壞預(yù)埋件自身的有效直徑。
3.2安裝支架和大塊鋼模
安裝支架和大塊鋼模是一個(gè)非常重要的施工過(guò)程，必須按照一定流程進(jìn)行。具體而言，其流程可以分為綁扎鋼筋→彈出墨線→組裝模板→安裝支架→安裝連接鋼管→安裝槽鋼→地腳螺栓接長(zhǎng)→錨定支架→調(diào)節(jié)支架→地錨緊固→搭設(shè)平臺(tái)→澆筑混凝土。在安裝模板時(shí)，其整體寬度為3m，高度為6.5m，縱向需要利用螺栓將模板連接起來(lái)，長(zhǎng)度保持在12m左右，即每四塊模板進(jìn)行連接。模板的材質(zhì)一般為Q235B鋼板，厚度為6mm。在每一塊模板的背后，還需利用型鋼支架做剛性連接，支架底部錨固點(diǎn)和外緣桿件均為雙10#槽鋼，其他腹桿部位是單10#槽鋼。在施工過(guò)程中，需要確保支架平衡，可以通過(guò)增設(shè)雙10#槽鋼，將支架的各個(gè)部分連接成為一個(gè)整體。在支架背后，需要通過(guò)直徑48mm的鋼管當(dāng)作連接桿。在進(jìn)行側(cè)墻模支架施工時(shí)，其預(yù)埋件是直徑為28mm的螺紋鋼，需要在進(jìn)行混凝土底板澆筑施工的環(huán)節(jié)中埋入混凝土中，依據(jù)600mm的錨固長(zhǎng)度進(jìn)行施工。不僅如此，為了支架傳力的可靠穩(wěn)定，需要確保錨筋之間的布置間距保持在750mm左右。為了施工完成之后模板拆卸方便，還需將環(huán)形錨筋設(shè)置在模板范圍內(nèi)，并用5T導(dǎo)鏈穿過(guò)錨筋向上拉緊，以此確保支架不會(huì)在澆筑混凝土的過(guò)程中發(fā)生橫移。在進(jìn)行大塊鋼模的安裝施工時(shí)，由于其自重很大，需要拆分多個(gè)環(huán)節(jié)分步進(jìn)行：（1）將大塊鋼模吊入基坑，并將其平扣在底板上；（2）逐一安裝型鋼支架，并使用鉤頭螺栓將支架和模板進(jìn)行連接。等到后續(xù)模板施工完成，再利用M20螺栓將其連接成為整體側(cè)模；（3）將鋼管安裝到型鋼支架上，同時(shí)將傳力型鋼安裝完成之后，模架安裝施工即完成。完成施工之后，還需對(duì)模板面進(jìn)行除銹、拋光以及涂刷等后續(xù)精處理施工，在完成這些精處理施工之后，就可以進(jìn)行合模。合模施工需要將外墻變現(xiàn)和模板下口精準(zhǔn)對(duì)齊，通過(guò)調(diào)節(jié)支座使模板上口產(chǎn)生10mm的微度傾斜，使其更加靠近墻內(nèi)，以此克服模架在受到外力作用后上口產(chǎn)生的撓度。
3.3施工總結(jié)
通過(guò)地鐵地下車站外墻施工，可以得出一些值得保留的施工經(jīng)驗(yàn)，以便對(duì)其他施工工程起到參考借鑒作用：（1）在側(cè)墻施工中利用大塊定型移動(dòng)模架技術(shù)，可以對(duì)板梁和立柱進(jìn)行同時(shí)施工，如此能夠大幅減少施工用時(shí)，縮減施工成本；（2）在大塊定型模架下可以設(shè)置萬(wàn)向輪，以此提高模架的可移動(dòng)性，提升施工方便程度；（3）底板施工必須按照要求進(jìn)行螺栓預(yù)埋，并且確保數(shù)量、位置、深度和角度符合設(shè)計(jì)要求；（4）為了對(duì)模板在澆筑過(guò)程中可能發(fā)生的位移進(jìn)行控制，可以通過(guò)手拉葫蘆對(duì)鋼模起到一定的固定作用。
4結(jié)語(yǔ)
地鐵地下車站施工側(cè)墻難度較高，傳統(tǒng)施工方法已經(jīng)顯得不太適用。大塊定型移動(dòng)模架可以提高施工效率和質(zhì)量，在實(shí)際施工中需要從支撐系統(tǒng)驗(yàn)算和模架安裝兩個(gè)方面切實(shí)落實(shí)相關(guān)施工工作，確保側(cè)墻施工與設(shè)計(jì)相符。
參考文獻(xiàn)
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