地铁车站预留隧道孔洞支模体系的改进设计与应用

摘要：本文针对以往地铁车站预留隧道孔洞支模体系的传统做法所存在的问题进行原因 分析，根据分析结果对支模体系进行改进设计，提出了轮辐式支撑钢管体系、拱架带木等技术方法；并通过工程应用，总结了轮辐式支模体系的安装方法和混凝土浇筑方法，确保了预留隧道孔洞的施工质量和施工安全。

关键词：地铁车站隧道预留孔洞支模体系轮辐式混凝土浇筑

Optimal Design and Application of The Formwork Support System used on The Subway Station Foreseen Tunnel

Wen MiancongYu JianminJiang Qian

(Guangzhou Xiean Construction Engineering CO.,LTD Qguangzhou Guangdong 510075)

Abstract: According to the existent problem of the formwork supports system which had been used in the subway station foreseen tunnel, analyse reason and adopt improvement measure for it, put forward a spokewise steel pipe scaffold formwork supports system and arch with wood technology. Through the engineering application, summarizes the installation method of spokewise steel pipe scaffold formwork supports system and the concrete pouring method, ensure the quality and safety of engineering.

Key words: subway stations, foreseen tunnel, formwork supports system, spokewise, concrete pouring

1 工程背景

广州地铁3号线大塘站车站全长159.6m，建筑面积9990m2，由站台层和站厅层两层地下结构组成，车站两端均为隧道盾构施工始发端，于站台层两端端墙分别预留两个直径6.62m的隧道孔洞。在完成本车站结构施工后即开始两端隧道盾构施工，车站结构工期和预留隧道孔洞质量直接影响隧道工程开工时间。

2预留隧道孔洞传统支模体系存在的问题和原因分析

根据调查，以往的传统做法如下（如图1）：利用左右上下钢管对撑圆拱模板，采用这种支模方式则圆拱模板在混凝土浇筑时受到的侧压力、上浮力和垂直重力通过以下三种方式传递：①直接传递到端墙侧模；②通过钢筋垫块传递到已经安装好的预留孔洞环形暗梁钢筋；③通过水平对撑相互抵消。

从调查数据显示，采用这种传统支模体系普遍存在以下问题：①混凝土浇筑过程端墙侧模底部漏浆；②圆拱模板局部出现鼓肚或爆模；③孔洞底部砼普遍存在蜂窝；④孔洞位置尺寸偏差较大，真圆度保持较差。

针对这些质量问题和该支模体系的特点进行原因分析：

（1）在浇筑混凝土时，圆拱模板体系受到混凝土的重力、侧压力和上浮力，该圆拱支模体系不能有效抵消混凝土浇筑时产生的上浮力，从而可能造成整个预留隧道孔洞支模体系向上移位，甚至严重变形。另外该圆拱支模体系的钢管杆件受力比较复杂，进行力学验算困难，总之存在较大的安全隐患。

（2）该支模体系由于不能有效地抵消很大的混凝土上浮力，在上浮力、侧压力的作用下该支模体系将挤压端墙侧模和隧道预留孔暗梁钢筋，使孔洞直径、形状发生较大变化，使孔洞的形心发生较大位移，使预留孔洞尺寸位置偏移。端墙侧模受该支模体系挤压向上移位，因此出现侧模底部漏浆。由于采用左右、上下对撑，使圆拱支模受力不合理，如上图1所示，圆拱模板受混凝土侧压力和浮力的合力方向F可能与钢管支顶轴线形成一个较大角度，使钢管斜向受力弯曲，导致混凝土浇筑过程出现局部的鼓肚或爆模。

（3）该圆拱支模体系由于钢管杆件受到混凝土的重力、侧压力和上浮力，受力复杂，所以在施工设计计算方面有较大的难度，很难对该圆拱支模体系的杆件进行力学检算，对施工设计的可靠性和合理性缺乏完整的依据。

（4）由于圆拱模板底部混凝土浇筑时，该部位混凝土无法直接浇筑到位，靠两侧混凝土的流淌进行填充，并且振动棒也无法到达该部位，导致了该部位混凝土出现蜂窝。

（5）支模主楞安装时无法按照圆形布置，导致真圆度保持较差。

3支模体系的改进设计

针对以上出现的质量问题和原因分析结果，对该支模体系进行以下的改进设计。

3.1轮辐式的支撑钢管体系

采用轮辐式的支撑钢管代替原来左右、上下对撑的支撑钢管，轮辐式的支撑钢管中央设置钢壁圆环，钢壁圆环连结在基坑支护结构（见图2）。

轮辐式的支模体系将混凝土的重力、侧压力和上浮力通过轮辐式的支撑钢管全部传递到中央的钢壁圆环，钢壁圆环再传递到基坑支护结构，非常有效地抵消了混凝土的上浮力，保证了支模体系的安全性能。这一设计解决了以下问题：①把混凝土浇筑产生的侧压力和浮力引到挡土板，对端墙侧模板不产生作用力，避免了侧模板受圆拱模板体系挤压产生向上移位，解决了底部漏浆的问题；②把混凝土浇筑时产生的侧压力和浮力引到孔洞圆心挡土板，即使圆拱支模两侧的混凝土浇筑面存在一定高差而产生两侧侧压力有较大偏差时，也不会使圆拱模板产生左右摆动的可能，解决了孔洞位置尺寸偏差的问题。

3.2轮辐式支模体系与支护结构的连接

为了使圆拱模板受到的力安全有效地传递到支护结构上，须在支护结构预埋钢板，钢壁圆环与该钢板焊接。根据预留孔洞的位置尺寸，在支护结构施工时预埋厚钢板，轮辐式支模体系将隧道孔洞的形心刻划在预埋于支护结构的厚钢板上，并且钢壁圆环也准确地焊接在厚钢板上，轮辐式支模体系自身具有足够的强度和稳定性，因此保证了对变形和定位准确的质量要求。

3.3拱架带木

在圆拱模板两边分别设置拱架带木，拱架带木置于主檩与次檩之间，每边拱架带木按双层交叉布置，如下图2所示。这一设计使圆拱模板下的主次檩系统有了很好的刚度，解决了圆拱模板浇筑混凝土时局部出现鼓肚或爆模现象，同时拱架带木连同受力明确的辐射式支撑钢管，也解决了真圆度差的问题。

3.4钢管与钢壁圆环的连接

为加强支撑体系钢管与钢壁圆环之间的可靠连接，除了钢管端部与钢壁圆环焊接外，在钢管与钢壁圆环的焊接处增加加劲钢板，如图2所示。

3.5设置振捣孔

针对上述原因分析（4），在安装圆拱模板时在底部预留混凝土振捣孔，解决漏振问题，降低混凝土出现蜂窝的可能。

3.6轮辐式支模体系可靠性分析

轮辐式支模体系在承受混凝土的重力、侧压力和上浮力的过程中，轮辐式布置的每一根钢管都可以视为承受轴向压力，受力比较明确，可以计算每一根钢管在不同工况下的压力和总的上浮力的数值，从而可以进而检算该支模体系各个构件（包括主次檩、模板和拱架带木等）的受力和变形，还可以检算钢壁圆环与预埋厚钢板，以及厚钢板与基坑支护结构的连结。总之，为施工设计的可靠性和合理性提供了比较完整的依据。

4工程应用和总结

4.1支模体系各部件参数的选择

大塘站站台层两端墙厚800mm，分别预留两个直径6.62m的盾构预留孔。在大塘站预留隧道孔洞的施工中，轮辐式支模体系圆拱模板采用12厚胶合板，下层是80×80方木支撑（次檩），接下来是由双层交叉紧贴的弧形模板(40mm厚胶合板)作为拱架带木。拱架带木的下一层设80×80木枋，该木枋由幅射状钢管加可调支托支顶。幅射状钢管径向为二排，每排20根，采用Φ5l×6钢管。它们支顶在Φ600×14×900mm的钢壁圆环基底上，该钢壁圆环与一块900×900×10钢板焊牢，这块钢板又与围护桩上的主筋焊牢。以上布置均通过了受力验算。如图3、4、5所示。

4.2支模体系的安装

车站站台层端墙结构施工过程中端墙钢筋、圆形暗梁钢筋、侧模、轮辐式支模及混凝土浇筑存在交叉影响，相互制约。按照一般混凝土结构施工顺序无法完成该部分结构的施工。经过对各工序施工过程存在相互影响的分析，施工时采取以下比较合理的流程如下：

4.3混凝土的浇筑

圆拱模板支模体系容易造成支模底部混凝土不密实甚至出现蜂窝孔洞等质量缺陷,在混凝土浇筑时采取以下措施：

（1）底部混凝土浇筑时安装斜导管导进混凝土，导管下端倾向支模底部，尽可能将混凝土直接浇筑至支模底部的中间位置，减少依靠混凝土的流淌来填充（如图6）。

（2）为避免漏振，在圆拱模板底部预留振捣孔，振捣孔间距控制在2倍振捣半径范围内，灌满底部混凝土后再封闭振捣孔，确保底部混凝土浇筑密实。

（3）端墙混凝土浇筑至圆拱支模底部后停歇1.5小时，待已浇筑混凝土沉淀一定程度后再继续往上浇筑。

（4）为确保混凝土浇筑质量，孔洞两侧混凝土浇筑时采用对称浇筑的方法，减小两侧由于混凝土浇筑产生的侧压力差值，同时控制浇筑速度小于1m/h，避免浇筑速度过快导致下端模板受压过大而破坏。

5结语

从大塘站预留隧道孔洞的应用情况来看，完全体现出了该支模体系的高强度、高刚度、高精度、施工速度快等优点，其安全、质量、工期及成本控制均达到了预期目标。从拆模后的混凝土观感质量来看，混凝土表面平整、密实，孔洞保持着较高的真圆度，其位置尺寸得到了有效保证。从经济上节省了预留孔洞的打凿修补、注浆补强等费用的支出。它的推广应用对提高地铁车站施工过程的安全和提高地铁车站工程质量具有一定的意义。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。