地铁车站高支模施工技术

摘要：地铁车站跨度大、层间净空高、结构厚度大，砼浇筑速度快且单次浇筑量大。因此支架及模板的搭设质量直接决定了车站砼的施工质量和施工安全。本文详细介绍了地铁车站满堂红脚手架、模板施工技术措施，对支撑系统强度、刚度、稳定性进行了详细的验算。本文所述的地铁车站高支模施工技术可靠、实用，稳定性好，能够确保地铁车站混凝土施工质量及施工安全。

关键字：地铁车站高支模施工技术

中图分类号：U231文献标识码： A

1 工程概况

1.1工程简介

广州市轨道交通二、八号线延长线九标[石壁站]土建工程位于广州市番禺区谢石公路南侧。车站外包总长176.4米，车站总建筑面积8624.76 m2，车站主体结构设计为地下双层岛式车站，现浇钢筋砼箱型及箱形框架结构，车站分为单跨、双跨、多跨结构,跨度分别为17.1m、18.1m、21.6m、43.9m。车站负一层为站厅层，净高4.8m；负二层为月台层，净高7.22m。

车站采用明挖顺筑法施工，中板、顶板、侧墙、立柱混凝土浇筑时采用满堂红脚手架做模板支撑。

2 支架及模板施工

2.1 模板、支架构件选用要求

本车站施工选用如下模板、支架构件材料：18mm厚胶合模板；φ48，t=3.5mm钢管及配套顶托，φ16、φ14对拉螺杆，螺纹拉钩及φ8钢筋；100×100mm木枋；100×50×3mm方钢，10mm厚钢板及其他建筑材料。

所选用的的材料质量需符合现行国家标准规定。钢管表面平直光滑，无裂缝、结疤、分层、错位、硬弯、毛刺、压痕和深的划痕。钢管上严禁打孔，钢管在使用前先涂刷防锈漆。

扣件材质必须符合《钢管脚手架扣件》（GB15831）规定：①新扣件具有生产许可证，法定检测单位的测试报告和产品质量合格证。对扣件质量有怀疑时，按现行国家规定标准《钢管脚手架扣件》（GB15831）规定抽样检测，不合格产品禁止使用。②旧扣件使用前，先进行质量检查，有裂缝、变形的严禁使用，出现滑丝的螺栓进行更换处理。③新、旧扣件均进行防绣处理。

2.2支架、模板施工

2.2.1 支架施工

中板、顶板支架采用φ48钢管搭设满堂红脚手架,设剪刀撑和扫地撑加以固定。中板、顶板满堂红脚手架设置图见图1。

脚手架搭设参数:

中板:横向1.2m，纵向0.9m，步距0.6m。

顶板：横向0.75m，纵向0.75m，步距0.6m。

2.2.2 模板施工

2.2.2.1 墙模板

采用1.8cm厚胶合板,由于侧墙均与中板或顶板一次性浇注,支撑采用满堂红脚手架施工,模板支撑系统事先进行受力检算，确保支撑系统强度、刚度、稳定性满足施工要求。先背竖带再背横带，用10*10的方木，横向间距0.6m，竖向间距0.45m。

在浇筑底板时，埋设地锚，间距为每米一个，用以顶住斜撑和墙模，并且可以拉住模板，以防上浮。

2.2.2.2 柱模板

模板采用1.8cm厚胶合板。先背横向方木，间距0.3m，再背竖向钢管拉杆锁住，并用斜撑加以加固。

在柱模施工时，对柱脚边不平整处，应用人工凿除松动混凝土，柱模固定时，应对准下面控制线，上部拉线，进行水平垂直校正。

2.2.2.3 板模板施工

板使用大块胶合板作模板，顶托上方先背纵向方木，然后再背横向方木，间距0.3m，模板材料质量符合现行国家标准和规定，“2×4”木条作格栅，应相互错开接头，钢管搭成满堂排架。

2.2.2.4 施工缝模板的支设方法

施工缝是导致漏水的薄弱环节，必须仔细地施工，加强施工缝处混凝土的浇灌、振捣和养护，保证混凝土的密实，确保混凝土的自防水功能。本工程的施工缝有底板、中板上的竖向施工缝和板的横向施工缝。根据设计要求，施工缝处采用快易收口网封堵，支设方便，并且可以有效地防止漏浆。施工缝处模板的支设见图2。

2.2.2.5 支模质量要求

本工程采用泵送商品混凝土浇筑施工，对模板工程的施工质量尤其是防漏浆、防跑浆等提出了更高的要求；结合本工程的实际特点，为了确保工程创优，模板工程施工质量将按如下要求执行。

支模前应先根据设计图纸弹出模板边线及模板的控制线，墙面模板检查和验收通过这些相对应控制点的连线。模板的接缝和错位不大于2.5mm。模板实测允许偏差见表1规定，其合格率严格控制在90%以上。

表1模板安装允许偏差

2.2.2.6模板的拆除

模板的拆除, 侧模应在能保证混凝土表面及棱角不受损坏时（大于1N/mm2 ）方可拆除。底模及其支架拆除，其混凝土的强度必须符合表2的规定。

表2 混凝土强度表

模板拆除的顺序和方法, 应按照配模设计的规定进行, 遵循“后支先拆、先支后拆、先非承重部位、后承重部位以及自上而下”的原则。重大复杂的模板拆除应有拆模方案。拆模时, 严禁用大锤和撬棍硬砸硬撬。

为了严格掌握拆模时间，中板、顶板混凝土施工时，多做一组混凝土抗压强度试件，根据试件的早期强度来确定拆模的具体时间。

拆模时，操作人员应站在安全处，以免发生安全事故。待该段模板全部拆除后，方准将模板、木方、支撑等运出堆放。拆下的模板等配件，严禁抛扔，要有人接应传递，按指定地点堆放。并做到及时清理、维修和涂刷脱模剂，以备待用。

2.2.3脚手架抗浮措施

本工程中侧墙高度较高，在浇注时均产生相当的浮力。为阻止该浮力，基坑内的脚手架用φ8钢筋与底板预留的φ16地锚锚固，地锚按纵向间距3000mm，横向间距1600mm设置。

3 模板支撑系统稳定检算

本方案是对标准段侧墙及顶板模板方案进行检算，按侧墙厚度700mm、板厚度800mm，浇注高度7.0m来进行计算。

3.1模板与支架材料力学性能

各构件力学性能见表3、表4、表5。

表3木枋力学性能表

表418mm厚木模板材料力学性能表

表5扣件式钢管支架材料力学性能表

3.2侧墙支架设计、检算

侧墙采用1.8cm厚胶合板；在模板外侧设间距300mm的100×100mm方木做为竖带；竖带外侧设间距600mm的100×100mm方木做为横带；支撑系统采用Φ48，t=3.5mm满堂红钢管脚手架，满堂红脚手架的立杆间距750×750mm，步距600mm，钢管顶在横带外侧；侧墙浇筑高度按7.0m计算。

3.2.1 荷载计算

3.2.1.1采用内部振捣器，新浇砼作用于模板的最大侧压力采用以下两种计算公式：

⑴公式一：F1=0.22γct0β1β2V1/2

F1-新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（kN/m2）；γc-混凝土的重力密度（kN/m3）；

t0-新浇混凝土的初凝时间（h），可用t=200/（T+15）计算；T -混凝土的温度（℃）；

V -混凝土的浇灌速度（m/h）；H-混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总高度（m）；

β1-外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0；掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2；

β2-混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于30mm时，取0.85；50-90mm时，取1.0；110-150mm时，取1.15。

则：F1=0.22γct0β1β2V1/2

=0.22×25×1.2×1.15×0.71/2×200/（25+15）

=31.8kN/m2

⑵公式二：F1=γcH

当砼浇筑高度H=7.0m时， F1=γcH=25×7.0=175.0kN/m2

按以上两种方法计算，并取较小值，则F1=31.8kN/m2

3.2.1.2计算最大总侧压力

有效压头高度：h=F1/γc=31.8/25=1.3m， 振捣时的水平荷载 F2=4kN/m2

模板最大总侧压力为F总=k1F1+k2F2 式中权重系数k1取1.2, k2取1.4

F总=31.8×1.2+4×1.4=43.8kN/m2

3.2.2 模板受力检算

3.2.2.1 计算模型与计算荷载

模板按三跨等跨连续梁板计算。计算跨度按竖带作为支座，跨度为竖带之间的间距，l取0.3m。

模板计算宽度取为1.0m，计算荷载q=43.8kN/m2×1.0m=43.8kN/m。

3.2.2.2 模板最大弯矩

模板的计算最大弯矩：M=Kmql2，式中弯矩系数Km取0.1，

则M=0.1×43.8×0.32=0.3942kN.m=394200N.mm

3.2.2.3 强度验算

抗弯拉应力：σ=M/W，板的截面抵抗矩：W=bh2/6=1000×182/6=54000mm3

则σ=M/W=394200/54000=7.3N/mm2，故：σ

3.2.2.4 刚度验算

模板的挠度：ωA=Kωql4/(100EI)，

式中Kω取0.99，E取10000N/mm2,I=bh3/12=1000×183/12=486000mm4，

则ωA=0.99×43.8×3004/（100×10000×486000）=0.72mm，

故：ωA

3.2.3 竖带检算

3.2.3.1计算模型与计算荷载

竖带按三跨等跨连续梁计算。计算跨度按横带作为支座，跨度为横带之间的间距，l1取0.6m。计算宽度取0.3m：计算荷载q=43.8kN/m2×0.3m=13.14kN/m。

3.2.3.2竖带最大弯矩计算

竖带的计算最大弯矩：M=Kmql12，式中弯矩系数Km取0.1，

则M=0.1×13.14×0.62=0.473kN.m=473000N.mm。

3.2.3.3强度验算

抗弯拉应力：σ=M/W，竖带截面抵抗矩：W= bh2/6=100×1002/6=166666.7mm3

则σ=M/W=473000/166666.7=2.838N/mm2

故：σ

3.2.3.4刚度验算

竖带挠度：ωA=Kωql14/(100EI)，式中Kω取0.99，E取10000N/mm2，l1取0.6m，

I= bh3/12=100×1003/12=8333333.3mm4，

则ωA =0.99×13.14×6004/(100×10000×8333333.3)=0.202mm，

故：ωA

3.2.4 横带检算

3.2.4.1计算模型与计算荷载

横带按三等跨连续梁计算。计算跨度按满堂红脚手架水平杆作为支座，跨度为满堂红脚手架的间距，l2取0.75m，计算宽度取0.6m。

3.2.4.2横带最大弯矩计算

横带的计算最大弯矩：M=Kmql22，式中弯矩系数Km取0.1，

则M=0.1×26.28×0.752=1.478kN.m=1478000N.mm。

3.2.4.3强度验算

抗弯拉应力：σ=M/W，横带截面抵抗矩：W= bh2/6=100×1002/6=166666.7mm3，

则σ=M/W=1478000/166666.7=8.87N/mm2，

故：σ

3.2.4.4刚度验算

横带挠度：ωA=Kωql24/(100EI)，式中Kω取0.99，E取10000N/mm2，l2取0.75m，

I= bh3/12=100×1003/12=8333333.3mm4

则ωA =0.99×26.28×7504/(100×10000×8333333.3)=0.99mm，

故：ωA

3.2.5 横杆稳定性检算

3.2.5.1 横杆按两端铰接的轴心受压构件计算，计算长度l取立杆横向间距0.75m。

长细比λ=l/i=750/15.78=47.53

查表得轴心受压杆件稳定系数φ=0.865，立杆轴心受压轴向力限值：

[N]=φA[σ]=0.865×489×215=90941N=90.94kN

Nmax=19.71kN

3.2.5.2横杆强度检算

Nmax=19.71kN

经以上验算可知，车站结构侧墙模板与支架设计满足要求。

3.3 顶板模板与支架设计、检算

模板选用18mm厚木模板，采用φ48mm扣件式钢管满堂红支架作为承载主体。

满堂红支架由立杆、大横杆、小横杆构成空间网格结构，立杆沿竖向、大横杆沿横向，小横杆沿纵向布置。顶板施工时立杆做为主要的受压承载杆件，小横杆和大横杆作为主要受剪杆件和连接杆件，小横杆的横向间距与立杆横向间距一致，竖向间距与大横杆一致；另外设置必要的剪刀撑和斜撑，以保证结构的稳定。顶板模板与支架施工设计参数见表6。

表6顶板模板与支架施工设计参数

3.3.1荷载计算

板的计算荷载包括钢筋砼自重、模板自重、施工人员及设备荷载、振捣砼产生的荷载。计算时施工荷载按均布荷载考虑。

a.钢筋砼自重：q1=k1γh，k1取1.2，q1= 1.2γh=1.2×25×0.8=24.0kN/m2，

b.模板自重：q2=k2×0.5，k2取1.2，q2=1.2×0.5=0.6kN/m2，

c.施工人员及设备荷载：q3=k3×2.5，k3取1.4，q3=1.4×2.5=3.5kN/m2，

d.振捣砼产生的荷载：q4=k4×2.0，k4取1.4，q4=1.4×2.0=2.8kN/m2，

模板及支架受力计算时荷载为：q=q1+q2+q3+q4=24.0+0.6+3.5+2.8=30.9kN/m2。

3.3.2 模板受力检算

3.3.2.1计算模型与计算荷载

模板按三跨等跨连续梁板计算，计算跨度按第一层木枋作为支座，跨度为第一层两木枋之间的间距，取0.3m。

模板按1m宽计算，板厚800mm时计算荷载q=30.9kN/m。

3.3.2.2模板最大弯矩计算

模板的计算最大弯矩：M=Kmql2，式中弯矩系数Km取0.1，

M=0.1×30.9×0.32=0.2376kN.m=278100N.mm。

3.3.2.3强度验算

抗弯拉应力：σ=M/W，板的截面面积矩：W=bh2/6=1000×182/6=54000mm3

σ=278100/54000=5.15N/mm2，

故：σ

3.3.2.4刚度验算

板模板的挠度：ωA=Kωql4/(100EI)

式中Kω取0.99，E取10000N/mm2，I= bh3/12=1000×183/12=486000mm4

ωA = 0.99×30.9×3004/(100×10000×486000)=0.51mm

故：ωA

3.3.3 第一层木枋检算

3.3.3.1计算模型与计算荷载

第一层木枋按三跨等跨连续梁计算。计算跨度按第二层木枋作为支座，跨度为第二层木枋之间的间距，l1取0.75m。

计算荷载q为: q=30.9kN/m2×0.3m=9.27N/m。

3.3.3.2第一层木枋最大弯矩计算

第一层木枋的计算最大弯矩：M=Kmql2，式中弯矩系数Km取0.1，

M=0.1×9.27×0.752=0.4455kN.m=521438N.mm。

3.3.3.3强度验算

抗弯拉应力：σ=M/W，第一层木枋截面抵抗矩：W=bh2/6=100×1002/6=166666.7mm3，

σ=521438/166666.7=3.13/mm2，

故：σ

3.3.3.4刚度验算

第一层木枋的挠度：ωA=Kωql14/(100EI)，

式中Kω取0.99，E取10000N/mm2，I= bh3/12=100×1003/12=8333333.3mm4，

ωA = 0.99×9.27×7504/(100×10000×8333333.3)=0.348mm，

故：ωA

3.3.4 第二层木枋检算

3.3.4.1计算模型与计算荷载

第二层木枋按三跨等跨连续梁计算，计算跨度按脚手架作为支座，跨度为脚手架立杆之间的纵向间距。

计算荷载P为：P=9.27kN/m×0.75m=6.95kN

3.3.4.2第二层木枋最大弯矩计算

第二层木枋计算最大弯矩：M=KmPl22，式中Km为弯矩系数，l2取0.75m，Km=0.289，l=0.3m，

M=0.289×6.95×0.752=1.13kN.m=1130000N.mm。

3.3.4.3强度验算

抗弯拉应力：σ=M/W，W=166666.7mm3，σ=1130000/166666.7=6.78N/mm2

故：σ

3.3.4.4刚度验算

第二层木枋的挠度：ωA=KωPl23/(100EI)，式中挠度系数Kω取2.716，E取10000N/mm2，l2=0.75m，

ωA = 2.716×6950×7503/(100×10000×8333333.3)=0.96mm，

故：ωA

3.3.5 支架检算

3.3.5.1支架的设计

第二层木枋下采用满堂红支架作为承载主体。支架采用φ48mm扣件式钢管支架,间距为：纵向间距0.75m，横向间距0.75m，横杆每0.6m设置一层。

3.3.5.2计算荷载

将用于木枋上的线性均布荷载，最后简化为每一根立柱上的集中荷载，

P1=30.9×0.75×0.75=17.38kN。

3.3.5.3单根压杆的设计荷载计算

计算公式为：

式中：N—压杆的设计荷载；

K2—考虑压杆的平直度、锈蚀程度等因素影响的附加系数，K2取2；

fy—压杆的设计强度，取170N/mm2; η—0.3（1/100i）2；其中i=15.78mm，

η=0.3（1/100×0.01578）2=0.12，

L0—压杆的有效长度，L0=μL。μ按两端铰接取1，L=600mm，则L0 =600mm，

i—压杆截面的回转半径；i=15.78mm， λ=L0/i—压杆的长细比；λ=L0/i=600/15.78=38.03，

An—压杆的净截面面积，取489mm2，

σ—欧拉临界应力σ=π2E/λ2(N/mm2)，

σ=π2×210000/572=1433.24N/mm2，

经计算单根压杆的设计荷载N=36.65KN。

3.3.5.4计算模型

结合结构设计，具体到受力杆件和受力部位，再考虑到荷载的分布和作用形式，立杆按两端铰接的轴心受压杆件计算，计算长度l为大横杆步距h。同时立杆的轴心力计算值满足钢管支架允许荷载。所有竖向荷载均由立杆承受。

3.3.5.5立杆稳定性检算

立杆按两端铰接的轴心受压构件计算，计算长度l取横杆竖向间距0.6m。

长细比λ=l/i=600/15.78=38.02

查表得轴心受压杆件稳定系数φ=0.903，轴心受压轴向力限值：

[N]=φA[σ]=0.903×489×215=94937N=95kN，

板厚为900mm时：Nmax=17.38kN

3.3.5.6立杆强度检算

板厚为800mm时：Nmax=17.38kN

经以上验算可知，车站结构顶板模板与支架设计满足要求。

4 结束语

本文详细介绍了地铁车站满堂红脚手架搭设施工技术措施及中板、顶板、侧墙模板施工技术措施。对侧墙支撑系统（模板、竖带方木、横带方木、横向钢管）及顶板支撑系统（模板、上下层方木、钢管立杆）强度、刚度、稳定性进行了详细的验算。通过工程实例验证，该高支模施工技术可靠、实用，稳定性好，能够确保地铁车站混凝土施工质量及施工安全。

参考文献：

[1] GB50299-1999《地下铁道工程施工及验收规范》

[2] GB50204-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》

[3] JGJ 130-2001《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》

[4] JGJ162-2008 《建筑施工模板安全技术规范》

[5] GB15831-2006《钢管脚手架扣件》