厚大体积隧道有纵坡顶板支撑体系的应用分析

发表时间:2019/3/7   来源:《建筑学研究前沿》2018年第33期   作者:赵玉雷
[导读] 本工程均为全现浇结构形式,顶板跨度多为12.3m,顶板厚度为1500mm,两侧加腋,顶、底板纵向坡度最大为4%。
北京建工土木工程有限公司  北京市  101104
  摘要:东关大道隧道工程位于通州运河核心区,具体为北运河西侧,规划北关大道东侧,京哈高速南侧,新华东街北侧。施工里程为:1+170~1+980,总长810m。其中环闭隧道结构段470m,为双孔折拱型断面,是隧道结构的主要组成部分。项目开工日期2011年4月1日,竣工时间2015年11月30日。
  关键词:顶板支撑;碗扣架与钢管混搭;加腋;坡度;经验
  
  
  本工程均为全现浇结构形式,顶板跨度多为12.3m,顶板厚度为1500mm,两侧加腋,顶、底板纵向坡度最大为4%。施工中存在4%的独立段第12流水段,是施工中的关键点,技术难度较高,顶板厚度、坡度较大,工期较紧,所以顶板支撑采用碗扣架与钢管混搭支撑、方木龙骨体系。该体系具有工艺成熟,施工方便,材料供应货源充足等优点。考虑到顶板结构加腋部位的特殊及其纵向存在坡度的特性,采用该体系的支搭方法施工进度较快,施工质量和安全有保证,且经济可行,同时积累了良好的经验财富和社会效益。
  在诸多隧道工程中,常见顶板厚度较薄、荷载较小,两侧无或加腋尺寸较小,顶、底板不存在坡度。与其它房建工程存在有大厚体积顶板的区别,再于房建工程顶、底板基本不存在坡度,不涉及水平分力的考虑,两侧加腋不考虑混凝土侧压力等问题。所以,主要在保证工程质量、施工安全的前提下,还要满足工期要求。采用碗扣架与钢管混搭支撑这种体系,具有工艺成熟,施工方便,材料供应货源充足等优点。为此,考虑到顶板结构加腋部位的特殊及其纵向存在坡度的特性,采用该体系的支搭方法施工进度较快,施工质量和安全有保证,同时积累了良好的经验财富。
  1、工程概况及应用背景
  东关大道隧道工程位于北京通州运河核心区,具体为北运河西侧,规划北关大道东侧,下穿通惠河。施工里程为:1+170~1+980,总长810m。其中环闭隧道结构段470m,为双孔折拱型断面,是隧道结构的主要组成部分,每段结构以变形缝断开,分为25m、30m、35m三种形式。单孔跨度为12.3m,底板厚度1.6m,墙体厚度1.2m,顶板厚度为1.5m,底板及顶板均存在加腋。项目开工日期2011年4月1日,竣工时间2015年11月30日。
  在诸多隧道工程中,常见顶板厚度较薄、荷载较小,两侧加腋尺寸较小。与其房建工程对比,存在有大厚体积顶板、顶、底板存在坡度的区别。所以,主要在保证工程质量、施工安全的前提下,还要满足工期要求。选用工艺成熟,施工方便,材料供应货源充足的这种支撑体系。
  顶板(同底板)坡度4%,顶板跨度为12.3m,顶板厚度为1.5m,长度30m,两侧顶板加腋1.9×3.5m,中墙加腋1.5×3.5m,支撑体系采用碗扣架及钢管混搭形式。
  2、材料选用及参数
  工程模板采用18mm厚覆膜多层板,模板次龙骨50×100mm木方,模板主龙骨100×150mm木方。支撑体系φ48×3.0mm(壁厚)钢管。
  3、模板及支撑体系配置
  根据施工技术计算结果,顶板支撑体系参数为:模板支撑搭设高度6.8m,板厚1.5m,均采用的钢管类型为φ48×3.0mm,立杆间距0.6m×0.6m,立杆步距h=1.2m,上部自由端≤0.5m。

采用18mm厚多层板,次龙骨采用50×100mm木方,间距160mm,主龙骨采用100×150mm木方,间距为0.6m。支撑体系采用钢管脚手架配合碗扣式钢管脚手架满堂混搭(钢管式)。采用碗扣架底层纵横向扫地杆距地面高度为0.35m,采用钢管搭设纵向扫地杆距地面高度为0.2m。构造措施:沿高度横截面设置水平顶撑两道,与两侧墙体支顶,沿通道纵向间距3.0m。沿高度顶部、底部、中间设置水平连续剪刀撑。
  4、顶板加腋斜撑配置
  顶板加腋斜撑设置为:与侧墙部位6排斜撑,与中墙部位5排斜撑,沿纵向每0.6m配置。其中有3排加腋斜撑落地,其余未落地支撑保证与立杆扣接3个扣件的长度设置。支撑与地面夹角为60o,与加腋面尽量成直角设置。
  5、顶板纵向坡度支撑配置
  为抵抗纵向坡度4%水平推力,防止架体稳定,造成变形、倾倒风险,采取加设非连续剪刀撑与钢丝绳措施。沿横截面每列立杆均设置沿纵向剪刀撑,纵向配置数量为加腋部位剪刀撑沿纵向为4道,中间平直段顶板沿纵向为3道,剪刀撑与地面夹角为45o~60o。每段施工的顶板最低端处沿通道纵向设置3道钢丝绳拉接,沿横截面每列立杆设置,预紧采用花篮螺栓调节,底板预埋钢筋锚环,钢筋直径16mm。
  6、顶板纵向坡度支撑体系计算分析
  本工程顶板配置模板、龙骨强度、刚度均符合要求,支撑体系强度、刚度、稳定性均符合要求。因此重点针对纵向坡度产生的水平分力、加腋部位产生的水平分力进行分析。纵向坡度水平分力分析计算,取纵向板宽为0.6米的单元板条计算,顶板厚度1.5m,考虑到模板初凝时间为8小时,30m通道混凝土浇筑方量为1300m3,两台汽车泵每台浇筑速度50m3/小时,两台合计100m3/小时,初凝时间段内浇筑方量8小时×100m3=800m3,理论计算为沿通道方向浇筑长度为18m。因此在不考虑模板承受水平摩擦力及钢筋骨架承受的水平力等有利因素的前提下,只计算剪刀撑承受的18m长度内的全部水平分力进行分析。计算取20米长度内混凝土流体的重力计算模架。设每把剪刀撑的压杆扣件传递抗滑移力的标准值为R=8/1.2=6.7KN。则每把剪刀撑可传递水平力的标准值为 Rs=R×SIN30°=6.7×0.5=3.35KN。计算纵向单元模架自重Nz及在坡度方向的分力Ns=135.32*0.04=5.41KN。所需设剪刀撑把数S=5.41/3.35=1.62至少3道(加腋部位为4道)。钢丝绳为预拉紧措施,选用φ10(公称抗拉强度1400Mpa)满足要求。
  7、顶板加腋部位斜撑计算分析
  顶板厚度1.5m,加腋高度1.9m,加腋宽度3.5m,斜杆设置6道,沿通道方向间距0.6m。加腋1.9m高单独计算新浇混凝土侧压力,取计算结果较小者为45.6kN/m2。转换成每支撑点集中力14kN至18kN六组不同数据再进行验算满足要求。未考虑施工方便,降低工人安装难度,未落地斜撑按照碗扣架规范要求JGJ166扣件承载力设计值为8KN,所以顶板加腋斜杆除斜杆未落地取其最大者18KN/8KN×1.2(折减系数)=2.7扣,取3个扣件连接,未落地斜撑每根斜杆上与碗扣架横杆扣接应不少于3个扣件满足要求。
  8、混凝土浇筑施工注意
  混凝土浇筑时,看模人员应配备对讲机,与上部浇筑人员相互呼应,发现问题及时通知,必要时当即暂停浇筑混凝土。顶板模板及钢筋、预埋自检合格经验收完成后,方可进行混凝土浇筑,浇筑原则应由低处向高处、由中墙向侧墙进行分层浇灌。
  9、结论
  通过本工程通过对该支撑体系的应用,可以得出如下结论:从进度方面看,该支撑体系不论从吊装、支搭、拆除等各方面操作比较简单,所以进度要求是有保证的;从安全上讲,在施工前应对工人进行特殊部位安全技术交底,施工时搭设样板段供工人参观学习。由于工艺成熟、材料通用、计算其强度、刚度、稳定性都能满足要求;从保证质量方面看,该支撑体系具有较好的强度、刚度及稳定性好;从经济方面考虑,该体系支搭方便、操作简单、工艺成熟,避免出现返工,周转率也较高,从而降低工程成本,具有一定的经济效益;从以上几个方面不难看出,在隧道结构施工中,通过在施工中采取一定的技术措施,碗扣架支撑体系在进度、安全、质量、经济等方面均具有一定的优势,值得推广应用。
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