干坞法沉管全断面预制机械结构外侧模板体系及施工技术_朱成.pdf

建 筑 技 术第 54 卷第 4 期4061 工程概况车陂路 新滘东路隧道工程（黄埔大道至新港东路）位于广州天河区和海珠区，沉管段隧道总长492 m，共计 4 个长管节和 1 个短管节。标准管节长为 123 m，宽度为 30.4 m，高 8.7 m，分 7 个小节段全断面预制，每个节段长为 16.2 m。本工程沉管预制采用全断面一次性浇筑而成，其中沉管预制采用机械钢结构模板系统，该模板系统主要包含外侧模板体系、内侧模板体系、内模行走体系以及中腔模板体系。模板系统整体效果如图 1 所示。外侧模板体系内侧模板体系内侧行走体系中腔模板体系图 1 模板整体效果2 外侧模板体系构造设计本工程外侧模板体系包含外侧模板及其固定架，第一模板支撑、第二模板支撑、第三模板支撑，总重量为 130 t。其中，外侧模板固定在固定架之上，将模板受力传递在固定架上，再分别通过第一、第二、干坞法沉管全断面预制机械结构外侧 模板体系及施工技术朱 成，陈健斌，孙耀奎（中交四航局第二工程有限公司，510000，广州）摘要：沉管预制是沉管隧道施工中最重要的一个环节，以往沉管模板施工中外模需要借助混凝土挡墙进行支撑，且混凝土挡墙不能重复利用造成时间和成本消耗大的问题。通过介绍机械结构外侧模板体系的工艺特点、受力分析和施工要点。本工程外侧模板通过机械连接将模板和多道支撑连接到固定架上，使各道支撑分解沉管混凝土浇筑的压力，保证模板体系稳定，从而保证管节浇筑质量。该外侧模板体系拼装快、造价低，节省了施工成本，提高了施工效率。关键词：干坞法；全断面；预制机械结构；外侧模板体系中图分类号：TU 455.46 文献标志码：B 文章编号：1000-4726(2023)04-0406-05Dry-DocK iMMErsED pipE Full-sEcTioN prEFABricATED MEcHANicAl sTrucTurE ouTsiDE ForMworK sysTEM AND coNsTrucTioN TEcHNoloGyZHU Cheng,CHEn Jian-bin,SUn Yao-kui(No.2 Engineering Co.,Ltd.of CCCC Fourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,510000,Guangzhou,China)Abstract:Immersed pipe prefabrication is the most important link in the construction of immersed tube tunnels.In the past,the external formwork should be supported by concrete retaining wall during immersed tube formwork construction,and the concrete retaining walls could not be reused,which cause time and cost consumption.The paper introduces the process characteristics,mechanical analysis and construction points of the external formwork system of the mechanical structure.The outside formwork of this project connects the formwork and multi-channel supports to the fixed frame through mechanical connection,so that each support can decompose the pressure of the immersed concrete pouring,ensuring the stability of the formwork system,and thus ensure the quality of the pipe section pouring.The outer formwork system is quickly to assemble and low in cost,which greatly saves construction costs and improves construction efficiency.Keywords:dry-dock;full section;prefabricated mechanical structure;outside framework system收稿日期：20230125作者简介：朱成（1989），男，湖南郴州人，硕士，高级工程师，e-mail:2023 年 2 月407朱成，等：干坞法沉管全断面预制机械结构外侧模板体系及施工技术第三支撑来对固定架进行固定和支撑，保证外侧模板体系在混凝土浇筑过程中的稳定性，外侧模板体系构造如图 2 所示。第三模板体系第二模板体系第一模板体系图 2 模板体系构造图2.1 外侧模板及固定架根据预制管节长度，侧模整体长度按照 17 m 设计，外侧模板采用厚度为 6 mm 的钢板制成。中部模板上端连接有能够翻转的上倒角模板，上倒角模板包括相铰接的第一板和第二板，第一板的一端与中部模板相连，另一端与第二板相连，第二板和固定架之间通过伸缩件相连，通过驱动伸缩件改变第二板与水平面的夹角。上倒角模板长度为 3.1 m，中部模板下端连接有下倒角模板，模板长度为 0.42 m。其中外侧模板固定在固定架上，其中固定架包括多个型钢，由型钢之间焊接或螺栓连接组成，固定架和外侧模板通过工字钢固定。固定架的高度为 9.5 m，宽度为 2.22 m。具体如图 3 所示。图 3 模板及固定架构造示意2.2 第一模板支撑及抗浮螺栓外侧模板第一支撑为在固定架底部的用于对底部提供横向支撑的反力件。其中反力件为型钢中的工字钢，第一连接件为型钢中的槽钢，固定架上还固定有工字钢，通过工字钢、槽钢、工字钢的结构进行固定，其中反力件部分设置在地面以下，即地面开有凹槽，同时凹槽中设置有钢筋混凝土，通过工字钢部分设置在地面以下，且在工字钢四周设置钢筋混凝土形成一个反力机构，在受到侧向力的时候能够对施加力的单位进行反向支撑，第一模板支撑如图 4 所示。反力槽抗浮螺栓图 4 第一模板支撑示意抗浮机构设置在固定架底部，用于克服侧模在浇筑过程中混凝土对模板的浮力。抗浮机构包括抗浮螺栓，抗浮锚杆和对中支架。其中抗浮螺栓下接有抗浮锚杆，抗浮锚杆设置在地面以下，抗浮锚杆杆身还设置对中支架；抗浮螺栓的一侧还设置有注浆管，在安装好抗浮机构后，通过注浆管注浆，加强抗浮作用。2.3 第二模板支撑外侧模板第二模板支撑为两个直径为 158 mm，长度为 3.26 m 的圆钢支撑连杆通过螺栓连接，支撑连杆一端连接在地面上，另一端通过第二连接件与固定部中部固定连接，第二模板支撑如图 5 所示。图 5 第二模板支撑示意2.4 第三模板支撑第三模板支撑包括左边的对拉架和右边的对拉架，两者组成一个整体。其中左边的对拉架设置在左边的固定架上，右边的对拉架设置在右边的固定架上，形成对拉，防止固定架一侧的外侧模板上部发生变形。其中对拉架同样由多个型钢焊接或螺栓连接组成，也称对拉桁架，对拉桁架如图 6 所示。3 外侧模板体系受力分析3.1 模板体系所受荷载及传递路线外侧模板体系受力主要包含混凝土浇筑过程中侧向压力、倾倒混凝土等施工产生的水平可变荷载、振捣混凝土产生的可变荷载、外部风荷载以及模板自重。建 筑 技 术第 54 卷第 4 期408外侧模安装顶部拉杆桁架图 6 第三模板支撑示意3 外侧模板体系受力分析3.1 模板体系所受荷载及传递路线外侧模板体系受力主要包含混凝土浇筑过程中的侧向压力、倾倒混凝土等施工产生的水平可变荷载、振捣混凝土产生的可变荷载、外部风荷载及模板自重。底板与顶板浇筑速率为 0.2 m/s，侧墙浇筑速率为0.1m/s。混凝土侧压力作用在模板面，假设为均布面荷载作用。侧压力由面板传递到内楞，为线荷载，侧压力再经内楞传递到横梁，为集中力作用。通过建立力学模型，真实模拟各施工工况，添加荷载，采用有限元程序 MIDAS CIVIL 2012 进行分析。3.2 混凝土对模板体系侧压力分析3.2.1 桁架下腹杆随浇筑时间变化受力分析局部应力最大处发生在外模桁架底部拉杆位置的腹杆上，局部采用双面加 6 mm 铁板组成方通，最不利工况出现在浇筑 16 h，max()=200.1 MPa，腹杆如图 7 所示。图 7 腹杆示意3.2.2 模板面板随浇筑时间变化受力分析模板体系面板随浇筑时间变化所受力最不利工况出现在浇筑第 16 h，max()=80.9 MPa，模板体系面板应力云图如图 8 所示。3.2.3 梁单元随浇筑时间变化受力分析模板体系梁单元随浇筑时间变化所受力最不利工况出现在浇筑第 16 h，max()=161.8 MPa，梁单元应力云图如图 9 所示。图 8 面板应力云图 图 9 梁单元应力云图3.2.4 撑杆组合随浇筑时间变化受力分析模板体系撑杆组合随浇筑时间变化所受力最不利工况出现在浇筑第 16 h，max()=150.3 MPa，撑杆组合应力云图如图 10 所示。图 10 撑杆组合应力云图3.3 外模体系整体变形情况外模体系随浇筑时间变化所受力最不利工况出现在浇筑第 16 h，模板体系最大变形量为 max(f)=10.1 mm，模板体系应力云图如图 11 所示。图 11 模板体系变形云图3.4 最不利情况下外模支座反力模板体系支座在最不利工况下整体受力情况如图12 所示。2023 年 2 月409朱成，等：干坞法沉管全断面预制机械结构外侧模板体系及施工技术FFF图 12 外模支座反力图最不利工况下外模各支座反力见表 1。表 1 外模支座反力表序号撑杆（最大处）水平支撑（最大处）桁架支座对拉桁架支撑竖向拉杆水平力/kN235.5341.6竖向力/kN161.189.1（拉）19.9184.0（拉）经过分析计算可知，在最不利工况下，外模 模 架 最 大 应 力 值 max(|)=173.9 MPa 215 MPa；外 模 钢 模 板 最 大 应 力 值 max(|)=153.2 MPa 215 MPa；外 模 撑 杆 最 大 应 力 值 max(|)=136.5 MPa215 MPa；上桁架跨中 max(f)=18.0 mm，整体长是 30.4m 长，变形比例为 1/1 688，远小于1/400；外模 钢模板水平位移 max(f)=24.1 mm，面板高 8.7 m，变形比例为 1/361，小于 1/150；可见，沉管外模板强度和刚度均满足规范 GB 500172017钢结构设计标准中的要求。4 外侧模板体系施工技术4.1 外侧模板与固定架安装先在地面将工字钢或者方木垫好，使安装面平整。通过焊接和螺栓连接等方式将型钢安装成固定架，将固定架放平，将安装外侧模板中的中部模板和上倒角模板，将排架和外侧模板翻转竖起（图 13）。图 13 外模及固定架安装4.2 第一模板支撑及抗浮机构安装第一模板支撑施工前预先在指定位置开凹槽，再将凹槽内设置钢筋混凝土形成反力机构。再将反力件即工字钢和第一连接件至于凹槽内形成反力支撑对固定架提供侧向支撑（图 14）。图 14 第一模板支撑示意4.3 第二模板支撑安装第二模板支撑施工时将两根圆钢支撑连杆通过螺栓连接成一个支撑连杆，再将支撑连杆一端连接在地面的挡槽中，另一端再通过第二连接件与固定部中部连接对外侧模板中部进行支撑（图 15）。图 15 第二模板支撑安装4.4 第三模板支撑安装第三模板支撑先将左右两边的对拉架由多个型钢焊接或螺栓连接组成一体，再分别将左右两边的对拉架设置在左右两边的固定架之上形成对拉，由此来对外侧模板上部固定（图 16）