深中通道西人工島現(xiàn)澆隧道模塊化裝配式模板施工技術(shù)

鄭偉濤，吳立凱，龐智童，楊潤來

（1.中交一航局第一工程有限公司，天津 300456；2.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461）

0 引言

當前，國內(nèi)現(xiàn)澆隧道常規(guī)模板施工技術(shù)一般有大型液壓組合鋼模及現(xiàn)拼組合模體系兩種。其中，在施工條件限制少、隧道結(jié)構(gòu)斷面較標準，且具備工廠化生產(chǎn)條件時，通常采用大型液壓組合鋼模工藝，該施工工藝可充分發(fā)揮工廠法預(yù)制施工優(yōu)勢，形成流水作業(yè)線，顯著提升模板周轉(zhuǎn)效率[1-2]，但對施工場地、隧道結(jié)構(gòu)斷面形式標準化要求相對較高；在現(xiàn)場條件苛刻，或隧道結(jié)構(gòu)斷面尺寸標準化程度較低時，通常采用鋼框木?；颥F(xiàn)拼組合模板體系，該施工工藝對現(xiàn)場作業(yè)條件要求較低，可針對隧道結(jié)構(gòu)特點按需定制，模板制作及現(xiàn)場拼裝靈活性高，但安拆作業(yè)量大，模板周轉(zhuǎn)利用率較低。

深中通道西人工島現(xiàn)澆隧道暗埋段作業(yè)地點為外海深基坑，作業(yè)條件較苛刻，隧道結(jié)構(gòu)尺寸漸變，采用大型液壓組合鋼?；颥F(xiàn)場拼裝組合模板體系，均存在較為明顯的劣勢。為提升工程品質(zhì)，綜合以上兩種常規(guī)模板體系的優(yōu)勢，采用模塊化、裝配化的模板設(shè)計及施工思路可為解決工程施工難點提供新的途徑。

1 工程概述

深中通道西人工島島上隧道暗埋段全長175.0 m，分CW01～CW04四段，斷面形式為兩孔一管廊結(jié)構(gòu)。統(tǒng)籌考慮鋼筋、模板施工便利性及大體積混凝土的控裂需求，各結(jié)構(gòu)段縱向按約15 m設(shè)置施工縫，將暗埋段整體分11個小節(jié)段；每節(jié)段豎向分兩層進行實施，其中底板和側(cè)墻一次澆筑成型，頂板第二次澆筑[3]，暗埋段隧道結(jié)構(gòu)斷面形式及豎向分層如圖1所示。隧道頂板厚1.6 m，單次混凝土澆筑量大，對模板及支架體系承載力要求高。

圖1 暗埋段隧道結(jié)構(gòu)斷面形式Fig.1 Structural section form of cast-in-situ buried tunnel

該工程地處外海深基坑，作業(yè)空間狹小，不具備大型起重吊裝條件；同時，隧道斷面寬度漸變，模板設(shè)計及現(xiàn)場實施難度較高。為提升工程品質(zhì)，降低模板安拆施工難度，按照化整為零，先易后難的思路，運用模塊化、裝配式理念，融合工廠化標準化及現(xiàn)場拼裝靈活性等優(yōu)點，對變寬隧道模板進行了設(shè)計。

2 模塊化裝配式模板技術(shù)原理

由于隧道寬度漸變，將隧道頂板模板分為標準型和非標準，將需現(xiàn)場逐段配置的變尺寸模板壓縮在最小范圍。標準型單元模板在后場由木梁與鋼梁形成龍骨[4-5]，鋪設(shè)面板制作形成模塊，與對應(yīng)的成組支架形成單元模塊化模板，見圖2。

圖2 裝配式模板單元組Fig.2 Assembled formwork unit group

隧道頂板模板由多套單元模塊化模板裝配連接形成整體，剩余變寬部分現(xiàn)場采用木梁及面板拼裝成型。本節(jié)段頂板澆筑完成后，將單元模塊化模板分組通過卷揚機牽引轉(zhuǎn)移至下一節(jié)段從而實現(xiàn)快速安拆，具體拼拆方式如圖3所示。通過該裝配化施工方案，避免了變寬節(jié)段施工完成后重新打散拆除模板并在下節(jié)段重新拼裝等繁瑣工序[6]，最大限度地提升了變寬隧道模板通用性，降低重復(fù)安拆對模板的損傷，提高了施工安全性及效率。

圖3 單元組模板牽引示意圖Fig.3 Traction diagram of unit group formwork

3 施工設(shè)計

3.1 支撐體系設(shè)計

單元模塊化模板支撐體系采用承插型盤扣式鋼管支架，尺寸及立桿布置模數(shù)與單元模板匹配。支架間距1.2 m×1.2 m，橫桿標準步距為1.0 m，支架頂?shù)撞坎骄嗉用苤?.5 m布置[7]。

立桿型號為φ60.3×3.2 mm，Q345材質(zhì)，由1.0 m、1.5 m、2.0 m三種類型組合搭配；橫桿型號為φ48.3×2.5 mm，Q235材質(zhì)，長度有0.9 m及1.2 m兩種；斜桿型號為φ34.5×2.3 mm，Q235材質(zhì)，有0.9 m×1.0 m和1.2 m×1.0 m兩種規(guī)格[8]。為便于單元模塊化模板整體牽引，支架搭設(shè)前，預(yù)先鋪設(shè)U24a槽鋼，作為模板轉(zhuǎn)移滑道。

因隧道設(shè)置2.98%縱坡，如圖4所示，為避免頂?shù)淄型饴堕L度超差，沿隧道縱向?qū)χЪ苓M行分組，同一組支架對頂?shù)淄凶z桿外露長度進行調(diào)節(jié)，確保立桿垂直度滿足要求。對于隧道底部1.5 m×0.4 m倒角部位，加工制作楔形調(diào)平塊，確保底托支撐面水平，并利用膨脹螺栓對楔形調(diào)平塊進行固定，防止滑移。

圖4 隧道縱向模板支架布置示意圖Fig.4 Layout diagram of tunnel longitudinal formwork support

3.2 單元模板體系設(shè)計

頂板模板體系采用面板+木梁+鋼梁體系。其中，面板采用21 mm覆膜膠合板；橫向分載梁采用24號木工字梁，布置間距為30 cm；主梁采用14號雙拼槽鋼，間距1.2 m布置。根據(jù)標準化及模板通用化設(shè)計需求，對隧道全長范圍內(nèi)單元模板尺寸進行劃分，形成3.9 m×4.7 m、3.9 m×3.5 m、4.5 m×4.7 m、4.5 m×3.5 m及倒角部位等標準模板。面板與木工字梁之間采用木螺釘進行固定，木工字梁與雙拼槽鋼之間采用主次梁連接器進行連接[3]。

單元模板在后臺提前制作，模板正式安裝前，提前對隧道結(jié)構(gòu)標準化模板擺放位置進行放樣，確認標準模塊需求，并在地面進行放樣，確定定位特征點。單元支架按照定位特征點進行擺放，并與單元模板組拼形成單元模塊。安裝時須確保模板主梁均落于支架頂托中心位置。單元模板安裝完成后，對剩余變寬尺寸部位進行現(xiàn)場量測，根據(jù)實量尺寸進行補模區(qū)域安裝加固。在模板安裝過程中，需確保模板整體尺寸、平整度、預(yù)拱度及拼縫錯臺滿足要求。

3.3 安拆工藝

3.3.1 施工順序

本工程共計投入2套頂板模板，按照跳倉法進行施工。第一段隧道結(jié)構(gòu)施工時，按照傳統(tǒng)工藝搭設(shè)支架并對應(yīng)安裝單元模板；待第一段隧道施工完成后，即可發(fā)揮快速轉(zhuǎn)移優(yōu)勢，采用卷揚機分組牽引至下一結(jié)構(gòu)段，實現(xiàn)流水作業(yè)。

3.3.2 模板支架體系松脫處理

在頂模具備拆除條件后，按照后裝先拆的原則，自補模處由待施工階段側(cè)開始，先拆除單元模塊之間的連接桿及剪力桿等，確保模板支架單元組有效分離。然后調(diào)節(jié)模板支架頂部可調(diào)托座，使單元模板下落，如圖5所示。

圖5 模板單元組下落分離示意圖Fig.5 Diagram of landing and separation of formwork unit group

3.3.3 模板轉(zhuǎn)移

模板拆除前，提前在待施工節(jié)段安裝卷揚機并確保有效固定，并做好牽引前各項緊固件檢查。開始牽引前，在下一節(jié)段提前對支架單元組擺放位置特征點進行測量放樣，以便支架牽引就位后快速定位。為確保單元模塊化模板牽引過程移動同步，安全可控，在支架底部U形槽鋼上連接橫向分配梁，實現(xiàn)兩點拽拉到多點同步牽引，如圖6所示。各組支架牽引時，均應(yīng)保證牽引點位于支架正前方，減少單元模板扭轉(zhuǎn)造成的定位偏差及安全風(fēng)險。

圖6 底部U形槽鋼與橫梁連接示意圖Fig.6 Connection diagram of bottom U-channel steel and beam

3.3.4 支架加固及搭設(shè)

模板支架體系整體轉(zhuǎn)移至下一澆筑節(jié)段后，對盤扣式腳手架桿件之間連接情況進行檢查加固，確保立桿及橫桿連接可靠，并對變形或局部受力過大的桿件進行更換或調(diào)整。調(diào)整頂?shù)淄型饴督z桿高度以確保模板頂標高及立桿垂直度滿足要求，而后采用專用轉(zhuǎn)移車精調(diào)單元模塊平面位置，利用橫向拉桿或扣件鋼管對模組間連接加固，并確保拼縫擠壓緊密。標準模塊安裝完成后，實測剩余變寬部位尺寸并進行現(xiàn)場填充安裝。各個部位整體加固后，驗收合格進入鋼筋綁扎工序。如圖7所示為西人工島暗埋段隧道模塊化裝配式模板實物圖。

圖7 現(xiàn)場結(jié)構(gòu)斷面實物圖Fig.7 Physical drawing of site structure section

4 效益分析

4.1 工藝優(yōu)勢

1）經(jīng)現(xiàn)場實踐，與傳統(tǒng)模板支架體系相比，模塊化裝配式模板施工技術(shù)有效降低了施工復(fù)雜程度，且減少工序轉(zhuǎn)換，故可顯著減少施工時間。

2）模板支架搭設(shè)屬于危險性較高施工，腳手架在安拆過程中，易發(fā)生安全事故。通過裝配式模塊化整體轉(zhuǎn)移的施工工藝，避免了大量的現(xiàn)場模板拼裝及支架搭設(shè)工作，有效地降低了搭設(shè)過程中的風(fēng)險。

3）在模板支架轉(zhuǎn)移時，因整體模板分為多個單元組，每次轉(zhuǎn)移單個模板單元組即可，可避免因重復(fù)安拆造成的材料損耗，有效提升模板拼裝質(zhì)量。

4.2 施工工效

深中通道西人工島現(xiàn)澆隧道采用裝配式模塊化施工工藝技術(shù)，按照單元模板后臺制作分組拼裝方式，在前一結(jié)構(gòu)段施工完成后逐塊牽引轉(zhuǎn)移至下一結(jié)構(gòu)段，模板安拆周期約3～4 d。相較于傳統(tǒng)的現(xiàn)拼模板工藝，可節(jié)約工期約10 d。同時，模板安拆作業(yè)人員投入數(shù)量顯著減少，僅需5人配合即可完成模板轉(zhuǎn)移及調(diào)整作業(yè)，施工工效優(yōu)勢顯著。

5 結(jié)語

深中通道西人工島現(xiàn)澆隧道施工條件苛刻，隧道結(jié)構(gòu)尺寸漸變，工程創(chuàng)新采用的模塊化裝配式施工技術(shù)，較好地解決了模板通用化程度低、安拆作業(yè)工作量大、安拆作業(yè)效率低、安全管理風(fēng)險高、質(zhì)量控制難等一系列難題。通過該技術(shù)的應(yīng)用，為變截面現(xiàn)澆隧道的模板工藝提供了一種創(chuàng)新解決方案，可供類似工程參考。