饶应贵

中交一公局第七工程有限公司，中国·河南 郑州 451450

1 引言

在现浇钢筋混凝土工程中，模板工程占重要地位，它直接影响整个工程的质量、工期和成本。在铁路隧道套衬施工中，我们根据工程既有线施工特点，利用隧道二衬结构进行悬吊法支模现浇套衬混凝土，取得了较好的质量、工期和成本效益。

2 工程概况及方案的选择

该隧道位于中国重庆合川区境内，于2010年开工建设，2015年底开通运营，全隧围岩Ⅲ~Ⅴ级，局部节理较发育，该段线路为双线有渣轨道，隧道净空断面采用时速200km/h开行双层集装箱客货共线衬砌，目前运行时速160km/h。套衬位于隧道K771+028~K771+031 段下锚段（共计3m）。根据施工图，在该段既有二衬外加衬厚度为25 公分的C40 细石混凝土。在既有线隧道内，现浇混凝土，模板设计及施工成了该套衬是否成功的关键。根据多方论证和计算，我们采用悬吊法支立模板浇筑混凝土的方案进行。

3 悬吊支撑系统设计与施工工艺

3.1 模板及连接杆设计与标准

模板采用定型组合钢模板厂家定制，规格为50（宽）cm×150（长）cm，面板采用厚度为3mm 的钢板，背棱设35cm 间距角钢支撑，单块模板重量45kg。每块钢模板上设置螺栓孔，利用既有二衬砼，植入M20 化学锚栓，植入原衬砌深度大于20cm，且不能刺破防水板，外露锚栓加工成丝杆形式，穿过模板螺栓孔后用螺母进行固定，每块模板间采用M16 螺栓连接[1]。

螺栓强度控制标准依据GB50017—2017《钢结构设计标准》，螺栓内力控制标准，本次计算M20 螺栓拉力控制标准选取50kN。本次计算M20 螺栓剪力控制标准选取28.5kN。依据中国相关技术规范、工程标准等给出的套衬钢板强度控制标准值，本次计算选用钢板设计强度抗拉压强度为200MPa。根据GB50204—1992《混凝土结构工程施工及验收规范》第2.2.4 条及本隧道跨度最小约14m，套衬钢板变形控制标准为模板构件计算跨度的1/400，计算值为35mm。

3.2 模板受力分析

3.2.1 计算假定

①模型采用荷载—结构模型进行计算，将二衬结构考虑为稳定结构，忽略二衬对模板的影响；

②套衬模板浇筑砼施工期间不考虑地震作用，灌注混凝土荷载，模板重力和列车空气动力学效应叠加作用下的每块模板按3 根M20 化学螺栓进行受力和变形检算；

③由于列车产生的轨道振动力传至墙脚很小，故可忽略不计；

④M20 螺栓采用beam 单元进行模拟，模板采用shell 结构单元，螺栓与混凝土接触位置的位移边界考虑为固端。

3.2.2 荷载计算过程简述及结论

计算过程中考虑：模板重力公式（1）：

其中，M为模板重力；ρ为模板材料密度；V为模板体积；g 为重力加速度；采用理论自重。

灌注砼竖向荷载公式（2）：

其中，Pv为灌注混凝土竖向压力；γc40为灌注混凝土C40 重度，依据GB50010—2010《混凝土结构设计规范》取值24kN/m3；h为套衬厚度，只考虑俯视范围。

灌注砼水平荷载公式（3）：

注：取二式中小值。

其中，F 为新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（kN/m2)；γ c为混凝土的重力密度（kN/m3）；t0为新浇混凝土的初凝时间（h），本次取3h；V 为混凝土的浇筑速度（m/h），本次取5m/h；H 为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）；b1 为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，本次计算取值1.0；b2为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，本次计算取值1.15。考虑倾倒砼产生的水平荷载，计算取4KN/M2；由于是自密实砼，不考虑振捣产生的水平荷载[2]。

列车空气动力学效应公式：

∆P=kv2βN

其中，∆P为车体表面压力变化幅值；k 为条件系数，与车头外形、隧道长度等有关；β为阻塞比；v 为列车运行速度；N 为车体表面压力变化幅值对应的阻塞比幂指数系数，根据压力变化幅值与阻塞比的关系可知，N 约等于1。

4 施工方法及顺序

利用既有二衬面打设的锚栓悬吊模板，实现砼现浇施工。锚栓环向间距和纵向间距均为0.5m 设置，锚栓植入二衬深度大于20 公分，每根锚栓抗拔力大于30KN（逐根做抗拔力试验）。模板宜提前洞外试拼和打磨后，由人工将模板逐块搬运至作业架上，利用火车轨道推行至安装地点进行安装，拱顶模板采用定滑轮运至拱顶安装。安装时，应将模板插入预留的锚栓孔位置后，拧紧锚栓螺母和模板间螺母。模板安装时从两侧拱脚开始，对称均匀安装，推荐一次性安装成环，也可先安装满足首次浇筑砼高度模板，模板安装加固完成后，应报检，合格后方可浇筑砼。

5 主要技术措施

为保证施工及运营安全，拱部衬砌120 度范围模板加固，采用6 根I14 工字钢+M20 化学锚栓（每根抗拔力≥30KN）综合受力。I14 工字钢设置6 根，向均布设置，工字钢锚垫板处设置4 根化学锚栓，锚入既有衬砌不少于40cm。M20 化学螺栓环、纵向间距均为0.5m，锚入既有衬砌不少于20cm。套衬模板，采用Φ10 钢管在模板背面设置背肋，所有加固采用焊接或栓接，化学锚栓、格栅拱架、模板及工字钢需成为一个受力整体。根据施工需要，在拱顶位置设置进浆孔，出气孔和观察孔。混凝土浇筑分3 次进行，第一次浇筑高度应小于4m，依据受力计算，如果浇筑高度大于4m，边墙底的每根化学锚栓承受重量超过安全系数，随时可能存在爆模风险；第二次浇筑高度为第一次浇筑位置到拱墙120 度范围边缘；第三次浇筑为拱部120 度范围。在浇筑第三次浇筑时，可用钢管加顶托将工字钢顶住，增加稳定性。浇筑过程中派专人察看模板情况，发现模板变形或漏浆时，应暂停浇筑，及时采取有效措施加固或封堵[3]。

6 主要经济技术效果

6.1 降低工程成本

由于取消了常规支模，下部大量支撑系统，使支撑系统大大简化。支模施工不受通车运营影响，满足既有线铁路施工要求。各种构配件、模板、支撑杆件、连接杆必须回收，运出洞外，大大减少了模板损耗，降低了工程成本。

6.2 提高工效

采用悬吊法支立模板，省去了现场搭设作业架，作业架在洞外搭设后，推行至施工地点，大大节约了搭设架子时间；每块模板重量只有45kg，人工即可搬运，提高了架子工，模板工的工效。

6.3 缩短工期

由于模板在洞外提前试拼且设置了锚栓孔，模板运至现场即可安装，大大节约了，模板调整时间，缩短了工期。

6.4 保证工程质量

模板采用定型钢模板，模板拼装，采用丝杆和螺母形式固定，操作简便，易调整和拆卸，保证了工程外观质量。