高铁隧道异形拱结构模架支撑体系施工技术

彭建永 鲍 毅 王 辉 陈 华 金国栋 罗 鑫 孙 斌

中国建筑第八工程局有限公司 上海 201204

目前，大型机场工程通常为集轨、陆、空于一体的综合工程，在地下空间开发工程中，往往会涉及异形结构的施工[1-3]，而异形结构因其结构复杂、施工操作难度大，很难采用传统方法进行解决[4-5]。

杭州萧山国际机场三期项目地下空间开发工程中，航站楼地下空间开发的高铁站区域设计东西两端为马蹄形弧形顶板结构。

本文主要针对马蹄形弧形顶板的施工方法进行了研究，并对支撑架体和模板体系进行了优化，同时设计出了一种新型支撑节点连接形式，并于现场进行了拼装试验。经过在实际工程中应用，总结出了一套有效、可行的施工方法。

1 工程概况

杭州萧山国际机场三期项目建筑面积约67万 m2，合同额达91.58亿元，地下空间开发工程地上1层、地下2层，高铁站总长888 m，站台标准段长450 m、宽42.1 m，基坑埋深约22 m。

该项目是浙江省的重点工程，也是2022年杭州亚运会的重要基础配套工程。

高铁站马蹄形结构区域由3段变截面结构组成（图1），由于3段区域的截面尺寸不同且现场施工场地有限，因此，经综合考虑后，拟采用搭设满堂脚手架的方式进行弧形顶板的施工。

图1 马蹄形结构剖面示意

2 施工方案设计

2.1 施工方案

1）无内支撑区域的弧形顶板架体从底板开始往上搭设，有内支撑区域的弧形顶板架体从内支撑顶面开始往上搭设，架体立杆间距为600 mm，水平杆步距为1 500/1 000 mm。

2）弧形顶板与架体的连接节点采用主、次龙骨的形式进行过渡。主龙骨采用弧形钢管，与架体顶托上的工字钢固定连接；次龙骨采用方木，与主龙骨通过扎丝固定，弧形顶板底模与方木进行连接固定。

3）待顶板钢筋绑扎完成后，顶模拉结件底部与顶板底排钢筋焊接固定，并于顶模上间隔预留浇筑孔。

2.2 施工难点

2.2.1 支撑架体搭设

考虑到弧形顶板浇筑施工时，顶板与侧墙的节点处会承受绝大部分顶板的自重荷载和浇筑荷载，导致顶板两侧产生应力集中，故对支撑架体进行设计时，应考虑架体两端的加固措施。

2.2.2 主龙骨固定

该弧形顶板支撑体系的传力机制，主要为顶板的自重荷载通过主、次龙骨传到底部支撑架体。在支撑架体的强度满足施工需求的前提下，最容易出现问题的区域自然就是主、次龙骨的支撑节点区域。若主龙骨与底部架体的固定无法满足传力要求，则会导致支撑架体的不均匀受力和底部模板的错位，从而影响顶板的施工质量，这也是弧形顶板施工的一大难点。

2.2.3 顶板的浇筑施工

由于弧形顶板的浇筑面为曲面，无法像一般楼面板浇筑一样自然成形，弧形顶板的浇筑和定形需要顶部模板来限制混凝土的流动，若在顶面满铺模板对顶板进行定形浇筑，则无法随时监控顶板的浇筑情况和进度，也就无法保证顶板的浇筑质量。

由于弧形顶板跨度大、面积广，钢筋排布紧密，浇筑孔的预留数量及间距是否合理也决定了弧形顶板的施工质量，同时也对现场的施工人员提出了更高的要求。

3 施工方案优化

3.1 支撑架体优化

原施工方案中考虑对马蹄形弧形顶板采用搭设满堂架的方式进行施工，通过品茗软件计算，对原架体进行了上部施工以及自重荷载下的受力计算，得知两端应力较集中，当前设计的立杆间距较大，无法满足受力要求，需对两侧立杆进行调整和加固。

马蹄形区域由3种截面尺寸组成，由于其跨度和高度均不相同，故需对3种截面的顶板支撑架体进行设计和验算，具体如下：

1）马蹄形截面1两侧区域立杆间距为300 mm，布置6排，最端侧立杆与侧墙边距离为254 mm，中间部分立杆间距为600 mm（图2）。

图2 马蹄形截面1支撑架体布置示意

2）马蹄形截面2两侧区域立杆间距为300 mm，布置8排，最端侧立杆与侧墙边距离为208 mm，中间部分立杆间距为600 mm（图3）。

图3 马蹄形截面2支撑架体布置示意

3）马蹄形截面3两侧区域立杆间距为300 mm，布置19排，最端侧立杆与侧墙边距离为221 mm，中间部分立杆间距为600 mm（图4）。

图4 马蹄形截面3支撑架体布置示意

3.2 支撑节点优化

在原施工方案中，未考虑支撑架体与主龙骨间的连接方式，而主、次龙骨节点属于上部荷载传递给底部架体的中枢部位，一般的绑扎连接无法满足节点的强度和稳定性要求，容易导致底部模板产生滑移，影响施工质量。

为保证施工质量，设计了一个可拆卸式连接器，其底部与工字钢固定，上部与主龙骨通过钢管扣件进行连接，保证了顶部荷载的传力途径，同时满足了主龙骨的稳定性要求。而且该装置安装方便，可进行重复使用，节约了工程成本，也加快了施工进度（图5）。

图5 弧形顶板支撑节点

3.3 模板体系优化

模板体系施工也是弧形顶板施工的一大难题。考虑到本工程中的顶板面为曲面，混凝土浇筑时无法使其自然定形，需要在顶面也支设模板，以满足施工要求。但若在顶面满铺模板，则无法时刻监控混凝土的浇筑情况，同样会导致顶板的浇筑质量较差，故对模板体系也进行了设计与优化。

考虑到顶板施工的可操作性和可监控性，采用半封闭式模板施工，仅在两侧范围内支设顶部模板，中间区域采取开放式的施工方式，浇筑时可通过调整混凝土的坍落度以及人工抹平的方式对开放式区域顶板进行人工定形，具体模板支设体系剖面如图6所示。

图6 模板支设体系剖面示意

4 现场拼装效果

弧形顶板施工的优化设计中，考虑了现场施工的简便性，在对架体与龙骨的连接节点进行设计时，考虑了现场取材和制作的可行性，在对模板体系进行设计时，对现场材料进行了合理使用，并在现场对该设计节点以及整体支撑体系进行了现场拼装试验，其节点和整体拼装效果如图7、图8所示。

图7 现场拼装节点效果图

图8 现场拼装整体效果图

5 结语

本文针对杭州萧山国际机场三期项目地下空间开发工程中异形拱结构的施工方法进行了设计研究和优化分析，设计了不同截面尺寸顶板的脚手架支撑体系和顶部模板的施工方式，提出了一种新型的拱形结构模板支撑节点连接形式。

在现场对设计的整体支撑体系进行了拼装试验，验证了该节点连接形式的可行性，总结出了一套可供类似工程借鉴的方案。