0 引言

　　对于地铁工程而言，侧墙设计普遍为非离壁式(即侧墙迎土面紧贴围护结构)，实际施工过程中，一般采用单侧三角背撑的组合钢模板，但车站两端作为盾构的始发井或接收井，由于受盾构机尺寸影响，端头井的侧墙净高普遍达7.6m，普通的三角背撑模板设计仅能达5m，且模板施工过程中变形量普遍超限，同时受端头井侧墙阴阳角、结构内凸的暗柱及上翻梁影响，组合钢模背撑不仅在拐角处存在交叉无法加固，且在内凸暗柱及上翻梁位置的模板加固可操作性低，整体安全稳定性满足不了端头井侧墙施工需要。

　　在此种情况下，施工方法普遍为依托满堂支架通过设置水平对撑杆进行对顶，受支撑杆件设计间距影响，实际施工过程中板面盘扣支架立杆步距需根据水平支撑杆件的水平间距进行调整，导致立杆间距缩小，盘扣支架材料投入增加，同时根据受力特点，对撑杆件需通长布置以抵消水平荷载，需大量钢管及扣件，搭设及拆除工程量巨大，操作空间极小，工效极低，导致架体施工需高额人工和材料成本，且施工周期长，严重制约施工进度，无法满足车站盾构始发的节点工期要求。端头井端墙属于单侧临空墙，模板支撑完全依靠架体自身稳定性及加固斜撑钢管进行荷载传递，无法像两侧侧墙实现对撑，安全可靠性不足。

　　基于以上现状，采用预埋、植筋工艺，利用双拼I25a作为扁担梁，实现锚入式支撑体系代替传统钢管支撑体系平衡混凝土浇筑荷载，支撑体系由受压转变为简支受拉，增强结构可靠性，降低安全风险;锚入式支撑体系利用精轧螺纹钢的拉拔力使端头井非离壁式侧墙模板独立于支架体系施工，盘扣支架得以减量化布置，实现板、墙支撑系统的同步施工，提高施工工效，缩短施工工期。

　　1 施工方案优化

　　该技术依托工程为厦门地铁2号线二期工程二工区马銮西站，为2号线与规划6号线换乘站，为地下2层双岛4线车站，车站长380.05m，标准段宽46.2m。其中，端头井宽50.1m，长14.9m，站台层净高7.6m，站厅层净高5.45m，侧墙厚700mm。车站采用明挖法施工，两端均为盾构始发井(见图1)。

　　

　　图1 端头井 

　　 

　　1.1 原设计方案(钢管支架对撑体系)

　　端头井侧墙模板采用2 440mm×1 220mm×15mm竹胶板模板，次楞竖向选用100mm×100mm@250mm方木;主、次楞选用100mm×100mm@600mm方木及盘扣结合钢管组合成模板体系。盘扣支架立杆的纵、横向步距均为600mm，横杆步距为1 500mm，对撑杆采用壁厚3.5mm的48钢管，水平及竖向间距均为600mm，两侧侧墙通长布置，采用连接扣，端墙支撑钢管连续设置至第2段盘扣支架处，并设置45°斜撑钢管，间距600mm(见图2,3)。

　　

　　图2 端头井侧墙支撑剖面  

　　 

　　1.2 优化方案(型钢锚入式支撑体系)

　　采用组合钢模、双拼I25a及精轧螺纹钢组成非离壁式侧墙的抗拉支撑体系，依靠简支梁的受力原理，在矮边墙预埋1道25精轧螺纹钢，同时在侧墙浇筑施工缝上口采用植筋工艺，设置1道满足一定抗拉要求的锚杆，上、下拉杆与型钢锁定铰接后形成具有足够强度、刚度和稳定性的简支梁受力模板体系。侧墙混凝土的施工荷载通过组合面板传递至竖向的双拼工字钢主梁，通过型钢主梁传递至预埋在底板矮边墙及植筋于地下连续墙上口的精轧螺纹钢，精轧螺纹钢的拉力通过与混凝土的黏结力平衡。其中，上口为通长拉杆，下口外露部分采用精轧螺纹钢专用连接器连接，实现拉杆重复利用。考虑型钢的简支体系挠度变形，需通过设置底板矮边墙及中板下边墙的形式，间接减少侧墙一次浇筑的高度，控制在4.8m左右，在侧墙施工完成后进行中板及以下部分侧墙施工(见图4～6)。

　　

　　图3 对撑支架体系布置(600mm×600mm)  

　　 

　　

　　图4 型钢锚入式支撑体系示意 

　　 

　　

　　图5 锚入式支撑模板体系立面示意 

　　 

　　1.3 方案比选分析

　　(见表1)

　　2 锚入式支撑体系受力验算

　　2.1 材料

　　主楞采用双拼I25a，间距80cm;面板采用5mm厚钢板，横肋选用[8，间距35cm，加工成单块2.4m×4.8m组合钢模;拉杆采用25精轧螺纹钢，同时配备专用的连接套筒、螺母及2cm厚垫板。

　　

　　图6 优化后盘扣支架布置(1 200mm×1 200mm) 

　　 

　　  

　　表1 方案对比分析 

　　 

　　 

　　

　　表1 方案对比分析

　　2.2 荷载组合

　　侧压力计算依据JGJ 74—2003《建筑工程大模板技术规程》，混凝土重度γ_c为25k N/m³，新浇混凝土初凝时间t₀为4h，外加剂影响修正系数β₁为1，混凝土坍落度影响修正系数β₂为2，混凝土浇筑速度v为1.5m/h，混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面总高度H为5.1m，新浇混凝土对模板的侧压力标准值G_4k=min{0.22γ_ct₀β₁β₂v^1/2，γ_cH}=min{0.22×25×4×1×1×1.5^1/2,25×4.8}=min{26.944,120.0}=26.944k N/m²，倾倒混凝土时对垂直面模板荷载标准值Q_3k为2k N/m²，有效压头高度h=G_4k/γ_c=26.94/25=1.078m。

　　承载力极限状态设计值:S_max=1.2G_4k+1.4Q_3k=1.2×26.940+1.4×2.000=35.13k N/m²,S_min=1.4Q_3k=1.4×2.000=2.80k N/m²。

　　正常使用极限状态设计值:S'_max=G_4k=26.940k N/m²,S'_min=0。

　　2.3 型钢强度验算(见图7,8)

　　

　　图7 验算简图 

　　 

　　

　　图8 弯矩(单位:k N·m) 

　　 

　　M_max=51.923k N·m，σ=M_max/W=51.92×10⁶/804 000=64.58N/mm²≤205N/mm²，满足要求。

　　2.4 主梁支座反力计算(见图9)

　　

　　图9 剪力(单位:k N)  

　　 

　　第1道支撑所受主梁反力R_max(1)=49.08/ζ=49.08/0.6=81.81k N，第2道支撑所受主梁反力R_max(2)=37.27/ζ=37.27/0.6=62.11k N。

　　2.5 型钢挠度验算(见图10,11)

　　

　　图1 0 验算简图  

　　 

　　

　　图1 1 变形  

　　 

　　ν_max=4.579mm<[ν]=4 800/500=9.6mm，满足要求。

　　2.6 精轧螺纹钢强度验算

　　25精轧螺纹钢的设计植筋拉拔力176k N。由主梁支座反力验算过程可知对拉螺栓受力:N=81.81k N≤N_t^b=176k N，满足要求。

　　3 方案具体实施

　　3.1 模板加工设计

　　1)侧墙采用钢模板，面板采用5mm厚钢板，横肋选用[8，间距35cm，加工成单块2.4m×4.8m组合钢模板，模板均采用平接口螺栓连接，每块面板上设置2个圆钢加工的吊耳，便于模板吊装作业。

　　2)模板加固的竖向主楞采用双拼I25a，通过10mm厚连接钢板组焊而成，竖向顶部设置吊耳，底部设置20cm槽口，确保型钢能通过吊装自由插入下部预埋拉杆，主楞间距按80cm设置，采用上、下2道25精轧螺纹钢进行加固;拉杆规格为25精轧螺纹钢，垫板采用规格为18cm×18cm×2cm钢板。

　　3.2 主体结构底板矮边墙施工，预埋下部精轧螺纹钢拉杆

　　预埋拉杆采用25精轧螺纹钢，其抗拉值≥650k N。其中，下口预埋在矮边墙，单根长70cm，外露10cm，通过精轧螺纹钢专用连接器进行加长连接，不仅实现外露部分的重复利用，而且便于矮边墙模板拆除。

　　1)底板根据设计方案设置1 200mm厚矮边墙，底板钢筋绑扎完毕后，模板安装时，采用水准仪将拉杆标高放出，通过墨斗线弹出拉杆标高线，采用记号笔标记出拉杆点位，然后进行取孔，安放拉杆就位。通过采用二氧化碳气体保护焊与侧墙的钢筋电焊固定。

　　2)模板加固后，要求对矮边墙模板的垂直度及线形进行复测，因侧墙利用刚度较大的组合钢模，矮边墙不顺直，会导致侧墙施工时模板与矮边墙存在缝隙，产生漏浆，形成蜂窝、麻面。混凝土浇筑后，拆除模板，采用连接器接长预埋拉杆。

　　3.3 植筋、安设上部锚入式拉杆

　　1)钢筋位置确定根据已测量好的平面轴线及标高位置确定施工部位，用墨斗线弹出施工界线，并在地下连续墙上标出具体植筋位置。

　　2)锤钻成孔植筋位置确定后，用风炮进行钻孔。成孔施工操作不得损伤地下连续墙钢筋，钻孔直径不小于钢筋直径d。实际钻孔孔径允许有2,-1mm偏差。钻孔深度严格按设计方案施工。

　　3)清孔钻孔深度符合规范及方案要求后，先用钢丝刷和软毛刷清理孔洞内的软弱体，再用PVC管配合空压机管吹净孔洞内浮灰，使用前注意气管排湿，并用丙酮反复清洗孔洞，去除杂质及有机质，以保证植筋强度及质量。

　　4)注射植筋胶由厂家按比例配好专用胶，进场后复验合格后可直接使用。配备专用植筋胶注射器，通过软管确保植筋胶由钻孔根部缓慢挤压出来，胶体密实。

　　5)植筋钢筋加工按设计植筋深度增加10cm外露长度切割钢筋。钢筋切割采用无齿锯，用角磨机磨除钢筋外表面浮锈，再用丙酮擦洗外表油脂及污物。

　　6)钢筋植入植筋钢筋加工完毕后，向植筋孔内注入植筋胶，植筋胶注入钻孔体积的2/3为宜，并用结构胶涂抹钢筋表面。然后将钢筋轻轻送入孔内，用手锤敲击，直至孔内有胶体翻出。

　　7)养护钢筋植入后，不得受到任何扰动，现场需派专人看护，直到植筋胶固化为止。

　　8)强度检测待植筋胶固化后，需进行拉拔试验，强度满足要求方可进入下一个工序。抽取数量按每批锚栓总数量的0.1%计算，且≥5根。植筋强度在原位检查，确保拉拔强度满足以下要求，即25钢筋:0.9×π×25×25÷4×400=176k N。

　　3.4 侧墙施工

　　1)底板混凝土浇筑完成后，搭设满堂支架作为侧墙钢筋绑扎操作平台，进行钢筋安装。

　　2)采用专用连接器接长下部拉杆。

　　3)在模板安装前进行模板打磨清理，喷涂脱模剂。清理干净后，通过起重机起吊模板，搁置在预埋拉杆上，采用铁丝与绑扎好的钢筋骨架进行临时固定后，安装主楞型钢，将型钢的槽口对准拉杆，直接坐落在拉杆上方，安装垫片，紧固螺栓。

　　4)采用连接器接长上口植筋的拉杆，调整上口螺栓松紧度，通过手持式千斤顶进行模板线形及垂直度控制，完成锚入式支撑体系加固。

　　4 技术经济性分析

　　4.1 技术性分析

　　1)受力体系转换，提高施工安全主体结构浇筑过程的侧压力平衡依靠矮边墙预埋筋和墙体上口围护结构植筋，由原来支撑受压平衡体系转换为简支受拉体系，解决了端墙依靠盘扣架体受力的施工技术问题，同时避免了原设计方案架子工在支撑架狭小空间中作业风险，提高施工安全性能。

　　2)模板体系通用性强锚入式支撑体系的组合钢模及工字钢构件可应用到离壁式侧墙双面模板，上口锚筋直接利用通长的精轧螺纹钢替代，故其通用性强、周转率高，节能环保。

　　3)板墙同步施工、劳动强度低采用锚入式支撑体系，侧墙采用组合钢模，主楞采用双拼I25a，在模板加固中，只设置上、下2道拉杆，避免了侧墙三角背撑模板工艺与板面支架无法同步施工难题，施工过程中采用塔式起重机或汽车式起重机进行钢模及型钢主楞的吊装作业，辅以少数人工进行上、下拉杆加固即可，安全便捷。

　　4.2 工期效益分析

　　锚入式支撑体系实现侧墙模板体系与板面支撑架的分离，独立于架体施工，缩短该段的等待时间;同时，盘扣支架立杆间距得到优化，且支撑架无须设置对撑杆，省去密密麻麻钢管扣件施工，缩短施工工期。

　　1)钢管支架对撑模板体系站台层钢管支架对撑体系搭设(20d)→侧墙模板安装(8d)→中板施工(10d)→站厅层钢管支架对撑体系搭设(20d)→侧墙模板安装(8d)→顶板施工(10d)→混凝土龄期(14d)→支撑架拆除(14d)，共计104d。

　　  

　　表2 始发井中板及顶板施工支架租金费用分析 

　　 

　　 

　　

　　表2 始发井中板及顶板施工支架租金费用分析

　　  

　　表3 始发井中板及顶板支架人工费用分析 

　　 

　　 

　　

　　表3 始发井中板及顶板支架人工费用分析

　　2)锚入式支撑体系站台层普通支架搭设(5d)→组合模板安装(7d)→中板施工(10d)→站厅层普通支架搭设(5d)→组合模板安装(7d)→顶板施工(10d)→混凝土龄期(14d)→支架拆除(6d)，共计64d。

　　通过工效分析，采用锚入式支撑体系，在一个始发井侧墙循环施工中可缩短工期40d。

　　4.3 经济效益分析

　　采用锚入式支撑系统替代钢管支撑架进行非离壁侧墙施工，使侧墙模板独立于架体施工，完全无须设置对撑钢管和扣件，优化盘扣支架的间距，将原方案支架间距600mm×600mm调整为1 200mm×1 200mm，减少盘扣支架和对撑钢管的投入，节省支撑架体系搭设工费，通过对比分析，直接成本节约133.6万元，具体分析如表2,3所示。

　　5 结语

　　地铁始发井非离壁侧墙采用锚入式施工技术增强结构可靠性，降低安全风险，利用精轧螺纹钢的拉拔力使端头井非离壁式侧墙模板独立于支架体系施工，不仅解决了端墙依靠盘扣架体受力的施工技术问题，避免了原设计方案架子工在支撑架狭小空间中作业的风险，而且使盘扣支架得以减量化布置，无须设置对撑杆，省去密密麻麻钢管扣件施工，提高施工工效，缩短施工工期并节约成本。