马蹄形隧道模架体系的设计应用与对比

郭范 赵书东 吴瑜 万海涛

【摘要】成都天府国际机场航站楼前高架桥、主进场通道道路设计工程分别由 A、B（本标段）2个标段完成，其结构形状类似马蹄形的4号隧道，由相接壤的 A/B2个标段分段进行施工，本标段通过对比 A标段的2种模架体系设计方案，总结得出第3种更加适合本标段现场实际情况的模架设计方案，文章通过对该模架体系进行理论分析计算、结合现场实际应用，验证了本标段模架体系方案的可行性。最终分析得出马蹄形隧道各种模架体系设计方案的最优应用场景。

【关键词】异型曲率;以直代曲;高大拱形结构;超长线行结构;支撑体系

【中图分类号】 U455.91【文献标志码】 A

1工程概况

成都天府国际机场航站楼前高架桥、主进场通道工程是成都天府国际机场综合换乘中心地下车辆通行的重要通道。该工程中4号隧道起讫里程为 ZK0+338-ZK3+945，全长3607 m，其中 ZK0+590-ZK1+192.673区段内隧道由不规则曲线构成的马蹄状钢筋混凝土结构（sKG型框架）区间长度602.673 m，底板厚0.9 m，侧墙及顶板厚0.8 m，宽14.08 m，高8.57 m，见图1。

ZK0+590-ZK0+762.138位于直线段上，ZK0+762.13- ZK1+099.554位于曲线半径为3500m的右偏曲线上，ZK1+099.554-ZK1+192.673位于曲线半径为3500 m 的左偏曲线上，见图2。

ZK0+590-ZK1+192.673縱断面由两凹形线及2个凸曲线型组成，纵坡为-4.7500%、0.5000%、3.8025%，本段隧道最小埋深0.82 m，最大埋深13.6 m，见图3。

2模架体系设计方案对比

2.1 A标段模架体系设计方案概况

A标段涉及马蹄形的sKG型框架隧道起止于 ZK0+590-ZK1+172.673处，共计582.673 m。根据体量大、结构超长的特点，结合sKG型框架结构横断面、结构平面曲线、竖向曲线等不规则马蹄状曲线问题，以及考虑结构及施工荷载，最终选出2种模架体系设计方案，见表1。分别为：方案一采用由内模台车+外模台车组成的成型台车;方案二采用盘扣架+工字钢+方木+弧形多层板。其中方案二中的工字钢，主要根据sKG型框架横断面设计曲线定尺加工而成，2种模架体系设计方案现场应用实例见图4。

2.2 B标段模架体系设计方案概况

B标段（本标段）涉及马蹄形的sKG型框架隧道起止于ZK1＋172.673～ZK1＋192.673处，共计20 m。根据其体量小、施工周期短的特点，对比 A标段模架体系设计方案，本标段的模架体系设计应结合结构特性、施工工期以及企业自身资金情况等因素综合确定，最终确定采用第3种模架体系设计方案，见表2。方案采用盘扣架＋可拼接薄壁冷弯双 C型钢＋方木＋弧形多层板[1]。

2.3 A和 B标段模架体系设计方案对比

对本工程这种由不规则曲线构成的马蹄状钢筋混凝土结构，模架系统的对比，如何实现"以直代曲"和高承载力、高稳定性是模架方案成败的关键问题。落实在具体方案中，主要是主龙骨和支架的选型。结合工程实践中"以直代曲"的实例选用台车、盘扣架＋传统的12.6号工字钢、盘扣架＋可拼接薄壁冷弯双 C形钢[2]，对比分析见表3。

通过对比分析，上述3种方案，均很好的实现了设计效果。考虑不同的使用场景，得出结论：方案一（台车），适用于结构形式相对固定，工程体量较大，资金压力小的工程;方案二（小48.3 mm盘扣架＋12.6号工字钢），适用于工程体量小，垂直运输便利的工程;方案三（小48.3 mm盘扣架＋可拼接薄壁冷弯双 C形钢），适用于工程体量适中，结构变化多样，资金压力大的工程（图5）。

3 B标段模架体系设计及应用

3.1模架体系设计

3.1.1模架的选择

针对于马蹄形的 SKG型框架，综合考虑安全、经济及适用性，最终选用小48.3 mm盘扣架作为结构的支撑架[3]。盘扣架具有几个优点：①高承载力，标准型立杆采用0345钢材质制作而成，连接盘及插销采用碳素钢，外径为小48.3 mm，壁厚3.2 mm，节点采用锻造工艺，可承载较大荷载;②高稳定性，盘扣架配套产品包含水平斜杆、竖向斜杆，斜杆通过插销的形式与连接盘进行连接，可形成较为牢固稳定的整体，见图6。

3.1.2主龙骨的选择

本工程选用的可拼接薄壁冷弯双 C形钢，通过拼接组合，可适用于不同曲率的弧，从而达到更好的贴合效果，施工相对简单，可重复多次周转，租赁费用交底，安全风险小，承载力高，见图7。

3.2 B标段的模架应用

马蹄形的 SKG型框架隧道，采用小48.3 mm盘4架，纵横向间距均为900 mm，架体布局1500 mm，竖向斜杆每跨设置，水平剪刀撑上中下各设置一道，底座选用可调节底座，顶托选用带 U型槽可调节顶托，主龙骨选用可拼接薄壁冷弯双 C形钢间距900 mm，次龙骨选用100 mmx100 mm方木间距200 mm，面板选用15 mm厚多层板。

马蹄形的 SKG型框架隧道的顺利施工，分解为几个步骤完成。

（1）浇筑底板混凝土以及上反混凝土导墙，上反导墙及底板内预留拉结螺栓，见图8。

（2）按照设计高度，搭设模板支撑架，并安装主次龙骨及内侧弧形模板，见图9。

（3）墙、板钢筋安装，施工时预留支撑铁以及拉结螺栓，随后进行外侧弧形模板安装，并在顶部预留浇筑孔，见图10。

（4）浇筑混凝土，需控制混凝土坍落度不大于120 mm， 见图11。

对本工程这种由不规则曲线构成的马蹄状钢筋混凝土结构，模架系统的对比，如何实现"以直代曲"和高承载力、高稳定性是模架方案成败的关键问题。落实在具体方案中，主要是主龙骨和支架的选型。结合工程实践中"以直代曲"的实例，选用台车（全能型）、盘4架+双U型主龙骨和盘4架+传统的12.6号工字钢，对比分析见表2。

4结束语

盘4架+可拼接薄壁冷弯双 C形钢+方木+面板的模架体系设计方案，可应对多种结构变化，不仅仅适用于复杂多变的曲面结构，造型方正的结构适用性更强，有操作简单、资金占用小、缩短施工工期、安全性高的特点，可针对类似工程进行推广使用，以解决类似工程的模架应用难题。

参考文献

[1]卢喜成，毛杰，于越，等.大曲率高拱结构扣厚顶板模架设计及应用[J].建筑技术开发，2022，49（4）：31-36.

[2]卢喜成，李红涛.大跨度扣长高承载连续变截面拱形模架体系[J].建筑技术开发，2021，48（24）：115-116.

[3]承插型盘4式钢管支架构件： JG/T503-2016.