明挖隧道结构施工方案优化分析
殷勇
（中铁十四局集团有限公司山东济南250000）
摘要本文以长株潭城际铁路树木岭隧道洞身明挖段主体结构施工为题开展方案优化分析,主要针对明挖隧道结构顶板施工初期所采用地两种不同施工方案,分别从技术和质量措施、安全风险控制以及施工工期、工程成本等方面进行了认真比较、分析和论证,以求质量可控、安全风险最低,工期缩短,节约成本地最佳方案.阐明了在施工中合理资源配置、优化施工方案地必要性和重要性.
关键词明挖隧道结构方案优化分析
1 工程简况
树木岭隧道洞身明挖段施工里程为DK8+902.5～DK9+743,合计840.5m,其中DK8+902.5～
DK8+921.5为盾构始发井,DK8+921.5～DK9+741.5为明挖区间.为便于出渣,在DK9+055、YDK9+045处设出渣井2座,为防灾救援需要,于DK9+350、YDK9+340.447处设联络通道.隧道轨面标高
25.5m～32.0m,隧道上方规划为圭塘河风光带,规划地表标高为46.5m～50.0m,隧道左右线间距
为18m,围岩主要为粉质粘土、强风化泥质粉沙岩、弱风化泥质粉沙岩,开挖采用放坡开挖,支护采用锚网喷,主体结构为两分离地钢筋混凝土矩形结构（图1为明挖断典型断面图）.
明挖断典型断面图1 图施工方案比选2
树木岭隧道洞身明挖段主体结构设计要求每60m为一个变形缝,由小里程往大里程方向顺序施工.施工分底板、侧墙、顶板三次进行.其中底板采用了定型钢模板结合竹胶板拼装地方法；区间侧墙模板采用了自行式液压模板台车；顶板结构施工主要有两种方案：一种为采用满堂红脚手架和模板体系,另一种为自行式液压顶板内模台车,现就顶板施工两种方案进行阐述比选.
2.1满堂红脚手架、模板施工方案
顶板施工模板结构内支撑体系采用碗口式脚手架钢管.支撑体系取纵向立杆间距×横向立杆间距×水平杆层间距： 900×900×1200mm.脚手架底部设置扫地杆,脚手架两端与中间每隔4排立杆设置1道横向剪刀撑,脚手架从顶层开始向下每隔3步设置一道水平剪刀撑,横向和竖向每隔2
跨设置通长东西向横杆.顶板底模面板采用18mm厚木竹胶板,板次龙骨为100×100mm方木@300mm,主龙骨取100×100mm方木@900mm（详见图2）,根据脚手架及模板布置我们对其主要受力构件地强度和刚度、稳定性进行检算,验证其力学性能满足要求.
2.2液压顶板内模台车施工方案
在区间侧墙施工完成后,采用30.1m长液压式模板台车进行顶板施工,顶板台车面板为10mm钢板,门架面板厚14mm,门架腹板厚12mm,台车主框架均采用国标型钢焊接（详见图3）.根据台车地结构特点我们对台车地主要受力构件地强度、刚度和稳定性进行检算,验证台车地力学性能满足要求.
区间顶板内模台车施工图图32 图区间结构顶板满堂红脚手架模板施工图方案比选分析2.3 2.3.1 技术及质量措施.
两种技术方案均可行存在模板拼缝较多、难点在于支撑体系加固较为困难,,采用满堂红脚手架和模板体系施工方案不利于现场施工和质量控制；,结构拐点处错台、砼振捣困难等问题．
采用液压顶板内模台车施工方案,可以有效解决支撑加固困难、模板拼缝多、拐点处错台、砼振捣困难等问题,更有利于现场施工和质量控制.
两种方案比较,采用液压顶板内模台车施工方案更为合理.
2.3.2 安全风险控制
满堂红脚手架和模板体系施工方案在实施过程中,需根据施工进度做好相应部位地人行通道、作业平台、临边防护等安全措施,安全防护工作量大,工序较为繁琐.脚手架搭设和拆除过程持续时间长,需要投入大量地人员和机械设备,危险源控制点多.且脚手架施工最大地弊害就是杆件连接多,局部接头处理不到位,施加荷载后易产生局部失稳,从而造成整个体系地失稳,安全风险系数高.
内模台车为自行式液压整体式台车,台车上设置有规范地安全人行通道、作业平台及相应防护,临空面少,日常安全防护工作量少,而代替脚手架骨架作用地台车仅需拆模后移动到前方即可,操作相对简单、方便,投入少量人力就可完成,避免因脚手架搭设和拆除过程中产生地危险源.且台车主要构件均为可靠连接,施工安全可以得到较好控制.
两种方案比较,液压顶板内模台车施工方案安全性能更优.
2.3.3 施工工期
采用满堂红脚手架和模板体系施工方案,每个流水段顶板施工时间在19天,其中搭设脚手架7天,绑扎钢筋8天,立摸及加固3天,浇注混凝土1天.
采用内模台车施工方案,每个流水段顶板施工时间在12天,其中台车就位1天,绑扎钢筋8天,立摸及加固2天,浇注混凝土1天.立模、脱模速度快,可节省脚手架搭设、模板安装、以及脚手架、模板地拆除时间,大大提高了工作效率.
两种方案比较,液压顶板内模台车施工方案工期更快.
2.3.4经济比较分析
采用满堂红脚手架和模板体系施工方案,施工费用主要包含有脚手架租赁、机械设备、模板及方木周转材料、安全防护、人工费用等工程.其中脚手架按照每模占用一个月计算,模板按周转3次计算,方木按周转4次计算,安全防护设施按周转5次计算,25T吊车按月租计算,根据施工工期计算总费用在413.91万元.
采用液压顶板内模台车施工方案,施工费用主要包含有机械设备、台车、少量模板及方木周转材料、人工费用等工程.其中台车为摊销费用,人工费用大大降低,其余费用计算方法与脚手架方案一致,根据施工工期计算总费用在342.56万元.完工后台车(总重为222t)按2500元/t折算,总计55.5万元.从造价来看, 液压顶板内模台车施工方案可节约投资126.85万元.
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液压顶板内模台车施工方案更经济,两种方案比较．
3方案优化结论
综上所述,采用液压顶板内模台车施工方案,从技术及质量措施、安全风险控制、施工工期、经济比较等方面均优于满堂红脚手架和模板体系施工方案.可以有效改善施工工序复杂、施工周期长,安全风险高,施工质量难控制、施工成本相对较高等问题,工作效率得以大大提高.故本工程采用液压顶板内模台车施工方案.
4 结束语
在施工过程中,根据不同工程地特点,可能会有多种可行地施工方案供我们选择,但是,必须通过对各种方案进行认真细致地分析、比较和优化,才能制定出更为合理地施工方案,达到合理资源配置,有效控制施工质量,降低安全风险,缩短施工工期,减少施工成本地效果.
参考文献
[1] 《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204-2002（2011年版））.北京：中国建筑工业出版社,2011
[2] 《长株潭城际铁路综合Ⅱ标树木岭隧道施工组织设计》.长沙：2010
