建筑技术丨轻质定型模板在管廊工程中的应用

1  工程概况

北京通州文旅区某地下综合管廊工程，管廊全长1.54 km，管廊内安装有燃气、给水、再生水、电信、电力等管线，施工时为后期增容预留了条件。工程场地周边环境较好，采用明挖法进行施工。管廊结构标准断面外尺寸为10.6 m×3 m，分为燃气舱、水信舱、电力舱。结构混凝土设计采用强度等级为C35、抗渗等级为P8，管廊底板、外墙及顶板厚度均为400 mm，中隔墙厚度为250 mm。地下综合管廊工程标准断面如图1所示。

图1  地下综合管廊工程标准断面示意

2  项目背景

综合管廊将各专业管线做统一规划后合入廊内，起到了很好的管控作用，为城市的生产、生活起到了重要保障。管廊在系统日趋完善的同时，模板施工工艺更加多样化。传统的模板搭设体系采用满堂红脚手架支撑体系配合木模板或整体式钢模板，满堂红脚手架支撑体系主要依靠人工进行搭设，对劳动力要求高，机械化利用率低；木模板采用现场加工，不利于文明施工的同时，模板周转率低，材料使用量大，施工周期较长。整体式钢模板需待顶板混凝土强度达到设计规范要求后进行拆除，模板材料周转率较低，对施工进度存在一定的制约。

目前地下综合管廊在国内处于大力度、大范围的推广过程，传统方法存在一定的制约。针对以上情况在通州文旅区地下综合管廊施工时，施工前对管廊模板进行优化，结合管廊断面尺寸变化少的情况，项目管理团队多次考察相关厂家，最终加工定制了一种轻质定型模板以及配套工具式可调支撑体系，以保证管廊工程的施工。

3  模板深化选型

3.1  模板材质选择

结合管廊工程施工流水段多、场地狭长的特点，充分考虑模板的周转次数要求，以及模板周转过程中大型机械设备的使用情况，尽量减少模板周转对场内交通的影响，最终将模板材料选定为铝合金材质。铝合金模板整体性好、拼接缝隙严密、板块尺寸可调，单块模板重量相对较轻，能较大限度地减少周转过程中大型机械的使用，从而降低项目机械成本。此外，铝合金模板模块化拼装施工较为便捷，对工人技术水平要求相对较低，提高了模板搭设效率，缩短了施工工期。

3.2  支撑体系选定

考虑到管廊工程每个独立舱室内净空尺寸受限，且管廊工程线性施工的特点，计算出每个流水段墙体、顶板模板及其支撑体系的使用时间，如不能在相邻流水段搭设前拆除本流水段墙体、顶板模板及支撑体系，否则墙体、顶板模板及其支撑体系将无法拆除。最终将轻质定型模板配套使用的支撑体系进行独立设置，墙体与顶板模板支撑体系可分开拆除，侧墙模板及支撑体系先行拆除后即可投入下一流水段施工，待顶板混凝土达到设计强度后，再行拆除顶板模板及支撑体系，有效提高了模板的周转效率，减少模板支撑体系加工数量。

轻质定型模板配套的可调支撑体系整体稳定性和混凝土成活后结构外观质量较好，适用于无装饰要求的地下综合管廊工程。

3.3  利用BIM辅助深化

结合地下综合管廊的施工特点，从初期模板设计、加工，到现场实施安装阶段，利用BIM技术对轻质模板进行辅助深化。对轻质模板设计、加工进行模拟，确定设计腋角、承插口部位的参数；对轻质模板现场施工进行模拟，确定轻质模板支撑体系，减少施工过程中不必要的浪费。

4  模板施工工艺及要求

4.1  施工工艺

管廊工程模板采用轻质定型，模板材质为铝合金（6061–T6），面板厚4 mm，边框厚8 mm。常用模板标准件宽度为150 mm、200 mm、300 mm、400 mm，模板之间采用销钉固定连接，模板背楞采用Q235矩形钢管（60 mm×40 mm）。竖向支撑采用可调节工具式单支撑，套管为 60 mm，插管为 48 mm，材质均为Q235，竖向支撑纵向采用钢管+扣件连接，横向与横撑用扣件连接。

轻质定型模板的面板、边框和次肋采用一次整体挤压成型，整体刚度较大，安装、拆卸不易变形；由于材料密度是钢材密度的1/3，导致模板重量相对较轻，能够降低施工作业人员施工过程中的劳动强度，从而提高施工效率。

管廊结构模板可分两次搭设完成：第一次为管廊底板和导墙模板，施工缝留在距离底板顶上方350 mm处，制作导墙模板2套，以便于施工周转；第二次为管廊墙体和顶板模板，制作模板1套，独立支撑系统设计2套，以便于施工周转使用。

4.2  施工流程及安装

4.2.1  施工工艺流程

管廊工程轻质定型模板施工工艺流程如图2所示。

图2  管廊工程轻质定型模板施工工艺流程

4.2.2  安装

管廊工程采用组合铝合金模板独立支撑体系，区别于传统模板支撑体系，操作起来更加便捷，大幅提高施工效率。其细部连接如图3、图4所示。

图3  安装墙体模板与顶板连接件示意

图4  安装独立支撑示意

4.3  施工操作流程

4.3.1  模板加工制作

（1）墙体铝合金模板。外墙外模板由尺寸为400 mm×2600 mm、400 mm×450 mm及400 mm×200 mm这3种标准板拼装而成，外墙内模板及隔墙模板由尺寸为400 mm×2300 mm的标准板和腋角定型模板拼装而成。墙体模板背楞采用60 mm×40 mm×3 mm的方管，材质为Q235，对背楞进行镀锌防腐处理，背楞连接处采用14号槽钢进行连接。

（2）顶板铝合金模板。由尺寸为400 mm×650 mm、400 mm×200 mm和150 mm×600 mm的3种标准板拼装而成，顶板支架采用独立支撑，材质为Q345，进行浸漆防腐蚀处理。在支架顶端沿纵向放线设置横向铝合金龙骨，龙骨宽150 mm，纵向间距不大于700 mm，龙骨下方设快拆支撑头。

（3）墙体变形缝模板。变形缝承插口处侧面模板采用定型铝合金模板，根据施工图纸中变形缝的尺寸，对模板进行设计加工、拼装成型。在变形缝承插口转折处各设置1道对拉螺栓，变形缝对拉螺栓纵向间距与墙体对拉螺栓纵向间距相同，变形缝端头处采用木模板进行封堵。

4.3.2  设备材料进场

施工现场设置不同的模板存放区域，待模板材料进场后，检查其规格、数量及零配件是否准确，并根据深化设计图纸将其存放至指定区域。

4.3.3  首段墙体模板、顶板独立支撑吊装就位安装

（1）核查首段所需模板及零配件数量，并对模板接触面及边缘部位进行清理和涂油，将模板材料吊装入位。

（2）现场由测量员放出模板安装线，并保证安装线的清晰；对接槎位置进行凿毛处理。

（3）模板施工顺序为先内墙、后外墙，采用支撑临时固定后，两侧同步安装墙模板。

（4）采用对拉螺杆穿过墙体模板预留孔，模板外侧附背楞。

（5）安装斜向支撑，调整模板的垂直度和标高；将斜撑两端分别固定在墙体模板背楞和底板上，以保证墙体模板稳定。

（6）墙体模板初步调整完毕，再进行独立支撑体系安装，独立支撑体系应安装牢固。采用架子管和十字扣件固定连接独立支撑体系，分为上下两道。

4.3.4  首段顶板模板安装及混凝土浇筑

（1）顶板模板安装前，应安装加固顶板模板支撑体系，利用销钉固定顶板底模与主龙骨。模板间利用销钉连接固定，模板和背楞利用螺栓连接，背楞间利用连件连接。退模丝杆、花篮螺栓采用开口销和销轴安装。

（2）独立支撑体系拆除条件。顶板混凝土标准养护试块和同条件养护试块经试验检测，强度满足设计规范要求，并填写模板拆除申请经审批通过。

（3）独立支撑体系拆除要逐步进行，将拆除下的首段独立支撑体系倒运至第三段进行施工。

4.3.5  拆除首段墙体模板、顶板模板

（1）墙体模板拆除，应在墙体混凝土强度足以确保其表面及棱角不因拆除模板而受损后进行。拆除顶板模板后需保留独立支撑体系，并及时进行回顶。

（2）拆除墙体模板时，先拆除斜撑，再拆除螺栓，最后拆除连接模板的销钉，拆下模板。

4.3.6  后续施工段结构的施工

根据施工现场情况选择适合的搬运机具，将模板倒运至下一个流水段，并对模板进行清理，以及涂抹脱模剂。依此类推，施工后续施工段的结构，施工工序同第一流水段。

4.3.7  周转施工直至结构完成

每套墙体模板和顶板模板配备2套独立支撑体系，并采用流水作业进行施工，结合顶板混凝土强度增长情况，相应地调整独立支撑体系数量，以满足现场施工需求。

4.4  质量保障项目

（1）模板及其支架、配件等应进行进场验收，所选材料应符合规范要求。

（2）模板表面应光洁平整，接缝严密。

（3）模板安装时应采取适当的临时固定措施，防止模板变形。

（4）模板表面清理干净后均匀涂抹脱模剂，操作时应避免污染钢筋，并保证只使用一种脱模机。

（5）墙模、顶模支撑体系应全部检查验收。

（6）拆除后的模板材料及时清理、维护，并分类妥善保管。

5  与常规模板体系对比分析

5.1  缩短管廊施工周期

采用常规满堂红脚手架支撑体系配合木模板，主要依靠人工搭接，对劳动作业操作要求较高，而且材料使用量较大，施工周期较长。整体式钢模板需待顶板混凝土强度达到设计规范要求后再进行拆除，对施工进度存在一定的制约。采用轻质定型模板施工便捷，操作难度较低，有效降低了施工劳动强度，有效缩短了管廊施工周期，满足管廊工程流水施工作业特点。

考虑本工程在同种作业条件下，采用轻质定型模板+配套可调支撑比木模板+满堂红脚手架，可节省2个月左右工期。

5.2  加快模板的周转效率

采用常规模板施工，木模板现场加工，不利于文明施工的同时，模板周转率较低；整体式钢模板需待顶板混凝土强度达到设计规范要求后进行拆除，模板材料周转率较低。轻质定型模板及配套使用的支撑体系可分别进行拆除，轻质定型模板的侧墙与顶板模板可独立进行拆除，侧墙模板及其支撑体系先行拆除后即可投入下一流水段施工，顶板模板及其支撑体系待顶板混凝土达到设计强度后再行拆除，有效提高了模板的周转效率。

5.3  提高结构的外观质量

采用木模板或钢模板施工，易出现模板不平顺、板缝不严密、漏浆等情况，从而引起混凝土质量不良等现象。采用轻质定型模板整体性好、拼接缝隙严密、板块尺寸可调，其配套的可调支撑体系搭设完毕后整体稳定性好，施工完毕后混凝土结构外观质量好，适用于无装饰要求的管廊工程。

5.4  经济效益分析

结合管廊工程施工特点，利用BIM技术对轻质模板现场施工进行模拟，确定轻质定型模板的支撑体系，减少施工过程中的浪费，而且轻质模板与木模板相比可重复周转使用。轻质模板重量相对较轻，减少了机械吊装的周转频次，考虑同种作业条件下，轻质模板较木模板可节省工期2个月左右，对项目整体成本管控非常有利。考虑本工程在同种作业条件下，预计工程整体节约成本约141.8万元，见表1。

表1  管廊工程模板经济效益分析

6  结束语

轻质定型模板在通州文旅区某地下综合管廊的应用效果显著，在保证管廊质量的同时，也取得了一定的经济成效。

轻质定型模板应用于管廊结构，提高了管廊混凝土外观质量；轻质定型模板以成套预加工取代传统现场加工模板，减少了人工、机械投入，模板材料的密度是钢材的1/3，提高了施工效率；墙模、顶模与顶板独立支撑可分开拆除，墙体模板可提前拆除投入下一流水段周转施工，加快模板周转；标准模板面板、边框和次肋一次整体挤压成型，整体刚度大，安拆不易变形，为施工过程中安全性提供保证，降低施工风险。目前我国地下综合管廊工程正在全面推广，该轻质定型模板技术针对管廊工程特点，适应管廊工程战线长、施工周期短的特点，可为地下综合管廊工程的推广提供一定的辅助作用。