明挖法裝配式地鐵車站施工技術(shù)研究

李紅成

北京鐵城建設監(jiān)理有限責任公司

1 明挖法概述

明挖法屬于一種應用廣泛的傳統(tǒng)式地面框架結(jié)構(gòu)施工法，具體是在地面做基坑圍護樁，進而自上而下開挖基坑土方，并加支撐以防基坑發(fā)生變形，在開挖到底之后自下而上裝配框架結(jié)構(gòu)[1]。明挖法的特點有經(jīng)濟、快速、簡單，目前在地鐵車站施工中屬于首選方案。長春市地鐵2號線西延線工程捷達大路站設計為預制裝配段車站，車站修建期間采用的是裝配式明挖法，施工中運用此技術(shù)獲得了較好的施工效果。

2 工程概況

長春市地鐵2號線西延線工程捷達大路站位于凱達北街與捷達大路站交叉口的環(huán)島內(nèi)，車站范圍內(nèi)現(xiàn)狀標高為208.510～209.910m，車站主體覆土高度為3.9m~4.9m左右，本車站為地下島式車站，有效站臺寬度11m，有效站臺長度118m，有效站臺中心線處軌頂標高為191.21m，車站長度總共187.6m，設計車站兩端為現(xiàn)澆段，長度總共61.6m，同時車站主體部位現(xiàn)澆段寬度保持在21.1m~24.5m。設計車站中部為預制裝配段，長度一共是126m，此段主體寬度保持在20.5m，環(huán)寬控制在2m，順著車站的縱向方向分布63環(huán)，有55環(huán)屬于標準環(huán)，位于車站中部，總長度126m。預制裝配段車站主體寬度為20.5m，寬度為17.45m，環(huán)寬2m，沿車站縱向共布置63環(huán)，其中標準環(huán)為55環(huán)，出入口環(huán)為8環(huán)，預制裝配式段涉及附屬結(jié)構(gòu)有4個出入口，分別為1、2、3和4號出入口。

車站周邊規(guī)劃為工業(yè)用地，現(xiàn)狀多為廠房，現(xiàn)狀未完全實現(xiàn)規(guī)劃，明挖車站場地范圍內(nèi)影響施工的管線有天然氣管線兩根（DN300、DN400），電纜管線18根，目前已經(jīng)改遷完成。通過地質(zhì)資料分析，可發(fā)現(xiàn)場區(qū)地層包含有泥巖、粉質(zhì)黏土、雜填土，首層分布的是雜填土①層厚度0.4m~3.0m，第二層為粉質(zhì)黏土②2層厚度1.4m~5.8m，粉質(zhì)黏土②3層厚度0.6m~3.54m，第三層為全風化泥巖③1層厚度3.1m~7.36m，第四層為強風化泥巖③2層厚度11.1m~19.5m；水位埋深1.9m~4.0m，主要賦存于空隙潛水。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

裝配段結(jié)構(gòu)采用空腔肋板結(jié)構(gòu)型式，標準襯砌環(huán)包含的預制塊數(shù)量是7，即圖1中的A塊（37.6t）、B塊（39.5t）、C塊（31t）、D塊（48.3t）、E塊（54.3t）；出入口環(huán)采用預制洞口環(huán)梁的結(jié)構(gòu)形式，由環(huán)梁塊（圖紙編號為F1、F2，重量為55.0t）和下側(cè)墻塊（圖紙編號為C3、C4，重量為17.4t）組成；樓板設備孔洞多且不規(guī)則，采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

圖1 裝配段結(jié)構(gòu)設計形式圖

3.1 起重設備選擇

根據(jù)設計參數(shù)及現(xiàn)場條件、設備儲備情況，起重設備選擇龍門吊，起重最大噸位為160t（80t+80t），單鉤吊重80t＞55t（裝配構(gòu)建最重塊），滿足起吊要求。該龍門支腿高度為15m，跨度為24m，滿足現(xiàn)場預制構(gòu)件卸車要求。基坑范圍內(nèi)軌道設置在冠梁頂部，預制件存放及卸車場地采用地槽內(nèi)設置地梁的方式與冠梁部分相連，地槽內(nèi)設置擋土墻封閉。

3.2 設置反力架

首環(huán)定位精確及安裝牢固是本拼裝方案的關(guān)鍵，所以首環(huán)與北端現(xiàn)澆段之間要設置反力架。底板塊設置反力架鋼筋混凝土梁，反力架基礎梁尺寸為22.5m×1.5m×1m，強度等級為C30，鋼板預埋件尺寸為1200mm×500mm×20mm；B塊頂部及側(cè)墻C塊反力架，由側(cè)墻預埋型鋼固定；頂板塊由拼裝臺車調(diào)整精確定位，不設置反力架。反力架主要設置在A、B、C塊，D、E塊采用拼裝臺車精確就位，底板反力架設置在現(xiàn)澆混凝土梁上，側(cè)墻塊反力架在現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)期間預埋型鋼，拼裝前進行焊接安裝。反力架與首環(huán)預制塊間預留≥5mm間隙。

3.3 精平墊層施工

在施工期間，具體流程為：（1）挖掘機配合人工方式清底找平；（2）對標高控制角鋼實現(xiàn)預埋；（3）對精平條帶展開施工；（4）對剩余墊層進行施工；（5）保證條帶標高與相關(guān)要求符合；（6）展開機械打磨。精平條帶沿基坑橫向設置5道，每道帶寬1.2m，條帶高程通過預埋角鋼控制。在條帶間進行混凝土澆筑，所填充混凝土面要低于條帶標高1cm，并埋設φ3cm的鐵質(zhì)注漿管，底板塊拼裝完成后，拼裝塊與墊層間縫隙采用注漿無收縮水泥灌漿料實現(xiàn)填充。施工中要對精平條帶加強精度控制，一般在±1mm范圍內(nèi)，若局部不合格需通過磨石機加以處理。

3.4 拼裝施工

在A塊拼裝施工中，首環(huán)A塊拼裝要先測量放樣，全程做好標記，吊裝首環(huán)A塊需要保證初步對中。A塊下落期間，使用龍門吊同步配合人工方式實現(xiàn)構(gòu)件的初步對中，預制件相應橫軸線中心需要和反力架側(cè)保持較遠距離。初步對中后精確定位并鎖緊，進而卸載千斤頂并安裝連接器，拼裝第二環(huán)A塊。吊裝第二環(huán)A塊前，先將兩側(cè)首環(huán)B塊均初步安放到位，避免首環(huán)B塊跨越第二環(huán)A塊吊放產(chǎn)生磕碰，導致預制件因磕碰損傷及首環(huán)A塊位移的現(xiàn)象發(fā)生。首環(huán)B塊吊放原則同首環(huán)A塊，且B塊就位前將B塊環(huán)向精軋螺紋放置到構(gòu)件內(nèi)部。第二環(huán)A塊拼裝順序：吊裝第二環(huán)A塊及初步對中；千斤頂?shù)谝淮螐埨拜S線偏差調(diào)整；千斤頂?shù)诙螐埨?/p>

在B塊拼裝施工中，首環(huán)B塊拼裝要先沿車站橫斷面準確定位，接著B塊與A塊張拉就位，最后將B塊與反力架鎖緊，嚴格復核A、B端面保持的誤差，保證無誤基礎上進行第二環(huán)B塊安裝工作。拼裝之前要準確吊裝、初步對中，落到第三環(huán)空擋部位，之后放B塊當中的環(huán)向精軋螺紋，進而再吊起龍門吊，在人工輔助操作下使B塊完成初步就位，再進行三次張拉，復核A、B端面誤差，無誤則安裝下一環(huán)底板塊。

臺車安裝完并調(diào)試完成后拼裝C塊，在完成吊裝、對中之后開始拼裝首環(huán)C塊，且C塊在下落期間要注意通過龍門吊聯(lián)合人工方式實現(xiàn)對中就位，準確落到B塊頂端。將臺車固定好后，對橫向垂直度實現(xiàn)準確校正，緊接著連接反力架并鎖緊，最后連接牛腿，即對稱安裝C塊并復核內(nèi)寬，確保符合要求，之后在氣動扳手使用下對B塊、C塊牛腿兩者實現(xiàn)連接的高強螺栓進行擰緊操作。拼裝第二環(huán)C塊前依舊要先完成吊裝和對中，而后步驟同首塊。

為保證第一環(huán)的D快和E塊高度穩(wěn)定，需要對C塊進行3環(huán)的完整拼裝之后在對首環(huán)頂板塊實現(xiàn)拼裝操作。首先把臺車二層及三層平臺均調(diào)至合適部位，之后對C塊頂端的定位銷實現(xiàn)安裝作業(yè)，同步分別把D塊和E塊以吊裝方式裝在臺車三層拼裝架當中；接著利用頂部拼裝平臺對D塊與E塊實現(xiàn)三維調(diào)整，使兩者以橫向方向完全合攏，進而對連接口上端與下端所分布的環(huán)向精軋螺紋鋼進行張拉，各孔的鎖定值為25t；然后嚴格復核軸線，通過測量明確D塊、E塊連接體是否和C塊保持對中，若存在誤差需及時調(diào)整。進而要對橫斷面進行復核，明確D塊、E塊連接體是否和C塊端面保持對齊，若存在誤差需及時調(diào)整，在全面對齊之后對千斤頂進行回落調(diào)整，使其落在C塊頂端，實現(xiàn)C塊、D塊、E塊的全面合攏；再次穿縱向精軋螺紋鋼，并以25t的鎖定力對D塊和E塊實現(xiàn)自鎖；最后在氣動扳手利用下，擰緊對D塊、E塊、C塊牛腿實現(xiàn)連接的精軋螺紋鋼，進而對D塊、E塊的外側(cè)絲桿實現(xiàn)安裝操作。

在對第二環(huán)的D塊、E塊進行拼裝操作期間，具體步驟為：首先移動小車至和首環(huán)保持130mm間距的部位，之后升起千斤頂32cm，進而橫向移動千斤頂，分別往兩側(cè)實現(xiàn)13cm的橫移，對定位銷進行安裝，吊裝D塊、E塊到設計位置；接著基于頂部拼裝平臺對D塊、E塊實現(xiàn)三維調(diào)整，并橫向使該兩者合攏，待就位之后對連接口上端和下端所分布精軋環(huán)向螺紋鋼進行張拉操作，各孔保持25t的鎖定值；然后復核軸線，通過測量明確D塊、E塊連接體是否和C塊保持對中，若存在誤差需及時調(diào)整。將千斤頂落到C塊頂端，使D塊、E塊、最后在氣動扳手利用下，擰緊對D塊、E塊、C塊牛腿實現(xiàn)連接的精軋螺紋鋼，進而對D塊、E塊的外側(cè)絲桿實現(xiàn)安裝操作。

拼裝施工中有三點注意事項：（1）墊層施工完成，局部位置比設計高導致預制構(gòu)件不能就位，采用磨石機打磨；（2）墊層施工結(jié)束，如表面不平影響拼裝，可采用磨石機局部打磨或用軟木墊及薄鋼板墊平；（3）防止雨水淋濕防水密封墊，需涂刷緩膨劑并將預制塊覆蓋五彩布。

3.5 肥槽回填

預制襯砌背后回填材料選用C15素混凝土，嚴格按照要求安排回填時機及步序。預制塊B背后可一次性回填2.5m高，預制塊C及以上背后回填采取1m一級回填的形式，每級回填混凝土凝固硬化至對襯砌環(huán)基本無側(cè)向壓力時方可回填下一級混凝土，拼裝成環(huán)后可進行預制塊C及以上背后回填。

3.6 注漿

理論上預制構(gòu)件、預制構(gòu)件接頭、基地要緊密連接為一個完整的整體，而基于拼裝形式以及結(jié)構(gòu)特點，必須選用填充方法實現(xiàn)這一要求。在基地注漿操作當中，墊層主要通過精平條帶實現(xiàn)施工，雙側(cè)條帶要高出后澆帶10mm，同步進行鐵質(zhì)注漿管的埋設，埋設深度控制在30mm。埋設期間，每8m就要埋設一道注漿管，并通過水泥砂漿將端頭封堵住，在完成B塊的后肥槽混凝土澆筑作業(yè)之后實現(xiàn)注漿。墊層、構(gòu)件兩者間要通過高強度材料實現(xiàn)密實的填充。榫槽注漿作業(yè)中，每4環(huán)就要在臺車使用下實現(xiàn)榫槽注漿。

3.7 預制構(gòu)件定位及監(jiān)測

針對預制構(gòu)件要設置十字線定位標識，用來控制和調(diào)整軸線。同步配合全站儀控制，一般每3環(huán)復核一次，同步校正誤差。控制垂直度中，著重測量側(cè)墻環(huán)向和縱向垂直度。控制構(gòu)件端面時關(guān)注拐尺檢測，調(diào)整縫寬，消除累積誤差，保證縫寬≤7mm。控制接縫寬度和張拉力期間對兩者同步控制，并且縫寬要滿足防水要求。

4 結(jié)束語

長春市地鐵2號線西延線工程捷達大路站在施工修建期間運用了裝配式明挖法，施工簡單且高效，經(jīng)濟性突出。在裝配式明挖法運用期間需要作業(yè)人員充分把握好技術(shù)要點，施工管理者也要采取一系列安全保障措施，最大程度消除安全隱患，避免出現(xiàn)工藝缺陷、質(zhì)量問題。拼裝作業(yè)是此技術(shù)應用中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要關(guān)注在墊層施工結(jié)束后，若局部位置高出設計造成預制構(gòu)件無法就位可選擇磨石機打磨，另外防水密封墊要做好保護措施，以防雨水淋濕。