預制裝配式地鐵車站施工技術與造價控制

周玲芳

（北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100045）

1 引言

目前，我國建設的地鐵車站，在周圍環境和施工條件允許下，采用明挖法施工較多。明挖法具有諸多優點，如工作面多、工期短、工程質量好、工程造價低等。但是，明挖法施工受外界氣候環境的影響較大，在我國北方寒冷地區地鐵車站采用常規的明挖法施工，一般須跨越2個冬季，且工程質量難于保證、安全風險大，跨冬占路施工容易造成城市擁堵，因此冬季只能暫停施工，這樣會導致工程工期壓力增大。在這種形勢下，裝配式地下明挖車站應運而生。

我國對地鐵隧道及地下綜合管廊的裝配式結構已有一定研究，也取得顯著的成效。廣泛運用于區間隧道的盾構法和頂管法施工技術，現階段已經非常成熟，但對裝配式地鐵車站的研究和應用屬于起步階段。本文結合我國首座預制裝配式明挖地鐵車站——長春地鐵2號線袁家店車站的建設過程，介紹預制裝配式明挖車站的施工工藝，同時對增加車站成本的各個因素進行分析，并提出降低成本的相應措施。

2 工程概況及施工技術

2.1 工程概況

長春地鐵2號線共設置5座裝配式明挖車站，其中袁家店車站是國內建造的首座預制裝配式地鐵車站。袁家店車站主體采用明挖法施工，主體基坑圍護結構采用鉆孔灌注樁和錨索支撐，主體結構標準段采用預制裝配式結構，站體兩端盾構始發與接收井及中樓板采用現澆混凝土結構。車站主體結構標準段寬20.5 m、高17.45 m，站體總長310 m，其中裝配段長188 m，現澆段長122 m。裝配段結構體共設置94環，每環2 m寬，由7塊預制構件組成，且每環預制構件單塊最大重量達55 t。預制構件塊與塊、環與環之間均采用榫接方式，并用接力式鋼棒逐環張拉、逐環鎖緊，最后采用改性環氧樹脂填充榫槽間隙。裝配式地下車站是采用輕質材料填充的封閉腔體結構。裝配結構預制構件如圖1所示。

2.2 施工技術

2.2.1 精平條帶墊層

預制構件底板的拼裝需在墊層上完成，因此基坑底部墊層的施工平整度將直接關系到預制構件的拼裝精度。現場墊層施工采用精平條帶的方法進行。精平條帶技術是將墊層分隔成若干個小面積的條帶，采用條帶隔倉預留空間后續注漿的工藝（即在預制構件安裝后將預留空間注漿填平），控制多個小面積條帶表面的平整度，最終達到整個大面積基底墊層平整度的控制。

袁家店車站基坑寬22.5 m，條帶寬1.2 m，按照4.2 m的間隔，橫向設置5道精平條帶。條帶之間澆筑同強度的混凝土，且混凝土面比精平條帶標高低15 mm，并在條帶之間預埋管徑30 mm的鐵質注漿管，預制構件拼裝以后，利用注漿管注射無收縮灌漿料進行填充，每3環注漿1次。精平條帶的平整精度控制在2 mm內，局部超標的地方采用磨石機進行磨平。精平條帶布置如圖2、圖3所示。

2.2.2 預制構件拼裝

每環預制構件由7塊組成，且單塊預制構件最重達55 t，拼裝難度大，因此選擇合適的拼裝設備和確定合理的拼裝步序至關重要。裝配式車站邊墻及頂板的拼裝工作僅靠普通的吊裝設備顯然無法完成，由于沒有類似的工程設備可供參考，因此該項目研制出1臺專用的拼裝臺車，來滿足構件拼裝的功能需求。預制構件底板、側墻及頂板依次獨立拼裝，互不干擾，形成流水作業。具體拼裝步序如下。

（1）利用門吊先后吊運安裝7組A、B塊（如圖1所示），完成張拉和固定，并在B塊鋪裝軌道。

（2）利用門吊在軌道上組裝并拼裝設備。

（3）利用門吊先吊運第一組C塊，拼裝設備承接并對位拼裝C塊，及時張拉和固定；然后依次吊運拼裝第2、3、4組C塊。

（4）利用門吊拼裝頂部拼裝平臺。

（5）利用門吊吊運第一組D、E塊，放在頂部拼裝平臺上。

（6）拼裝平臺三維調整D、E塊位置，完成拼裝，張拉鎖緊D、E之間的螺紋鋼筋。

（7）鎖定橫移平臺，施加對拉荷載，頂部拼裝平臺整體下降，D、E塊對位拼裝，張拉鎖緊。

（8）重復步驟（5）～（7），吊運并拼裝第二組D、E塊。

（9）門吊繼續吊運拼裝A、B塊，鋪設軌道，整機前行，到達下一個拼裝站位。拼裝設備如圖4所示。

2.2.3 榫槽注漿

預制構件采用榫接的方式進行連接，拼裝成環后，榫頭與榫槽間存在間隙，無法形成整體結構且達不到抗震要求，因此，間隙內需采用改性環氧樹脂進行填充，將構件粘合成一個整體。改性環氧樹脂是一種無收縮、流動性好及高強度的粘結材料，且初凝時間可以滿足設計及施工要求。然而，改性環氧樹脂的密封效果在實際操作時不是很好，初始凝固時間小于80 min，且不能確定流動通道的阻力。鑒于以上原因，采用專門研制的空氣壓力注漿機作為注漿設備，按照預制結構每完成一環拼裝，榫槽注漿一次的頻次進行。

2.2.4 車站防水

袁家店車站所處位置地下水特別豐富，構件拼裝后整個站體處于地下水位線以下，因此，做好車站防水工作尤為重要。

為減少預制構件自身的微裂紋，提高結構自身的防水性能，在預制構件制作過程中，采用抗滲混凝土作為預制構件的生產材料，并且同時采用耐久性配比技術，即在水泥、砂、石等原材料中加入多種外加劑，攪拌均勻后，將其注入事先綁扎好鋼筋的模具內并振搗密實，同時采用窯內蒸養技術進行養護，以減少構件裂紋，保證結構的自防水性。

在預制構件拼裝前，在構件的預留凹槽中安裝復合膨脹壓縮橡膠密封墊。構件拼裝后，其縫隙依靠這2條安裝好的密封墊緊密結合，形成“防水密封圈”以加強防水，同時在接頭縫隙內進行充填注漿，使構件達到良好的防水密封效果。

2.2.5 預制構件輕量化

構件輕量化是裝配式地下結構降低拼裝難度的重要手段。外形上裝配式構件體積較大，實際上因構件內部設置采用輕質材料填充的封閉腔體，大幅減輕構件的重量。采用該材質的腔體既便于施工，還節約大量的混凝土和鋼筋用量，同時還避免大體積混凝土澆筑時產生大量的水化熱，縮短降溫時間，提高預制構件的生產效率。

3 裝配式車站造價偏高的原因分析

與普通的明挖現澆車站相比，袁家店裝配式車站具有以下優點：節省工期4～6個月（總工期的20%～30%）；施工現場高峰期作業人數由160人左右減少為20人左右，降低人力成本； 車站規模減小3%～4%；節省鋼筋800 t、混凝土用量也同步減少；木材消耗量減少800 m3，建筑垃圾大幅減少；整體碳排放量大幅減少。但是，與普通明挖車站相比，裝配式車站總成本仍大幅度提高。

袁家店裝配式車站主體結構造價為0.62萬元/ m3，同期明挖現澆車站主體結構（內部鋼筋混凝土結構+防水）造價為0.27萬元/ m3，顯然裝配式車站主體結構比普通明挖現澆車站主體結構造價高出1倍多。這主要是由裝配式車站結構特殊的工法決定的，造價高的原因主要體現在以下幾個方面。

（1）由于國內預制裝配式車站建設尚處于起步階段，受生產技術、生產規模等因素的影響，許多工序組織與設備從零起步。袁家店車站是國內首座預制裝配式車站，生產模具、蒸汽養護系統、拼裝臺車等固定資產的一次性投入很大，導致預制構件在加工、安裝過程中產生較高的費用。裝配式車站預制構件成品加工費用為0.42萬元/ m3，僅此項費用已遠高于明挖車站主體結構造價。另外，裝配式結構預制塊拼裝（包含反力架制作安裝、拆除，預制塊拼裝，預應力鋼筋安裝、張拉，精平墊層等）費用為0.14萬元/ m3。預制構件榫槽采用改性的環氧樹脂填充，樹脂單價16萬元/ m3，整個站體注漿費用高達1500萬元，這些都明顯抬高裝配式車站的成本。并且，對于構件的生產、運輸、吊裝和連接等具體實施方案都沒有以往經驗可以借鑒，需要進行反復試驗和驗證，也會導致費用的增加。

（2）預制裝配式構件運輸費用也會直接影響裝配式建筑的工程成本，預制構件運輸距離每增加1 km，單方運輸費用增加30元，因此需對構件的生產廠地進行合理選址，盡量保證施工現場與構件生產廠地的距離在各類條件約束下保持最短。

（3）整個裝配式生產線的協調配合能力不足，未能發揮裝配式建筑的綜合優勢。裝配式建筑的基本特征可概括為“六化”，即標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理和智能化應用 。由于裝配式地鐵車站在國內剛剛起步，再加之建筑企業已經習慣傳統現澆工法，建筑師對裝配式建筑技術、質量、效率和效益的總體把控能力不足，還無法通過很好地協調裝配式建筑上下游產業鏈企業，達到縮短建設工期和降低成本的目的。

4 裝配式車站造價控制的策略

我國現階段整個裝配式建筑工程行業造價偏高，因此減緩裝配式建筑的推廣應用進程，制約裝配式建筑工程在整個建筑行業的發展。結合我國首座預制裝配式明挖車站——長春地鐵2號線袁家店車站的建設經驗，提出以下幾個方面的改進措施。

（1）在規劃設計方面，企業生產應盡量考慮規模經濟。因為預制構件只有進行標準化設計、工廠化大規模生產，才能提高構件模具和拼裝設備的重復使用率，以此來提高構件的制作、拼裝效率，降低建設成本。另外設計人員應當加強對結構特殊部位的設計，如預制構件與現澆結構連接部位的詳細構造，這樣便于降低施工難度。在生產方面，通過提高預制構件的制作精度，加快安裝速度、簡化安裝工作、減少后期裝飾修補工作。同時，國家和地方政府應進一步推進財政補貼及財稅優惠等相關政策，加速裝配式建筑的發展。長春地鐵2號線袁家店車站是全國首座預制裝配式車站，固定資產的一次性投入很大。只有擴大生產規模，才能有效地攤銷固定成本，降低生產成本。在已有的工程技術及生產裝備下，2號線其他4個裝配式地鐵車站的成本有所減低、工期有所縮短；以及在后期開工的長春地鐵6號線也繼續延用原有的預制裝配式結構設計方案，隨著生產規模的進一步擴大，成本必然會進一步降低。

（2）科學布置裝配式建筑產業化基地。預制構件運輸費用也會直接影響裝配式建筑的工程成本，因此應當合理布置預制構件生產廠地，使其盡量靠近施工現場，以此來降低運輸成本。同時，可以建立預制構件的產業化基地，加強預制構件廠在區域內合理布局，以此促進相關配套產業的發展，這樣能充分發揮資源匯聚的作用，降低建筑工程成本。

（3）大力發展上下游產業鏈，逐步搭建由相關建設企業、科研單位、設計單位、構件生產企業和施工單位組成的裝配式建筑上下游產業鏈的交流平臺。通過提供相關政策的及時培訓、建立技術設備研發平臺、加強各企業信息溝通等途徑，引導開發企業加大裝配式建筑項目投資開發力度，提高預制構件的生產水平，為大規模推進裝配式建筑創造條件。同時需及時完善裝配式工程建設標準和技術規范，使預制裝配式建筑施工和驗收有據可依，質量能得到保證，更有利于推動裝配式建筑在全國各地有序開展。

（4）加強裝配式技術人員的培訓。近年來我國建筑業以現場澆筑混凝土為主要施工方式，并形成現場施工習慣，無論是對設計還是施工管理單位，預制裝配式建筑都是比較新的產業。因此，在開展裝配式建筑工作前，應加強對建筑、施工及造價等相關技術人員進行技術培訓，讓其具有充分的知識儲備，在工作中更能做到保質、高效，避免走彎路，從而達到節省開支的效果。

5 結論

預制裝配式地下車站有很多優勢，今后定會有廣闊的發展空間。長春地鐵2號線袁家店車站為裝配式車站開辟了一條先河，給以后類似工程提供很多技術支持，但是要大力推廣裝配式車站的建設還有很多工作要做，只有提高設計的標準化程度、加速產業集聚發展，形成規模經濟、提高產業配套能力、并且能有效控制建設成本，才能更早的被大范圍推廣使用。