軌道交通裝配式車站施工技術(shù)研究

張廣鵬

（中鐵十六局集團有限公司，北京 101116）

目前地鐵車站施工主要采用現(xiàn)澆為主的傳統(tǒng)方式，工廠化程度不高，施工過程粗放、澆筑質(zhì)量、人力需求量大、材料損耗和建筑垃圾量大、資源和能源消耗較大，在國家倡導碳中和的背景下不能滿足節(jié)能、環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展建設要求，預制裝配式車站結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢日益彰顯[1-4]。

施工中面對預制構(gòu)件體量龐大、結(jié)構(gòu)形式復雜、裝配精度高、拼縫防水要求高、構(gòu)件吊裝穩(wěn)定性及安全性要求高等情況，采取科學合理的施工工序以及選用合理的吊裝工藝極為關(guān)鍵。

國內(nèi)學者針對預制裝配式地鐵車站施工技術(shù)開展了部分研究[5-12]，但是研究側(cè)重于結(jié)構(gòu)設計、理論計算、力學分析等，對裝配式地鐵車站的施工作業(yè)、拼裝步序優(yōu)化、索具選型、施工控制要點等深入不多。本文以長春地鐵建設街站為背景，優(yōu)化施工工序后采用“不成環(huán)拼裝”技術(shù)方案并得到成功應用，對施工中的控制要點逐項進行了分析，實現(xiàn)了快速高效施工的目的。

1 工程概況

長春地鐵建設街站位于解放大路與建設街交口，偏路口東側(cè)，沿解放大路東西設置，車站全長179m，地下兩層，現(xiàn)澆段位于兩端，采用明挖法施工。預制裝配段位于中部，長118m，寬20m，高17m，環(huán)寬2m，共59 環(huán)（含51 環(huán)標準環(huán)，8 環(huán)出入口環(huán)）。每環(huán)裝配段結(jié)構(gòu)由7 塊（5種，分別為A、B、C、D、E）預制塊組成，重量分別為A 塊37.6t、B 塊39.5t、C 塊31t、D塊48.3t、E塊54.3t。每環(huán)結(jié)構(gòu)間接縫采用榫接頭，接頭設定位抗剪銷，各構(gòu)件間采用螺栓連接或螺紋鋼張拉連接，完成后注漿填充內(nèi)部間隙，結(jié)構(gòu)斷面采用兩道防水密封墊。

2 施工難點

1）構(gòu)件落位精度要求高 裝配式車站預制構(gòu)件體積重量較大，各裝配構(gòu)件設計結(jié)構(gòu)、設計形式復雜，吊點位置因構(gòu)件而異，保證構(gòu)件安全準確落位施工難度大。

2）結(jié)構(gòu)拼縫防水要求高 單塊預制構(gòu)件重量大、結(jié)構(gòu)復雜，導致構(gòu)件拼縫多，拼縫防水施工工序復雜，施工難度大。

3）拼裝臺車定位精度高，糾偏難度大 拼裝臺車的定位精度很大程度上決定著預制構(gòu)件的拼裝精度，臺車通過軸線、里程、高程進行精確定位，監(jiān)測難度及糾偏難度大。

3 施工工序

車站裝配段由大里程向小里程進行拼裝作業(yè)，采用“不成環(huán)拼裝”的方式進行拼裝。

如圖1 所示，首先施工基底墊層，進行反力架的安裝；再進行首環(huán)A 塊拼裝，拼裝3 環(huán)后進行首環(huán)B 塊拼裝，為防止B 塊環(huán)向頂進過程對A塊造成影響，利用已拼完的結(jié)構(gòu)自重及A 塊反力架進行限位。拼裝8 環(huán)后開始拼裝臺車的組裝，進而連續(xù)拼裝底板，每4 環(huán)進行肥槽回填。

圖1 施工工序流程圖

基坑向前開挖后，底板隨后連續(xù)拼裝，隨后進行側(cè)墻拼裝、頂板拼裝，但頂板和側(cè)墻必須拉開3 環(huán)的拼裝距離。3 種構(gòu)件在各自區(qū)域拼裝，并在空間上實現(xiàn)臺階式流水作業(yè)（圖2）。

圖2 拼裝方式示意圖

4 標準環(huán)施工

1）鋪設素混凝土墊層，墊層采用C15 砼，厚200mm，分段施工；墊層上設置縱向精平條帶5 道，每道寬1.2m，內(nèi)設70mm×70mm 角鋼，角鋼豎向用?20 鋼筋固定，入土200mm，縱向間距1m；橫向用?20 鋼筋固定，間距2m。預留基底注漿管凹槽4 處，埋設?3cm的鐵質(zhì)注漿管，底板塊拼裝完成后，注漿填充拼裝塊與墊層間縫隙，并安裝反力架，如圖3（a）所示。

2）安裝A 塊，進行預應力張拉、固定，（首環(huán)A 塊3 個預緊裝置A-1/2/3 先進行自身鎖緊并與反力架通過預緊裝置鎖緊）。如圖3（b)所示，導向裝置安裝在A 塊頂面，控制前后A 塊縱向凈距120mm，張拉鎖緊，單點鎖緊力300kN。

3）標準環(huán)B 塊拼裝。待4 環(huán)A 塊安裝完成后，安裝B 塊，進行張拉、固定。B-1/2/3 共3 個預緊裝置同時進行預應力張拉，單點鎖緊力250kN；并將A、B 塊之間通過斜直螺栓鎖緊（單個螺栓鎖緊力為100kN），而后將B 塊背后絲杠千斤頂卸載移走，將預緊裝置鎖緊（單點鎖緊力250kN），如圖3（c)所示。

4）預埋管注漿及B 塊背后回填。在底板A、B 塊連續(xù)拼裝8 環(huán)完成后，對基底進行預埋管注漿回填，并對B 塊背后回填素混凝土，每次0.5m，共2.5m，回填時兩側(cè)對稱回填。在B 塊預留平臺上鋪設臺車行走軌道、架設并調(diào)試模板臺車，如圖3（d)所示。

5）標準環(huán)C 塊拼裝。安裝C 塊，C1、C2 塊從豎向與B 塊對正就位，控制前后C 塊縱向凈距20mm。定位完成后進行張拉。C-1/2/3 共3 個縱向預緊裝置同時張拉，按單個預緊裝置300kN的設計鎖定值將前后C 塊鎖緊；B、C 塊環(huán)向預緊裝置按30kN 設計鎖定值將其鎖緊，然后對C塊底部回填1.5m 高素混凝土；首環(huán)C 塊3 個預緊裝置自身鎖緊，并與反力架通過預緊裝置鎖緊并準確就位，如圖3（e)所示。

6）標準環(huán)D、E 塊拼裝。4 環(huán)C 塊安裝完成后，調(diào)整臺車，開始安裝D、E 塊。先將構(gòu)件吊至拼裝平臺頂部；調(diào)整D 塊、E 塊位置，對位連接，D 塊、E 塊拼接后，張拉二者間的螺紋鋼筋；張拉后，通過卸落頂部平臺，將D 塊E 塊的結(jié)合體落位到兩側(cè)拼裝好的C 塊上，并選擇合適時間進行張拉，如圖3（f)所示。

7）拼裝完成后，需要對榫槽接縫進行注漿作業(yè)，注漿作業(yè)采用模板臺車為平臺，跟隨預制構(gòu)件的拼裝工序后，逐環(huán)推進，與拼裝作業(yè)面至少間隔4 環(huán)。采取先底部、后上部，先環(huán)縫、后縱縫、逐環(huán)向前推進的原則進行注漿作業(yè)（預制塊A、B 之間榫頭榫槽縫隙4 環(huán)進行一次封堵，此處采取先環(huán)向后縱向的原則注漿原則），只要接觸面縫隙在海綿密封條的封堵下形成閉合空腔即可按設計要求進行注漿作業(yè)；然后側(cè)墻背后進行分級回填素混凝土，完成拼裝、注漿等作業(yè)，待側(cè)墻背后素混凝土達到設計強度后拆除模板臺車，如圖3（g)所示。

8）回填拱頂覆土并回復至地面設計標高，繼續(xù)施作中板、中柱及站臺板等內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖3（h)所示。

圖3 標準環(huán)施工

9）出入口環(huán)異型塊施工。待4 環(huán)C（C3C4）塊拼裝完成后，拼裝F（F1F2）塊，F(xiàn) 塊對準C 塊定位銷，并落實在預制塊C 上，控制F、C塊之間凈距為20mm；F 環(huán)2 個縱向預緊裝置同時張拉，按單個預緊裝置250kN 的設計鎖定值將F、C 塊鎖緊，同時施作F 塊頂部背后限位裝置及內(nèi)側(cè)模板臺車限位絲杠；將C 塊與F 塊環(huán)向預緊裝置鎖緊，如圖4 所示。

圖4 異型F塊拼裝

10）裝配現(xiàn)澆連接施工。裝配段與現(xiàn)澆段間設置1m后澆環(huán)梁，第一環(huán)與最后一環(huán)裝配構(gòu)件、與后澆環(huán)梁相接一側(cè)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)均預留套筒接駁口，后澆環(huán)梁施工時現(xiàn)澆側(cè)、裝配側(cè)均采用套筒接長鋼筋錨入后澆環(huán)梁，形成整體。

5 控制要點

5.1 結(jié)構(gòu)防水控制

1）待兩側(cè)肥槽第一層素混凝土回填后實施基底注漿，填充材料選擇流動性好高強無收縮水泥砂漿，為保證后期受力均勻，基底注漿須緩慢進行，確保密實均勻。

2）榫槽注漿作業(yè)采用模板臺車為平臺，選用環(huán)氧樹脂為注漿材料，跟隨預制構(gòu)件的拼裝工序后，逐環(huán)推進，與拼裝作業(yè)面至少間隔4 環(huán)。

3）基底超挖部位采用原狀土進行回填并壓實，若基底被水浸泡，采用原狀土換填并壓實。

5.2 吊裝索具選型

A、B 塊采用單鉤法吊裝；C 塊卸車采用雙鉤法吊裝，拼裝時單鉤法起吊；D、E 塊采用雙鉤法吊裝。A、B、D、E 塊起吊及卸車過程中均為4 個吊點；C 塊安裝期間采用2 個吊點；出入口環(huán)框梁F 塊也采用單鉤法吊裝。

5.2.1 單鉤四吊點索具選型

以A 塊為例，A 塊39.1t，為吊裝平穩(wěn)，采用4 個吊點，起吊鋼絲與水平角度約為60°，4 根長度為4 500mm，如圖5 所示。

圖5 A塊吊裝示意圖

單根鋼絲繩受力為

式中K1——動載系數(shù)，取1.1；

K2——不均勻系數(shù)，取1.1。

鋼絲繩額定工作載荷

約93%的受訪學生表示能夠接受。隨機抽樣訪談中，較多的受訪學生建議用視頻、音樂等多媒體方式在課外進行內(nèi)容補充，再在課內(nèi)進行討論或釋疑。

根據(jù)GB8918-2006《重要用途鋼絲繩》相關(guān)資料，?43-6×37-1870 的鋼絲繩最小破斷拉力 為1 020kN ＞892kN，A塊索具選用?43-6×37-1870 的鋼絲繩足以滿足安全使用要求，鋼絲繩長度為4.5m，數(shù)量4 條。

5.2.2 單鉤雙吊點索具選型

以C 塊為例，C 塊31t，為吊裝平穩(wěn)，采用2個吊點，起吊鋼絲與水平角度約為70°，2 根長度為3 000mm，如圖6 所示。

圖6 C塊吊裝示意圖

單根鋼絲繩受力為

鋼絲繩額定工作載荷

根據(jù)GB8918-2006《重要用途鋼絲繩》相關(guān)資料，?52.5-6×37-1870 的鋼絲繩最少破斷拉力為1 490kN ＞1 303.5kN，選用?52.5-6×37-1870 的鋼絲繩足以滿足安全使用要求，鋼絲繩長度為3m，數(shù)量2 條。

5.2.3 雙鉤四吊點索具選型

圖7 D塊吊裝示意圖

單根鋼絲繩受力為

鋼絲繩額定工作載荷

根據(jù)GB8918-2006《重要用途鋼絲繩》相關(guān)資料，?52.5-6×37-1870 的鋼絲繩最少破斷拉力為1 490kN ＞1 033.2kN，D塊索具選用?52.5-6×37-1870 的鋼絲繩足以滿足安全使用要求，鋼絲繩長度為4.5m，數(shù)量4 條。

6 結(jié)論與建議

1）側(cè)墻比頂板超前3 環(huán)拼裝，預制塊C、D和E 沿車站縱向以4 環(huán)為一個循環(huán)進行拼裝，C、D、E 逐環(huán)向前推進，形成3 個相對獨立流水作業(yè)區(qū)域。

2）精準施工縱向精平帶，采用縱向角鋼和豎向鋼筋立桿標高定位，首環(huán)落位通過實時監(jiān)測，后續(xù)每環(huán)安裝導向裝置確保施工精度。

3）通過及時進行基底注漿、榫槽注漿回填，確保了裝配式結(jié)構(gòu)的防水性能及穩(wěn)定性。

4）為方便C 塊防水施工并結(jié)合長春地區(qū)相似工程施工經(jīng)驗，實際回填至C 塊以下1m，剩余回填在防水施工完畢后進行。O