城市軌道交通工程施工方法和施工工藝分析

王一寰

（中國交通建設股份有限公司軌道交通分公司，北京 100000）

0 引言

作為城市交通體系下重要的基礎設施，城市軌道交通工程直接承受列車荷載，引導列車正常運行，為公眾提供交通服務。因此，采用有效的施工方法、施工工藝，直接關系到軌道交通工程的施工質量。

1 城市軌道交通特點

1.1 綠色低能耗與高安全性特點

一方面，城市軌道交通是世界公認的綠色交通，具有低能耗、低污染的特點，對落實城市可持續發展目標有重要的推動作用。另一方面，城市軌道交通車輛在專用軌道上行駛，與其他交通工具交叉點少，不受其他交通工具干擾，交通事故少，因此具有高安全性的特點。

1.2 快捷性與舒適性良好

相比常規公共交通，城市軌道交通其運行于專用軌道之上，可保持較高行駛速度，具有高啟動、制動、加速度特點，客車停站時間短，乘客上下車迅速便捷，且換乘便捷，可有效縮短乘客出行時間，快速到達目的地。同時，相比常規公共交通，城市軌道交通列車運行期間穩定性高，列車內部與車站均安裝有空調以及通風設施，車站導向足夠明確，設有自動售票設備為乘客提供便捷購票服務。因此，憑借良好的乘車與候車環境，城市軌道交通舒適性優于常規公共交通。

1.3 高交通運輸能力

基于高密度運行的特性，城市軌道列車行車間隔短，且行車速度比汽車快、編組數多，具有較強的運輸能力。據相關數據統計，在單向通行高峰時間段，郊區軌道列車可達到6 萬～8 萬人（次/h），地鐵可達到3 萬～6 萬人（次/h），輕軌達到1 萬～3 萬人（次/h），遠遠超過城市公交[1]。

2 城市軌道交通工程施工質量要求

綜上所述，城市軌道交通與常規交通相比有很多優勢，目前已成為城市居民出行的重要交通工具。隨著時代的發展，人們對城市軌道交通的穩定性、安全性提出了更高的要求，對城市軌道交通工程施工提出了更高的質量要求。首先，作為專屬軌道交通模式，每天的城市軌道交通需要載客數十萬，乃至數百萬人次，因此要確保工程項目滿足相關法律法規、文件對土建工程、設備安裝工程的各項要求。其次，由于城市軌道交通關系到城市交通系統的正常運行，需要按時完成城市軌道交通項目的施工任務，確保項目按時投入運營，緩解城市發展對交通運輸的需求量[2]。

3 城市軌道交通工程施工方法與工藝研究

3.1 項目概況

新興路站是杭州地鐵10 號線首期工程第13 站，位于港虹西路與逸盛路交匯處。新興路站因制冷機房工程位于逸盛路西側，距離新興路站基坑界線約33m，基坑開挖深度15.15～15.79m，為一級基坑。新興路站附近存在液氨制冷機房與液氨輸送管路的交聯結構，該構筑物為三級重大危險源，主體基坑最小凈距為33m。項目施工期間，杭州地鐵10 號線一期工程新興路坑開挖，港虹西路常年有超載大車通行，導致周邊道路出現沉降問題，制冷機房發生沉降。為確保施工安全，經過多種施工方案的選擇對比，最終決定采用鋼結構橋架頂升加固及微沉降控制工法。

3.2 鋼結構橋架頂升加固及微沉降控制工法概述

3.2.1 施工方法特征

首先，鋼結構橋架頂升加固及微沉降控制工法具有安全性能高的特點。鋼結構橋架頂升加固及微沉降控制的工法是基于PLC 液壓同步頂升系統實現液氨輸送管線鋼柱頂升回復，同時利用外部監測設施進行位移信號、液壓系統油量控制信號的傳輸，運用終端的多組超薄型千斤頂實現平坦、安全頂升，對構筑物影響較小，具有較高的安全性能。在鋼結構橋架頂升加固及微沉降控制工法中，應用的設備十分先進，施工進度快，頂升和降落的精度誤差在±0.5mm 范圍內，保證基坑開挖階段構筑物的安全性。其次，鋼結構橋架頂升加固及微沉降控制工法施工速度快，設備體積小，結構緊湊，操作簡單，可保證快速安裝，并及時控制構筑物沉降，及時開展沉降恢復。再次，鋼結構橋架頂升加固及微沉降控制工法工作面高度清潔，施工階段無多余廢棄物和施工垃圾，且施工設備在運行階段無噪聲、振動，具有良好的環保性。最后，鋼結構橋架頂升加固及微沉降控制工法可以實現構筑物高程動態控制。在開挖階段，出現結構變形、降水等問題的可能性較大，防止基礎再次沉降，因此頂升加固設備可以實現對微沉降的自動控制，對已經發生的沉降問題實現補償，確保構筑物整體的安全性，實現動態安全監測。

3.2.2 施工原理

鋼結構橋架頂升加固及微沉降控制工法的施工原理，是在集成PLC 信號處理系統、液壓千斤頂、位移監測技術和橋架結構分析技術的基礎上，開展配套技術開發。在橋梁結構分析和施工技術總結的基礎上，以橋架沉降特性為依據，進行PLC 信號系統和液壓系統設計，基于終端多組超薄型千斤頂實現平坦、安全的橋墩頂升。PLC 液壓同步控制系統將壓力傳感器、多點位移檢測裝置信號，通過信號電纜傳輸到超高壓泵站電控箱內。信號經放大器放大后，將頂升位移、負載噸位信息發送到可編程PLC 內。PLC 根據來自控制臺的指令，啟動液壓泵馬達，將液壓泵驅動到工作狀態。液壓泵動力通過控制閥組輸出到外接千斤頂，促進液壓缸上下運動。與此同時，可編程控制器根據檢測到的位移信息，與指令信號不斷展開比較，快速修正誤差值，改變逆變器的輸出頻率和電磁閥的接通斷開，實現動力油源的連續調節和向外的千兆頭供應，確保多點外部千斤頂實現上下運動同步。

3.3 施工方案和材料

3.3.1 施工方案

根據對新興公路車站基坑開挖和超載出租車通行引起周邊路面和構筑物沉降問題的分析，為確保施工的安全性，對制冷機房管道支架開展了頂升施工處理。根據機房8 根支撐柱的頂升加固需要，確保對后期橋架沉降問題實現有效控制。具體施工方案為：在1 根支撐鋼柱的4 個側面焊接牛腿構件，橫向設置16mm 厚的加強筋板，對角設置φ25 拉桿，周圍設4 臺100t 千斤頂，實現鋼柱支撐頂升，確認沉降穩定后，利用鋼柱焊接形式、外部焊接鋼板形式，開展加固施工。

3.3.2 機械設備與施工材料

針對新興路車站機房，應用鋼結構橋架頂升加固及微沉降工法，主要施工機械設備包括32 臺100t千斤頂、4臺交流電焊機、1臺切割機、1只主配電箱、3只二級配電箱、10 只三級配電箱、400m 各種電纜線，2 臺PLC 同步儀、1 臺精密水準儀、1 臺極光垂直儀、1 臺電子經緯儀、20 臺百分表以及32 臺位移傳感器。主要施工材料見表1。

表1 新興路車站機房鋼結構橋架頂升加固及微沉降控制施工材料

3.4 施工方法作業要點

3.4.1 設備設置

在升降機施工設備的安裝階段、布置頂升點階段，應根據線荷載的分布情況和集中力位置進行布置。通常，在混合結構下，千斤頂間距應設置在1.0～1.5m，并沿墻分布。在荷載相對集中的情況下，安排施工單位使用較大的千斤頂承載工作荷載。在框架結構內，柱子周圍主要集中布置千斤頂。

3.4.2 施工準備

在施工準備方面，第一步，安排施工單位采用經緯儀、水標儀測量現場實際情況，并根據軸線，對不同柱位需要上升的具體高度進行劃分和計算。經計算，確認各階段提升高度為3～5mm，并要求施工人員將數據顯示在各柱上。第二步，以現場具體情況為依據，選擇參照面，設置刻度尺，便于加固階段讀取，嚴格記錄刻度尺初始記錄數值。布置施工人員，準備足夠的鋼板墊等施工材料、工具，積極開展技術說明，確保施工人員充分了解其負責提升柱位的高度、實際操作要點。第三步，開展托盤系統和鋼制牛腿的鋼軋檢驗，確認鋼制牛腿滿足設計標準。及時清理各段伸縮縫內的雜物，對附屬構件進行支撐、分離，完成千斤頂額定。第四步，設立頂升工程指揮部，安排施工人員開展應急演練，并根據項目實際情況布置監測點。

3.4.3 頂升前結構檢查與設備調試

（1）安排施工單位實施頂升前的既有結構檢查。在全面了解結構損傷等建筑物工程情況的基礎上，通過梁板柱的實測，為頂升工程提供原始數據，并根據檢測數據提出施工安全措施。具體檢查內容包括建筑物的實際結構尺寸、樓面臺套、裂縫檢查、強度檢查。

（2）開展設備安裝調試。針對新興路站制冷機房沉降問題，應用鋼結構橋架頂升加固及微沉降控制工法，采用100t 螺旋液壓千斤頂。在千斤頂安裝階段，要求施工單位保證千斤頂軸線垂直，避免千斤頂傾斜在頂升過程中產生水平分力。在配置千斤頂階段，施工人員要求以設計圖紙為依據，密切關注32 臺千斤頂的配置，同時配置16 臺手動千斤頂作為更換用。

（3）頂升作業。以頂升施工系統的工作狀態、對稱結果的校準為依據，開展5mm 高的頂升試驗。完成頂升試驗后，整理結構位移數據、橋架整體姿態數據，為后期正式頂升施工提供依據。

3.4.4 整體頂升與連接處理

在正式頂升操作階段，施工單位需保證千斤頂的同步頂升，并保證支柱墊的穩定性，在累計頂升高度超過頂升階段，及時展開千斤頂回位。在回位階段，不能進行相鄰的千斤頂同步回位，并且在返回作業前必須用楔塊保護支柱墊。頂升至設計高度后，施工人員需立即對主要受力部位采用墊塊或墊板進行支撐，并迅速展開結構連接處理。確認結構連接達到既定強度后，對千斤頂進行批拆除。與此同時，在施工作業階段，施工單位應在各起重點設置分量尺度。在起重階段，開展統一指揮，每次起重作業均采用水標儀、經緯儀開展觀測，嚴格控制建筑物的傾斜情況。

在鋼柱焊接階段，采用不低于原柱要求的材料，頂升完成后，不可一次性拆除千斤頂，通常需要分2～3 次實現拆除，確保結構的整體性。

3.4.5 頂升反力體系設計

設計頂升反力體系階段，要求施工單位充分考慮頂升施工階段上部結構的水平、垂直荷載分布傳遞特性，同時滿足強度、穩定性、剛度及局部抗壓要求。在布置頂升反力體系階段，提升底盤結構上表面，采用環氧結構膠進行平整，牛腿結構采用焊接連接形式，天花板底盤采用結構鋼柱，在周圍上下對稱焊接牛腿結構，對應牛腿支撐方向焊接兩層鋼板構成底盤結構。使用肋板和φ25 拉桿形式加強牛腿橫向連接，上下機架形成后，焊接固定4 臺100t 千斤頂，形成千斤頂+鋼柱共同受力體系，最后利用環切形式切割鋼柱，將液氨管線推上設計位置。

3.4.6 臨時支撐體系與限位器結構設計

在設計臨時支撐體系階段，第一，需要確保臨時支撐體系滿足剛度、強度和穩定性的要求，結構必須符合《混凝土結構設計規范》（GB 50010—2010）的要求，鋼結構和焊接部位必須符合《鋼結構設計標準》（GB 50017—2017）的要求。第二，為了避免頂升施工階段臨時支撐體系不穩定，要求施工單位在鋼管支撐間設置水平支撐、夾持支撐，并以螺栓形式連接。其中螺栓等級要求＞8.8 級，螺栓直徑16mm 以上，連接法蘭表面要求平整度誤差＜0.05mm。

3.5 質量管理要點

鋼結構橋架頂升加固及微沉降控制工法質量管理要點如下：第一，頂升施工前，應嚴格開展設備檢測，確保設備檢測結果符合《立式油壓千斤頂》（GB/T 27697—2011）的要求及《液壓千斤頂》（JJG 621—2012）的要求。第二，加強頂升前焊接質量、底座結構檢測，檢測結果滿足《鋼結構工程施工質量驗收標準》（GB 50205—2020）和《鋼結構焊接規范》（GB 50661—2011）的要求。第三，鋼柱結構應確保滿足《鋼結構工程施工質量驗收標準》（GB 50205—2020）的要求。支撐腳的垂直度或傾斜允許偏差控制在0.3%×H 范圍內，腳、柱的上表面高程控制在±2mm 誤差以內，梁體的縱向、橫向偏移分別控制在±3mm 和±1mm 誤差以內。第四，施工完成后，開展焊縫外觀、點焊渣、立焊接頭檢測，確定焊接質量符合技術規程。第五，城市軌道交通施工管理對象，主要為各分項工程，如電氣施工、土木建設、設備安裝等。為確保工程質量滿足預期標準以及各項規范、標準的要求，施工單位應根據工作內容，合理配置施工人員與機具，且明確各施工崗位所承擔的責任，以有效提升施工人員工作態度，保障施工質量。

4 結語

針對新興路站路面和建筑物下沉問題，應用鋼結構橋架頂升加固及微沉降控制工法，有效保證橋架基礎安全，降低開挖風險，保證施工進度，同時在效益方面，與傳統的貝雷梁托換法相比，應用鋼結構橋架頂升加固及微沉降控制工法，實現了節約25 萬元成本、20d 工期，施工中未發生安全事故，未發生環境污染事故。相關部門可將該研究成果作為參考依據，在企業施工階段，有效提高鋼結構橋架頂升加固及微沉降控制工法的應用水平，充分發揮工法優勢，提高城市軌道交通工程施工質量。