新型裝配疊合整體式地下車站主體結構施工關鍵技術研究

鄭志鵬

1 項目概況

錫澄S1 線南門站地處江蘇省江陰市。該項目基坑的支護形式為地下連續墻加多道內支撐支護體系。南門站為地下二層島式車站，車站主體結構標準段為裝配整體式結構，盾構段為現澆鋼筋混凝土。車站外包總長為198.7 m，其中現澆段位于車站兩端，主體寬度為23.8 m，總長度為48.7 m，基坑深約19.25 m；預制裝配段位于車站中部，主體寬度為19.7 m，總長度為150 m，基坑深約17.74 m，沿車站縱向共分50 環（3 m/環）。

2 項目結構

預制構件采用肋梁板結構形式。車站結構屬裝配疊合整體式結構，裝配段主體結構標準斷面由11 個預制塊組成，預制塊寬2.99 m。其中，預制塊A（2 塊）位于車站左右側墻負二層位置；預制塊B（2 塊）分別位于預制塊A 上側，從立面上呈“1”型；預制塊C（2 塊）為車站中柱左右中板塊；預制塊E（2 塊）為中柱左右頂板塊；預制塊D（1 塊）為車站中柱，D 的兩側設置牛腿，為車站結構中板和頂板施作預留條件；預制塊F（1 塊）為預制頂縱梁，預制塊G（1 塊）為預制中縱梁，F、G 均沿車站縱向布置，兩端預留型鋼與車站中柱進行連接，兩側設置牛腿，用于搭設中板和頂板。

車站主體主要預制構件共456 塊，其中，A 構件100 塊，B 構件88 塊，C 和E 構件各100 塊，D 構件18 塊，F 構件和G 構件均為17 塊，附屬接口框架柱8 塊，附屬結構框架梁4 塊，中板大開洞處預制暗梁4 塊。側墻預制塊A 和預制塊B、現澆底板采用鋼杯口與型鋼進行連接；預制塊A、B和預制塊C、E 采用定位銷和鋼筋環扣進行連接；預制塊D 和預制塊C、E 采用鋼筋與型鋼焊接進行連接，預制塊D 與現澆底板采用鋼板焊接及螺栓連接；預制塊D 與預制塊F、G 采用型鋼焊接及螺栓連接；預制塊F 與預制塊E、預制塊G 與預制塊C 采用定位銷和鋼筋環扣進行連接。通過上述連接，傳遞結構作用力，保證結構受力性能。預制構件A、B、C、E 采用通縫進行拼裝，前后兩環采用芯籠進行搭接，橫向設置定位銷，方便快速拼裝及高精度定位。在構件環縫設置防水嵌縫。

3 拼裝施工步驟

車站基坑內共設置了3 道基坑內支撐，在車站現澆底板施工完成后，便可以拆除最下排（第3道）基坑內撐。先進行底層半預制側墻和鋼管柱安裝，安裝完畢后進行預制縱梁安裝及疊合層混凝土澆筑。澆筑完畢后，進行中板預制底板安裝，安裝完成后進行中板疊合層混凝土澆筑。在車站中板安裝完成后便可以拆除第2道基坑內撐。車站頂層構件的安裝步驟與底層構件的安裝步驟完全一致。

4 施工重難點分析

裝配疊合整體式地下車站施工重難點主要包括：第1，預制構件的體量大，質量重，起吊和拼裝難度高。第2，車站是在深基坑內施工，且在內支撐之間進行裝配式作業，吊裝和裝配障礙物多，施工難度大。第3，安裝精度要求高，如果精度出現較大偏差，會影響下一道工序施工，甚至影響主體結構的施工質量。為解決上述重難點問題，做好預制構件的起吊與就位、構件拼裝定位糾偏、連接節點安裝精度控制等方面的工作。

5 關鍵施工技術

5.1 裝配疊合整體式地下車站新型施工裝備

5.1.1 多功能龍門吊

多功能龍門吊配2 套小車東西方向移動，具備單機抬吊功能：第1，運送墻板件等構件；第2，將柱子提起由水平翻轉至垂直；第3，水平吊裝中板、頂板。端梁設機械限位器，以免操作不當使小車駛出大梁。

每套小車配6 套提升系統，其中2 套16 t 提升系統主吊提升（32 t ＞最重構件重量）、4 套10 t 的提升系統控制平衡，使板件保持平衡。配置旋轉吊具，在吊裝梁時可以旋轉角度，避開鋼支撐，使梁進入拼裝位置。配置T 型吊，將板件吊入鋼支撐下端。T 型吊具上的紅外線閉合裝置用以控制吊具與鋼支撐間距，避免發生碰撞。變頻器設有防搖擺、同步糾偏功能，以避免吊裝板件產生搖擺。

5.1.2 360°旋轉吊具

360°旋轉吊具由2 臺2 kW 的電機及2 臺擺線針輪同步減速機組成，能實現在吊裝過程中對吊物進行方向調整。吊裝過程中，當構件需要旋轉時，通過平衡梁的旋轉電機驅動旋轉機構的減速機，減速機的低速軸和平衡梁的旋轉部分固定在一起，即實現全方位的360°旋轉。多功能旋轉吊具適用于任何構件的角度調整，并且便于安裝精度的調整，尤其是安裝中縱梁時，由于鋼支撐和梁安裝位置為交叉90°，直接吊裝至安裝位置是沒有辦法實現的。而通過360°旋轉吊具先將中縱梁旋轉90°，下穿鋼支撐后再回旋90°，就能實現中縱梁的空間位置轉換，有效穿越鋼支撐的障礙，達到最終安裝位置，每次選擇角度調整的精度可以控制在1.5°以內。

5.1.3 多功能拼裝機

多功能拼裝機的功能如下：第1，鋼管柱調節。通過龍門吊將鋼管柱調運至一定位置后，通過抱夾臂對柱進行微調。鋼管柱澆筑時，為避免柱發生偏移，抱夾柱亦起到臨時固定作用。第2，預制墻調節。當側墻吊運至底板，通過臨時固定架放置側墻，需要對龍門吊進行更換（更換工字型吊具）；構件調節時，通過底部伸縮臂對側墻位置進行精準調節，頂部通過頂撐油缸進行垂直度調節及臨時固定；另外，澆筑側墻混凝土時，拼裝機兼做作業平臺。第3，預制縱梁調節。預制縱梁安裝通過頂部伸縮臂進行調節。該設備可實現梁的前后、左右、上下調節，以使縱梁型鋼和柱節點實現精準對接。第4，預制板調節。主要通過頂升油缸進行精準定位，安裝前頂升油缸調節至安裝高程上方，通過緩慢下放、平移等動作進行板的安裝調節。第5，軌頂風道調節。軌頂風道施工在車站主體結構施工完成后，此時站內空間較小，設備、人員等施工受限。而通過多功能拼裝機可以減少人工操作量，同時避免構件發生磕碰。

5.1.4 翻板機

翻板機的主要功能是將預制墻從平放翻至85°立放，然后利用門吊將預制墻起吊、運輸至預安裝位置。受高度與總重量限制，翻板機選用雙節鋼下沉式基礎。翻板機配備2 套升降油缸（L=5500 mm），1 套液壓泵站。全套拼裝裝備是為預制裝配式地鐵車站拼裝設計的專用裝備。該拼裝裝備用于各預制構件的定位及安裝工作；采用鋼箱梁結構，結構剛度大、耐久性好，大量采用了液壓設備，能實現預制構件拼裝所需要的整體同步頂升及下落、平移及三維微量轉動功能，真正展現了機械化施工的優點[1]。

5.2 預制疊合構件拼裝定位糾偏技術

5.2.1 拼裝定位過程控制

預制鋼管柱安裝。預制鋼管柱進場，車輛橫向停放于基坑端頭；通過多功能龍門吊雙機抬吊，水平移動至安裝位置；副鉤下放，完成立柱橫向至豎向轉換；下放鋼管柱，柱腳對接預埋螺栓；操作人員手持遙控板，控制下部拼裝臺車伸縮臂抱夾預制柱，對預制柱進行前后、左右微調，達到設計狀態；精調完成后，柱腳鋼板焊接、螺栓連接[2]。后續完成柱腳混凝土澆筑及芯柱澆筑。

預制縱梁安裝。預制中縱梁進場，車輛縱向停放于基坑端頭；中縱梁采用6 點起吊方式（雙主吊、四輔吊）起吊，水平吊運至安裝位置上方；通過360°可旋轉吊具，旋轉90°下放，穿越支撐障礙；二次旋轉，達到安裝位置狀態；拼裝臺車捕獲中縱梁，拼裝臺車伸縮臂下側夾住預制梁，通過前后、左右、微傾等微動作，實現精調構件。精調完成后，進行梁柱節點型鋼焊接、鋼板安裝、螺栓連接、鋼托梁安裝、梁柱節點鋼筋安裝。

預制側墻安裝。預制側墻進場，車輛橫向停放于基坑端頭；采用多功能龍門吊雙機抬吊，四點吊裝，水平移動、放置于翻板機上；利用翻板機將預制側墻由平放調整至85°立放。利用工字型吊具，兩點吊裝，水平移動至待安裝位置；預制墻通過支撐間隙下放至安裝高程位置，再水平移動至安裝位置。工字型吊具上設置激光觸發報警器裝置，若吊具靠近鋼支撐，報警器將出現警示，同時設備自動鎖停。預制墻下方至下部拼裝臺車，伸縮臂單側夾住預制墻，通過前后、左右、微傾等微動作，完成構件精調。預制墻精準調節完成后，下部通過鋼立柱與上翻墻預埋鋼板進行焊接固定，頂部通過臨時拉桿與地連墻預埋件連接達到臨時固定。連續完成一段預制墻安裝（6 塊），隨后進行預制墻連接處鋼筋籠吊裝施工，底部濕接頭定型鋼模板安裝。連續6 環安裝完成后，進行疊合墻澆筑。

預制板安裝。預制中板進場，車輛橫向停放于基坑端頭；預制中板通過雙機抬吊（四吊點）水平移動至安裝位置；通過支撐間隙下放至安裝高程位置，用工字型吊具水平移動至安裝點位；定位銷安放；預制中板下放至下部拼裝臺車，利用4 臺千斤頂，實現預制中板前后方向微調，使預制中板安裝在設計位置，預制中板與中縱梁、負二層疊合墻用定位銷連接。

5.2.2 糾偏控制

糾偏控制包括：第1，軸線控制和調整。預制構件設置十字線定位標識。全站儀控制，每一段復核及校正一次[3]。第2，垂直度控制。主要對側墻縱向、環向垂直度及鋼管柱雙向垂直度進行控制；激光垂準儀量測，拼裝機頂部千斤頂調整，每一構件復核及校正1 次。第3，構件端面同步控制。調整縫寬的大小，消除累積誤差，并逐環復核及校正。

5.3 預制構件連接節點安裝精度控制

5.3.1 構件生產外露筋精度控制

根據構件的不同型號及相關尺寸關系、鋼筋設計形式關系等，進行相關構件的模具研發、制造。研發主要考慮模具的共用性、施工操作便利性、投入成本的節約性；模具制造主要考慮模具的基本剛性及精度要求等。通過模具研發、制造，保證構件的精度等滿足相關質量要求。構件裝卸車及運輸過程中，要做好保護措施，防止碰撞，造成外露筋的超標準偏差。

5.3.2 底板預留環扣鋼筋的控制

根據設計要求，底板施工時要預留75 cm 高的環扣鋼筋與預制側墻底板環扣交錯插入，再安裝水平分布筋型材互錨結構，確保預制構件濕接頭結構受力要求。為使預留環扣鋼筋位置準確，避免后期構件安裝時鋼筋位置沖突，南門站現場使用定制鋼筋卡距，確保底板鋼筋間距符合設計要求；在垂直度上，現場使用水平尺對每根環扣鋼筋進行復測，確保環扣垂直；橫向間距上，現場使用經緯儀控制環扣鋼筋橫向位置，同時確保鋼筋保護層符合設計及規范要求。

5.3.3 底板預埋混凝土杯套精度控制

底板預埋混凝土杯口下方須設置馬凳筋，通過控制其標高，控制混凝土杯套底板標高。現場用高精度設備測量每段混凝土杯套起點與終點，配合人工拉施工線的方法控制混凝土杯套安裝的線性，消除混凝土杯套側面累計誤差。在每個混凝土杯套兩端用水準儀測量其底部標高，確保其標高滿足設計要求。杯套底部使用措施鋼筋加固，并與底板主筋焊接，確保杯口在底板混凝土澆筑時不發生位移。

5.3.4 底板預埋鋼杯套安裝精度控制

底板預埋鋼杯口下方須設置馬凳筋，通過控制其標高以控制鋼杯套底板標高。現場使用專業高精度設備測量每段鋼杯套的起點與終點，配合人工拉施工線的方法控制鋼杯套安裝的線性與縱向間距，確保鋼杯套間距1 m，同時消除累積誤差。在每個鋼杯套四角用水準儀測量其標高，使鋼杯套標高滿足設計要求。杯套底部使用措施鋼筋加固，同時，與底板主筋焊接，確保杯口在底板混凝土澆筑時不發生位移。

底板澆筑完成后，測量工程師再次測量杯口點位，對杯口進行后焊，確保焊接位置精度。焊接完成后由專業檢測機構對焊接質量進行檢測，確保焊接質量符合設計及圖紙要求。

5.3.5 底板預埋螺栓及預埋環板安裝精度控制措施

待底板梁鋼筋綁扎完成后，測量工程師用專業儀器進行放點，確定環板安裝位置。在環板底下焊接馬凳筋，使用水準儀控制標高，確保預埋環板安裝標高符合圖紙要求。將預埋螺栓與預埋環板連接，使用雙卡具控制其位置垂直度，測量預埋螺栓外漏長度，確保錨固長度符合圖紙要求。將預埋螺栓與環板、底板梁主筋焊接固定，確保混凝土澆筑時不發生位移。

5.4 后澆混凝土施工技術

5.4.1 疊合墻（負一層、負二層）澆筑施工

連續完成一段預制墻安裝（6塊），隨后進行預制墻連接處鋼筋籠吊裝施工。濕接頭模板采用工具式定型模板，模板應通過螺栓拉結的方式與結構可靠連接，與定型模板接縫處均應采用可靠的密封、防漏漿措施。連續6 環安裝完成后，進行疊合墻澆筑。

5.4.2 梁柱節點（中、頂縱梁）澆筑施工技術

預制梁安裝完成后，應對梁柱節點處進行定型鋼模板安裝，定型鋼模版施工完成后，用自密實混凝土（強度C50，抗滲P8）對梁柱節點進行澆筑，混凝土澆筑應布料均衡。澆筑和振搗時，應對模板進行觀察和維護，發生異常情況應及時進行處理。

5.4.3 疊合板（中板/頂板）澆筑施工

連續完成一段預制板安裝（6環），隨后進行預制板連接處鋼筋籠綁扎施工；在一段（6 環）預制板兩側使用木模板制作堵頭，進行疊合板澆筑，澆筑過程中，應對澆筑的混凝土進行及時、充分的振搗，快插慢提，確保預制板澆筑密實，保證澆筑質量，在預制板強度達到拆模要求后方可拆除堵頭，開始下一段預制板拼裝。

5.4.4 鋼管柱芯柱澆筑施工

鋼管柱預制及內部填充混凝土采用C50 以及C50 自密實補償收縮混凝土。混凝土澆筑不可以發生離析，利用300 mm澆筑孔，采取安裝串筒澆筑。

6 結語

綜上所述，本文創造性地提出裝配疊合整體式地下車站施工技術，通過自主研發的裝配式全套機械進行構建安裝，解決了預制構件翻身、吊裝、精調、定位等問題，提高了施工效率，保證了施工質量[4]。南門站對裝配疊合整體式結構相關技術的研究以及應用，必將促使裝配式建造技術登上新臺階[5]。