新型装配叠合整体式地下车站主体结构施工关键技术研究

郑志鹏

1 项目概况

锡澄S1 线南门站地处江苏省江阴市。该项目基坑的支护形式为地下连续墙加多道内支撑支护体系。南门站为地下二层岛式车站，车站主体结构标准段为装配整体式结构，盾构段为现浇钢筋混凝土。车站外包总长为198.7 m，其中现浇段位于车站两端，主体宽度为23.8 m，总长度为48.7 m，基坑深约19.25 m；预制装配段位于车站中部，主体宽度为19.7 m，总长度为150 m，基坑深约17.74 m，沿车站纵向共分50 环（3 m/环）。

2 项目结构

预制构件采用肋梁板结构形式。车站结构属装配叠合整体式结构，装配段主体结构标准断面由11 个预制块组成，预制块宽2.99 m。其中，预制块A（2 块）位于车站左右侧墙负二层位置；预制块B（2 块）分别位于预制块A 上侧，从立面上呈“1”型；预制块C（2 块）为车站中柱左右中板块；预制块E（2 块）为中柱左右顶板块；预制块D（1 块）为车站中柱，D 的两侧设置牛腿，为车站结构中板和顶板施作预留条件；预制块F（1 块）为预制顶纵梁，预制块G（1 块）为预制中纵梁，F、G 均沿车站纵向布置，两端预留型钢与车站中柱进行连接，两侧设置牛腿，用于搭设中板和顶板。

车站主体主要预制构件共456 块，其中，A 构件100 块，B 构件88 块，C 和E 构件各100 块，D 构件18 块，F 构件和G 构件均为17 块，附属接口框架柱8 块，附属结构框架梁4 块，中板大开洞处预制暗梁4 块。侧墙预制块A 和预制块B、现浇底板采用钢杯口与型钢进行连接；预制块A、B和预制块C、E 采用定位销和钢筋环扣进行连接；预制块D 和预制块C、E 采用钢筋与型钢焊接进行连接，预制块D 与现浇底板采用钢板焊接及螺栓连接；预制块D 与预制块F、G 采用型钢焊接及螺栓连接；预制块F 与预制块E、预制块G 与预制块C 采用定位销和钢筋环扣进行连接。通过上述连接，传递结构作用力，保证结构受力性能。预制构件A、B、C、E 采用通缝进行拼装，前后两环采用芯笼进行搭接，横向设置定位销，方便快速拼装及高精度定位。在构件环缝设置防水嵌缝。

3 拼装施工步骤

车站基坑内共设置了3 道基坑内支撑，在车站现浇底板施工完成后，便可以拆除最下排（第3道）基坑内撑。先进行底层半预制侧墙和钢管柱安装，安装完毕后进行预制纵梁安装及叠合层混凝土浇筑。浇筑完毕后，进行中板预制底板安装，安装完成后进行中板叠合层混凝土浇筑。在车站中板安装完成后便可以拆除第2道基坑内撑。车站顶层构件的安装步骤与底层构件的安装步骤完全一致。

4 施工重难点分析

装配叠合整体式地下车站施工重难点主要包括：第1，预制构件的体量大，质量重，起吊和拼装难度高。第2，车站是在深基坑内施工，且在内支撑之间进行装配式作业，吊装和装配障碍物多，施工难度大。第3，安装精度要求高，如果精度出现较大偏差，会影响下一道工序施工，甚至影响主体结构的施工质量。为解决上述重难点问题，做好预制构件的起吊与就位、构件拼装定位纠偏、连接节点安装精度控制等方面的工作。

5 关键施工技术

5.1 装配叠合整体式地下车站新型施工装备

5.1.1 多功能龙门吊

多功能龙门吊配2 套小车东西方向移动，具备单机抬吊功能：第1，运送墙板件等构件；第2，将柱子提起由水平翻转至垂直；第3，水平吊装中板、顶板。端梁设机械限位器，以免操作不当使小车驶出大梁。

每套小车配6 套提升系统，其中2 套16 t 提升系统主吊提升（32 t ＞最重构件重量）、4 套10 t 的提升系统控制平衡，使板件保持平衡。配置旋转吊具，在吊装梁时可以旋转角度，避开钢支撑，使梁进入拼装位置。配置T 型吊，将板件吊入钢支撑下端。T 型吊具上的红外线闭合装置用以控制吊具与钢支撑间距，避免发生碰撞。变频器设有防摇摆、同步纠偏功能，以避免吊装板件产生摇摆。

5.1.2 360°旋转吊具

360°旋转吊具由2 台2 kW 的电机及2 台摆线针轮同步减速机组成，能实现在吊装过程中对吊物进行方向调整。吊装过程中，当构件需要旋转时，通过平衡梁的旋转电机驱动旋转机构的减速机，减速机的低速轴和平衡梁的旋转部分固定在一起，即实现全方位的360°旋转。多功能旋转吊具适用于任何构件的角度调整，并且便于安装精度的调整，尤其是安装中纵梁时，由于钢支撑和梁安装位置为交叉90°，直接吊装至安装位置是没有办法实现的。而通过360°旋转吊具先将中纵梁旋转90°，下穿钢支撑后再回旋90°，就能实现中纵梁的空间位置转换，有效穿越钢支撑的障碍，达到最终安装位置，每次选择角度调整的精度可以控制在1.5°以内。

5.1.3 多功能拼装机

多功能拼装机的功能如下：第1，钢管柱调节。通过龙门吊将钢管柱调运至一定位置后，通过抱夹臂对柱进行微调。钢管柱浇筑时，为避免柱发生偏移，抱夹柱亦起到临时固定作用。第2，预制墙调节。当侧墙吊运至底板，通过临时固定架放置侧墙，需要对龙门吊进行更换（更换工字型吊具）；构件调节时，通过底部伸缩臂对侧墙位置进行精准调节，顶部通过顶撑油缸进行垂直度调节及临时固定；另外，浇筑侧墙混凝土时，拼装机兼做作业平台。第3，预制纵梁调节。预制纵梁安装通过顶部伸缩臂进行调节。该设备可实现梁的前后、左右、上下调节，以使纵梁型钢和柱节点实现精准对接。第4，预制板调节。主要通过顶升油缸进行精准定位，安装前顶升油缸调节至安装高程上方，通过缓慢下放、平移等动作进行板的安装调节。第5，轨顶风道调节。轨顶风道施工在车站主体结构施工完成后，此时站内空间较小，设备、人员等施工受限。而通过多功能拼装机可以减少人工操作量，同时避免构件发生磕碰。

5.1.4 翻板机

翻板机的主要功能是将预制墙从平放翻至85°立放，然后利用门吊将预制墙起吊、运输至预安装位置。受高度与总重量限制，翻板机选用双节钢下沉式基础。翻板机配备2 套升降油缸（L=5500 mm），1 套液压泵站。全套拼装装备是为预制装配式地铁车站拼装设计的专用装备。该拼装装备用于各预制构件的定位及安装工作；采用钢箱梁结构，结构刚度大、耐久性好，大量采用了液压设备，能实现预制构件拼装所需要的整体同步顶升及下落、平移及三维微量转动功能，真正展现了机械化施工的优点[1]。

5.2 预制叠合构件拼装定位纠偏技术

5.2.1 拼装定位过程控制

预制钢管柱安装。预制钢管柱进场，车辆横向停放于基坑端头；通过多功能龙门吊双机抬吊，水平移动至安装位置；副钩下放，完成立柱横向至竖向转换；下放钢管柱，柱脚对接预埋螺栓；操作人员手持遥控板，控制下部拼装台车伸缩臂抱夹预制柱，对预制柱进行前后、左右微调，达到设计状态；精调完成后，柱脚钢板焊接、螺栓连接[2]。后续完成柱脚混凝土浇筑及芯柱浇筑。

预制纵梁安装。预制中纵梁进场，车辆纵向停放于基坑端头；中纵梁采用6 点起吊方式（双主吊、四辅吊）起吊，水平吊运至安装位置上方；通过360°可旋转吊具，旋转90°下放，穿越支撑障碍；二次旋转，达到安装位置状态；拼装台车捕获中纵梁，拼装台车伸缩臂下侧夹住预制梁，通过前后、左右、微倾等微动作，实现精调构件。精调完成后，进行梁柱节点型钢焊接、钢板安装、螺栓连接、钢托梁安装、梁柱节点钢筋安装。

预制侧墙安装。预制侧墙进场，车辆横向停放于基坑端头；采用多功能龙门吊双机抬吊，四点吊装，水平移动、放置于翻板机上；利用翻板机将预制侧墙由平放调整至85°立放。利用工字型吊具，两点吊装，水平移动至待安装位置；预制墙通过支撑间隙下放至安装高程位置，再水平移动至安装位置。工字型吊具上设置激光触发报警器装置，若吊具靠近钢支撑，报警器将出现警示，同时设备自动锁停。预制墙下方至下部拼装台车，伸缩臂单侧夹住预制墙，通过前后、左右、微倾等微动作，完成构件精调。预制墙精准调节完成后，下部通过钢立柱与上翻墙预埋钢板进行焊接固定，顶部通过临时拉杆与地连墙预埋件连接达到临时固定。连续完成一段预制墙安装（6 块），随后进行预制墙连接处钢筋笼吊装施工，底部湿接头定型钢模板安装。连续6 环安装完成后，进行叠合墙浇筑。

预制板安装。预制中板进场，车辆横向停放于基坑端头；预制中板通过双机抬吊（四吊点）水平移动至安装位置；通过支撑间隙下放至安装高程位置，用工字型吊具水平移动至安装点位；定位销安放；预制中板下放至下部拼装台车，利用4 台千斤顶，实现预制中板前后方向微调，使预制中板安装在设计位置，预制中板与中纵梁、负二层叠合墙用定位销连接。

5.2.2 纠偏控制

纠偏控制包括：第1，轴线控制和调整。预制构件设置十字线定位标识。全站仪控制，每一段复核及校正一次[3]。第2，垂直度控制。主要对侧墙纵向、环向垂直度及钢管柱双向垂直度进行控制；激光垂准仪量测，拼装机顶部千斤顶调整，每一构件复核及校正1 次。第3，构件端面同步控制。调整缝宽的大小，消除累积误差，并逐环复核及校正。

5.3 预制构件连接节点安装精度控制

5.3.1 构件生产外露筋精度控制

根据构件的不同型号及相关尺寸关系、钢筋设计形式关系等，进行相关构件的模具研发、制造。研发主要考虑模具的共用性、施工操作便利性、投入成本的节约性；模具制造主要考虑模具的基本刚性及精度要求等。通过模具研发、制造，保证构件的精度等满足相关质量要求。构件装卸车及运输过程中，要做好保护措施，防止碰撞，造成外露筋的超标准偏差。

5.3.2 底板预留环扣钢筋的控制

根据设计要求，底板施工时要预留75 cm 高的环扣钢筋与预制侧墙底板环扣交错插入，再安装水平分布筋型材互锚结构，确保预制构件湿接头结构受力要求。为使预留环扣钢筋位置准确，避免后期构件安装时钢筋位置冲突，南门站现场使用定制钢筋卡距，确保底板钢筋间距符合设计要求；在垂直度上，现场使用水平尺对每根环扣钢筋进行复测，确保环扣垂直；横向间距上，现场使用经纬仪控制环扣钢筋横向位置，同时确保钢筋保护层符合设计及规范要求。

5.3.3 底板预埋混凝土杯套精度控制

底板预埋混凝土杯口下方须设置马凳筋，通过控制其标高，控制混凝土杯套底板标高。现场用高精度设备测量每段混凝土杯套起点与终点，配合人工拉施工线的方法控制混凝土杯套安装的线性，消除混凝土杯套侧面累计误差。在每个混凝土杯套两端用水准仪测量其底部标高，确保其标高满足设计要求。杯套底部使用措施钢筋加固，并与底板主筋焊接，确保杯口在底板混凝土浇筑时不发生位移。

5.3.4 底板预埋钢杯套安装精度控制

底板预埋钢杯口下方须设置马凳筋，通过控制其标高以控制钢杯套底板标高。现场使用专业高精度设备测量每段钢杯套的起点与终点，配合人工拉施工线的方法控制钢杯套安装的线性与纵向间距，确保钢杯套间距1 m，同时消除累积误差。在每个钢杯套四角用水准仪测量其标高，使钢杯套标高满足设计要求。杯套底部使用措施钢筋加固，同时，与底板主筋焊接，确保杯口在底板混凝土浇筑时不发生位移。

底板浇筑完成后，测量工程师再次测量杯口点位，对杯口进行后焊，确保焊接位置精度。焊接完成后由专业检测机构对焊接质量进行检测，确保焊接质量符合设计及图纸要求。

5.3.5 底板预埋螺栓及预埋环板安装精度控制措施

待底板梁钢筋绑扎完成后，测量工程师用专业仪器进行放点，确定环板安装位置。在环板底下焊接马凳筋，使用水准仪控制标高，确保预埋环板安装标高符合图纸要求。将预埋螺栓与预埋环板连接，使用双卡具控制其位置垂直度，测量预埋螺栓外漏长度，确保锚固长度符合图纸要求。将预埋螺栓与环板、底板梁主筋焊接固定，确保混凝土浇筑时不发生位移。

5.4 后浇混凝土施工技术

5.4.1 叠合墙（负一层、负二层）浇筑施工

连续完成一段预制墙安装（6块），随后进行预制墙连接处钢筋笼吊装施工。湿接头模板采用工具式定型模板，模板应通过螺栓拉结的方式与结构可靠连接，与定型模板接缝处均应采用可靠的密封、防漏浆措施。连续6 环安装完成后，进行叠合墙浇筑。

5.4.2 梁柱节点（中、顶纵梁）浇筑施工技术

预制梁安装完成后，应对梁柱节点处进行定型钢模板安装，定型钢模版施工完成后，用自密实混凝土（强度C50，抗渗P8）对梁柱节点进行浇筑，混凝土浇筑应布料均衡。浇筑和振捣时，应对模板进行观察和维护，发生异常情况应及时进行处理。

5.4.3 叠合板（中板/顶板）浇筑施工

连续完成一段预制板安装（6环），随后进行预制板连接处钢筋笼绑扎施工；在一段（6 环）预制板两侧使用木模板制作堵头，进行叠合板浇筑，浇筑过程中，应对浇筑的混凝土进行及时、充分的振捣，快插慢提，确保预制板浇筑密实，保证浇筑质量，在预制板强度达到拆模要求后方可拆除堵头，开始下一段预制板拼装。

5.4.4 钢管柱芯柱浇筑施工

钢管柱预制及内部填充混凝土采用C50 以及C50 自密实补偿收缩混凝土。混凝土浇筑不可以发生离析，利用300 mm浇筑孔，采取安装串筒浇筑。

6 结语

综上所述，本文创造性地提出装配叠合整体式地下车站施工技术，通过自主研发的装配式全套机械进行构建安装，解决了预制构件翻身、吊装、精调、定位等问题，提高了施工效率，保证了施工质量[4]。南门站对装配叠合整体式结构相关技术的研究以及应用，必将促使装配式建造技术登上新台阶[5]。