模塊化施工在北京高架地鐵中的應(yīng)用研究

徐曉峰　徐俊峰

(1. 中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院　北京　100083；2. 北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與測繪工程學(xué)院　北京　100042；3. 北京軌道交通建設(shè)管理有限公司　北京　100037)

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模塊化施工在北京高架地鐵中的應(yīng)用研究

徐曉峰1,2徐俊峰3

(1. 中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院北京100083；2. 北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與測繪工程學(xué)院北京100042；3. 北京軌道交通建設(shè)管理有限公司北京100037)

摘要結(jié)合北京燕房線04標(biāo)地鐵模塊化施工，總結(jié)傳統(tǒng)墩柱施工的不足之處，詳細介紹墩柱鋼筋模塊化施工的優(yōu)勢及其關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)：墩柱鋼筋籠的模塊化加工、運輸、吊裝加固、墩柱合模、混凝土養(yǎng)護。通過模塊化施工，使單個墩柱鋼筋籠在現(xiàn)場的施工工期縮短至3 d，綜合費用節(jié)約16.7%，實現(xiàn)了經(jīng)濟、進度、社會效益的提高。工程實踐表明，模塊化施工能夠有效縮短工期，降低工程成本，提高工程質(zhì)量，是今后建筑施工工業(yè)化的發(fā)展方向之一。

關(guān)鍵詞城市軌道交通；模塊化施工；墩柱；高架地鐵

隨著國內(nèi)軌道交通建設(shè)的發(fā)展，各主要城市高架地鐵所占的比重均高于30%，在郊區(qū)線地鐵甚至可以達到50%左右[1]。與傳統(tǒng)的地鐵施工相比，模塊化是一種先進的施工理念，其優(yōu)勢在于可以通過減少現(xiàn)場的施工作業(yè)來縮短高架地鐵的建設(shè)工期[2-4]。采用模塊化后，大量施工工序在加工廠完成，可提高施工安全性，保證施工質(zhì)量，節(jié)約施工工期，同時可以節(jié)省工程費用。然而，模塊化在提高了施工效率的同時，也增加了施工難度，如墩臺鋼筋等大型模塊化在加工、運輸和吊裝等環(huán)節(jié)都有較大的風(fēng)險和挑戰(zhàn)。因此，如何有效組織和規(guī)劃高架地鐵的模塊化工作，已經(jīng)成為工程相關(guān)各方研究的重點[5]。

1工程概況

北京地鐵燕房線，為北京地鐵房山線的西延線，工程于2013年底開工，計劃于2016年底建成通車。其中燕房線04標(biāo)段總長4 440.802 m，車站和區(qū)間均采用高架敷設(shè)，合同總造價為3.768億元。施工范圍為大紫草塢站—閻村北站區(qū)間、閻村北站、閻村北站后區(qū)間及出入段線區(qū)間、房山線預(yù)留西延段高架區(qū)間，起訖里程為：K12+137.943～K15+090.996(含車站118 m)、SK0+000～SK1+605.749(含車站118 m)，各區(qū)間下部各類墩柱共計169根，墩柱均采用模塊化施工。

燕房線04標(biāo)高架區(qū)間橋墩下部結(jié)構(gòu)的墩柱主要采用“玉蘭花”造型(Y型)橋墩，個別墩柱采用圓墩，區(qū)間墩柱主要有A、B、C 3類，結(jié)構(gòu)類型統(tǒng)計見表1。區(qū)間鋼筋骨架最重的墩柱為DY-33，墩高15.5 m，骨架總重22.696 t。

表1　墩柱類型統(tǒng)計[6]

2傳統(tǒng)工藝的不足

傳統(tǒng)的墩柱工程一般的施工流程是：綁扎承臺鋼筋時預(yù)埋墩身主筋，待澆筑的承臺下部混凝土強度達到設(shè)計強度的70%以上，足以承受上部擬澆筑的混凝土荷載及其他施工荷載時，再繼續(xù)進行墩身鋼筋下料，綁扎墩身鋼筋勁性骨架并加固，逐根接長豎筋，綁扎水平筋，安裝墩身模板，拆除勁性骨架，分節(jié)澆筑墩身混凝土，最后拆模、混凝土養(yǎng)護。如此，完成整個墩柱的澆注。

傳統(tǒng)的墩柱施工工藝存在的不足是：1) 綁扎鋼筋之前需安裝勁性骨架，鋼筋綁扎完成后還需要拆除勁性骨架，耗費工期和人工；2) 鋼筋在綁扎過程中，豎筋垂直度和保護層質(zhì)量控制難度較大，綁扎速度慢；3) 現(xiàn)場吊裝作業(yè)量大，施工安全面臨較大風(fēng)險[7]。

3模塊化施工工藝流程

根據(jù)現(xiàn)場考察，結(jié)合燕房線04標(biāo)地鐵工程特點，確定墩柱的施工流程為：承臺定位放線→承臺鋼筋綁扎→墩柱鋼筋加工一體成型→墩柱鋼筋定位放線→墩柱鋼筋整體吊裝并加固→承臺澆筑并鑿毛→模板定位放線→墩柱加固(墩柱采用桁架式人行通道)→立模并澆筑墩柱混凝土(12 m以下采用一次性澆筑)→鑿毛并第二次澆筑混凝土(12 m以上)→拆?！尚宛B(yǎng)護。

4模塊化施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1鋼筋模塊化加工

圖1　鋼筋籠加工

鋼筋工廠設(shè)置集中鋼筋加工棚，內(nèi)部配置數(shù)控切斷機、數(shù)控彎曲機、直螺紋套絲機等。鋼筋經(jīng)原材料檢查合格后，在鋼筋加工棚內(nèi)集中切斷、焊接、彎制成形，然后在工廠鋼筋綁扎地面胎具上完成整體綁扎。對于鋼筋量較大的單個構(gòu)件，采用整體加工后預(yù)拼裝，拆分運輸，現(xiàn)場再進行拼裝。

為減少吊裝運輸過程中鋼筋骨架可能產(chǎn)生的變形，每隔3 m在墩柱內(nèi)加設(shè)同主筋同型號鋼筋十字交叉，并焊接至墩柱主筋。對于墩高大于12 m的墩柱鋼筋采用正絲直螺紋套筒機械連接，將其各項加工及綁扎指標(biāo)嚴(yán)格控制于允許偏差之內(nèi)，精準(zhǔn)控制鋼筋骨架的結(jié)構(gòu)尺寸，通過胎膜上設(shè)置的各個預(yù)埋件模具做到鋼筋避讓。因此可以保證鋼筋骨架在起吊時的整體性，避免因骨架變形造成保護層偏大或偏小，有效減少鋼筋工程量，同時提高后續(xù)模板工程的工作效率。

4.2鋼筋籠的運輸

采用平板車直接運輸至現(xiàn)場，平板車上設(shè)置鋼筋臨時臺座，以保證鋼筋籠在運輸過程中的穩(wěn)固。

4.3鋼筋籠的吊裝與固定

以C1型墩柱為例，墩柱鋼筋籠頂部每角4根主筋與吊具工字鋼焊接牢靠，吊具用I12b焊條焊接加工，每個吊具設(shè)6個吊點，用直徑20 mm的鋼絲繩起吊，詳見圖2。

圖2　墩柱鋼筋籠安裝加固[8]

用2臺80 t汽車吊將墩臺鋼筋籠整體插入至承臺鋼筋內(nèi)，并在底下加固牢固，當(dāng)墩柱鋼筋籠≤12 m時，采用一次性吊裝工藝，將鋼筋籠整體插入承臺鋼筋內(nèi)，詳見圖3。

鋼筋籠用Φ20纜風(fēng)繩拉住立面，設(shè)置3道，側(cè)面設(shè)置2道，共10道。纜風(fēng)繩錨固采用1 m×1 m×2 m混凝土預(yù)制塊(每塊5.2 t)與纜風(fēng)繩成60°夾角放置于原地面，預(yù)制塊掛鉤與纜風(fēng)繩連接,詳見圖4。

4.4墩柱合模

墩身模板采用模數(shù)化設(shè)計，由專業(yè)工廠制作，每節(jié)高2 m，面板厚6 mm。背楞采用16號槽鋼進行加固，模板四周采用直徑25 mm的對拉螺栓進行固定。

圖3　鋼筋籠吊裝

圖4　纜風(fēng)繩與地錨的固定

墩身模板柱形段在地面上分節(jié)拼裝成型，拼縫內(nèi)夾定型橡膠條密封，拼裝后用膩子拼密批平；墩柱曲線段模板和橫梁應(yīng)分塊吊拼。模板預(yù)拼檢查合格后分節(jié)、分塊運至施工現(xiàn)場安裝。

圖5　墩柱合模

成型后模板用吊車配合安裝，控制線控制水平位置，垂直度用經(jīng)緯儀控制，并用鋼絲繩為攀線，在墩身四周，一端固定于模板骨架上，一端固定于地錨，通過手拉葫蘆調(diào)整模板至垂直，地錨堅固穩(wěn)定。同時在承臺內(nèi)預(yù)埋鋼筋，以用作固定墩柱模板，防止模板底部產(chǎn)生位移，詳見圖5。

4.5墩柱整體澆筑

確認全部鋼筋及預(yù)埋件都已施工完畢后，澆筑承臺混凝土，承臺施工完成后，進行人工鑿毛，并沖洗干凈，要求鑿除后的承臺與墩柱接觸面平整、干凈，無松散，以石子外漏1/2為宜。澆筑時在墩身整個平截面內(nèi)對稱水平分層進行，澆筑層厚控制在30 cm以內(nèi)，同時要注意糾正預(yù)埋鐵件的偏差，保證混凝土密實、表面光滑整齊，無墊塊痕跡?；炷翝仓林ё鶋|石頂面時需要注意抹平壓實，特別注意錨栓孔的預(yù)留。終凝后開始灑水養(yǎng)護，墩身表面蓋無紡布以保持濕潤。拆模后采用塑料薄膜包裹，養(yǎng)護期內(nèi)向薄膜內(nèi)噴水，保持其濕度。當(dāng)氣溫偏低時采用草簾包裹，內(nèi)外加塑料薄膜。養(yǎng)生期不少于7 d，灑水次數(shù)以混凝土表面潤濕為宜[9]。

5應(yīng)用效果

5.1經(jīng)濟效益

根據(jù)相關(guān)測算，工廠化的作業(yè)效率是現(xiàn)場施工方式效率的近2倍[10]，通過對模塊化預(yù)制和近似工程現(xiàn)場施工的人工耗用進行對比，僅YZ-34柱鋼筋籠(13.683 t)加工這一工序便節(jié)約了54.7個綜合工日。另外，墩柱施工方案比選階段的經(jīng)濟分析表明，采用模塊化施工相對于傳統(tǒng)工藝施工，工程綜合費用節(jié)約了16.7%。燕房線04標(biāo)墩柱采用的模塊化施工，相對于傳統(tǒng)施工工藝更加有利于質(zhì)量控制與驗收，提高了工效和機械使用率，減少了原材料的浪費，降低了施工成本，實現(xiàn)了良好的經(jīng)濟效益。

5.2進度效益

通過模塊化施工的應(yīng)用，墩柱鋼筋加工和現(xiàn)場承臺得以平行施工，可有效實現(xiàn)工序轉(zhuǎn)化，提高墩柱施工的連續(xù)性和均衡性。以C1型墩柱為例，采用鋼筋籠加工廠加工一體成型，節(jié)約了傳統(tǒng)工程施工中搭設(shè)、拆除支架操作平臺的工作量，將需在工地現(xiàn)場的施工工期從21 d縮短到3 d，工期縮短了18 d，為項目如期完工提供了保障，具有顯著的進度效益。

5.3社會效益

燕房線高架地鐵施工采用的模塊化施工技術(shù)在北京地區(qū)尚屬首例，在國內(nèi)地鐵施工中也屬少有。模塊化施工技術(shù)的成功應(yīng)用得到了業(yè)主、監(jiān)理單位的一致好評，同時吸引了眾多同行前來學(xué)習(xí)，為企業(yè)贏得了榮譽，體現(xiàn)了較好的社會效益。

6結(jié)語

燕房線04標(biāo)采用模塊化施工技術(shù)，實現(xiàn)了對施工技術(shù)的優(yōu)化，避免了傳統(tǒng)施工方法的缺陷，技術(shù)上先進、可靠、適用，經(jīng)濟上能合理節(jié)約，提高了施工效率，并保證施工安全、施工質(zhì)量，克服了工期緊張等難題。在工程中應(yīng)用模塊化施工技術(shù)產(chǎn)生的經(jīng)濟、工期和社會效益對于高架地鐵的施工具有積極的指導(dǎo)意義，取得的成果值得推廣和廣泛應(yīng)用。

參考文獻

[1] 陳軼鵬，李文會，白蘋.軌道交通高架橋梁發(fā)展方向探討[J].都市快軌交通，2013，26(4)：20-23.

[2] 李偉，陳光.模塊化施工在冶金建設(shè)中的應(yīng)用思考[J].施工技術(shù)，2014(43):690-693.

[3] 李海榮，黃修振.模塊化施工在工程實踐中的應(yīng)用[J].今日南國，2009(5)：223-224.

[4] 余慶軍，潘思明，常亞楠.淺談工程建設(shè)模塊化施工[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2010(18)：129-131.

[5] 許立新，唐兵傳.大型高爐短期化大修模塊化施工[J].施工技術(shù)，2009(38)：298-303.

[6] 中鐵上海工程局集團有限公司，北京軌道交通燕房線工程土建施工04合同段實施性施工組織設(shè)計[G].北京:2014：2-4.

[7] 楊永文，青島海灣大橋非航道橋現(xiàn)澆墩身鋼筋籠整體安裝工藝[J].施工技術(shù)，2011(40)：5-7.

[8] 中鐵上海工程局集團有限公司，北京地鐵軌道交通燕房線(主線04標(biāo))工程墩柱模塊化施工安裝加固圖[G].

北京，2014.

[9] 中華人民共和國交通部.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范：JTG/TF 50—2011[S].北京：人民交通出版社，2011：72-74.

[10] 唐元寧，蔡俊俊，周芳汀.高速鐵路工程建設(shè)模塊化技術(shù)應(yīng)用研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2013(9)：121-124.

(編輯：郝京紅)

Application of Modular Construction in Beijing Viaduct Railway

Xu Xiaofeng1.2Xu Junfeng3

(1. School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083;2. School of Architectural and Survey Mapping Engineering, Beijing Polytechnic College, Beijing 100042;3. Beijing MTR Construction Management Co., Ltd., Beijing 100037)

Abstract:Based on the 04th section of Beijing Yanfang line subway modular construction, this paper summarizes the shortcomings of the traditional pier column construction and introduces the construction technology of pier column reinforced bar in details which mainly includes processing, transporting, hoisting and fixing reinforcement cage, matched mould of pier column, pouring and curing concrete of pier column integrally. By modular construction, a pier of reinforcing cage construction period can be reduced to 3 days, generally saving reducing 16.7% of the costs. The engineering practice indicates that modular construction can effectively shorten the construction period, reduce project cost and improve the quality of the project; it can also achieve good results in the practical application, and will be one of the developing trends of construction industrialization in the future.

Key words:urban rail transit; modular construction; pier column; viaduct subway

doi:10.3969/j.issn.1672-6073.2016.03.016

收稿日期:2015-07-09修回日期: 2015-07-27

作者簡介:徐曉峰，女，副教授，博士研究生，從事建筑工程理論與相關(guān)技術(shù)的研究與教學(xué)工作，xuxiaofeng99@163.com

中圖分類號U231.1

文獻標(biāo)志碼A

文章編號1672-6073(2016)03-0065-04