預(yù)制裝配式地鐵車站施工技術(shù)與造價(jià)控制

周玲芳

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100045）

1 引言

目前，我國建設(shè)的地鐵車站，在周圍環(huán)境和施工條件允許下，采用明挖法施工較多。明挖法具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如工作面多、工期短、工程質(zhì)量好、工程造價(jià)低等。但是，明挖法施工受外界氣候環(huán)境的影響較大，在我國北方寒冷地區(qū)地鐵車站采用常規(guī)的明挖法施工，一般須跨越2個(gè)冬季，且工程質(zhì)量難于保證、安全風(fēng)險(xiǎn)大，跨冬占路施工容易造成城市擁堵，因此冬季只能暫停施工，這樣會導(dǎo)致工程工期壓力增大。在這種形勢下，裝配式地下明挖車站應(yīng)運(yùn)而生。

我國對地鐵隧道及地下綜合管廊的裝配式結(jié)構(gòu)已有一定研究，也取得顯著的成效。廣泛運(yùn)用于區(qū)間隧道的盾構(gòu)法和頂管法施工技術(shù)，現(xiàn)階段已經(jīng)非常成熟，但對裝配式地鐵車站的研究和應(yīng)用屬于起步階段。本文結(jié)合我國首座預(yù)制裝配式明挖地鐵車站——長春地鐵2號線袁家店車站的建設(shè)過程，介紹預(yù)制裝配式明挖車站的施工工藝，同時(shí)對增加車站成本的各個(gè)因素進(jìn)行分析，并提出降低成本的相應(yīng)措施。

2 工程概況及施工技術(shù)

2.1 工程概況

長春地鐵2號線共設(shè)置5座裝配式明挖車站，其中袁家店車站是國內(nèi)建造的首座預(yù)制裝配式地鐵車站。袁家店車站主體采用明挖法施工，主體基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁和錨索支撐，主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段采用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)，站體兩端盾構(gòu)始發(fā)與接收井及中樓板采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。車站主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段寬20.5 m、高17.45 m，站體總長310 m，其中裝配段長188 m，現(xiàn)澆段長122 m。裝配段結(jié)構(gòu)體共設(shè)置94環(huán)，每環(huán)2 m寬，由7塊預(yù)制構(gòu)件組成，且每環(huán)預(yù)制構(gòu)件單塊最大重量達(dá)55 t。預(yù)制構(gòu)件塊與塊、環(huán)與環(huán)之間均采用榫接方式，并用接力式鋼棒逐環(huán)張拉、逐環(huán)鎖緊，最后采用改性環(huán)氧樹脂填充榫槽間隙。裝配式地下車站是采用輕質(zhì)材料填充的封閉腔體結(jié)構(gòu)。裝配結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件如圖1所示。

2.2 施工技術(shù)

2.2.1 精平條帶墊層

預(yù)制構(gòu)件底板的拼裝需在墊層上完成，因此基坑底部墊層的施工平整度將直接關(guān)系到預(yù)制構(gòu)件的拼裝精度。現(xiàn)場墊層施工采用精平條帶的方法進(jìn)行。精平條帶技術(shù)是將墊層分隔成若干個(gè)小面積的條帶，采用條帶隔倉預(yù)留空間后續(xù)注漿的工藝（即在預(yù)制構(gòu)件安裝后將預(yù)留空間注漿填平），控制多個(gè)小面積條帶表面的平整度，最終達(dá)到整個(gè)大面積基底墊層平整度的控制。

袁家店車站基坑寬22.5 m，條帶寬1.2 m，按照4.2 m的間隔，橫向設(shè)置5道精平條帶。條帶之間澆筑同強(qiáng)度的混凝土，且混凝土面比精平條帶標(biāo)高低15 mm，并在條帶之間預(yù)埋管徑30 mm的鐵質(zhì)注漿管，預(yù)制構(gòu)件拼裝以后，利用注漿管注射無收縮灌漿料進(jìn)行填充，每3環(huán)注漿1次。精平條帶的平整精度控制在2 mm內(nèi)，局部超標(biāo)的地方采用磨石機(jī)進(jìn)行磨平。精平條帶布置如圖2、圖3所示。

2.2.2 預(yù)制構(gòu)件拼裝

每環(huán)預(yù)制構(gòu)件由7塊組成，且單塊預(yù)制構(gòu)件最重達(dá)55 t，拼裝難度大，因此選擇合適的拼裝設(shè)備和確定合理的拼裝步序至關(guān)重要。裝配式車站邊墻及頂板的拼裝工作僅靠普通的吊裝設(shè)備顯然無法完成，由于沒有類似的工程設(shè)備可供參考，因此該項(xiàng)目研制出1臺專用的拼裝臺車，來滿足構(gòu)件拼裝的功能需求。預(yù)制構(gòu)件底板、側(cè)墻及頂板依次獨(dú)立拼裝，互不干擾，形成流水作業(yè)。具體拼裝步序如下。

（1）利用門吊先后吊運(yùn)安裝7組A、B塊（如圖1所示），完成張拉和固定，并在B塊鋪裝軌道。

（2）利用門吊在軌道上組裝并拼裝設(shè)備。

（3）利用門吊先吊運(yùn)第一組C塊，拼裝設(shè)備承接并對位拼裝C塊，及時(shí)張拉和固定；然后依次吊運(yùn)拼裝第2、3、4組C塊。

（4）利用門吊拼裝頂部拼裝平臺。

（5）利用門吊吊運(yùn)第一組D、E塊，放在頂部拼裝平臺上。

（6）拼裝平臺三維調(diào)整D、E塊位置，完成拼裝，張拉鎖緊D、E之間的螺紋鋼筋。

（7）鎖定橫移平臺，施加對拉荷載，頂部拼裝平臺整體下降，D、E塊對位拼裝，張拉鎖緊。

（8）重復(fù)步驟（5）～（7），吊運(yùn)并拼裝第二組D、E塊。

（9）門吊繼續(xù)吊運(yùn)拼裝A、B塊，鋪設(shè)軌道，整機(jī)前行，到達(dá)下一個(gè)拼裝站位。拼裝設(shè)備如圖4所示。

2.2.3 榫槽注漿

預(yù)制構(gòu)件采用榫接的方式進(jìn)行連接，拼裝成環(huán)后，榫頭與榫槽間存在間隙，無法形成整體結(jié)構(gòu)且達(dá)不到抗震要求，因此，間隙內(nèi)需采用改性環(huán)氧樹脂進(jìn)行填充，將構(gòu)件粘合成一個(gè)整體。改性環(huán)氧樹脂是一種無收縮、流動性好及高強(qiáng)度的粘結(jié)材料，且初凝時(shí)間可以滿足設(shè)計(jì)及施工要求。然而，改性環(huán)氧樹脂的密封效果在實(shí)際操作時(shí)不是很好，初始凝固時(shí)間小于80 min，且不能確定流動通道的阻力。鑒于以上原因，采用專門研制的空氣壓力注漿機(jī)作為注漿設(shè)備，按照預(yù)制結(jié)構(gòu)每完成一環(huán)拼裝，榫槽注漿一次的頻次進(jìn)行。

2.2.4 車站防水

袁家店車站所處位置地下水特別豐富，構(gòu)件拼裝后整個(gè)站體處于地下水位線以下，因此，做好車站防水工作尤為重要。

為減少預(yù)制構(gòu)件自身的微裂紋，提高結(jié)構(gòu)自身的防水性能，在預(yù)制構(gòu)件制作過程中，采用抗?jié)B混凝土作為預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)材料，并且同時(shí)采用耐久性配比技術(shù)，即在水泥、砂、石等原材料中加入多種外加劑，攪拌均勻后，將其注入事先綁扎好鋼筋的模具內(nèi)并振搗密實(shí)，同時(shí)采用窯內(nèi)蒸養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以減少構(gòu)件裂紋，保證結(jié)構(gòu)的自防水性。

在預(yù)制構(gòu)件拼裝前，在構(gòu)件的預(yù)留凹槽中安裝復(fù)合膨脹壓縮橡膠密封墊。構(gòu)件拼裝后，其縫隙依靠這2條安裝好的密封墊緊密結(jié)合，形成“防水密封圈”以加強(qiáng)防水，同時(shí)在接頭縫隙內(nèi)進(jìn)行充填注漿，使構(gòu)件達(dá)到良好的防水密封效果。

2.2.5 預(yù)制構(gòu)件輕量化

構(gòu)件輕量化是裝配式地下結(jié)構(gòu)降低拼裝難度的重要手段。外形上裝配式構(gòu)件體積較大，實(shí)際上因構(gòu)件內(nèi)部設(shè)置采用輕質(zhì)材料填充的封閉腔體，大幅減輕構(gòu)件的重量。采用該材質(zhì)的腔體既便于施工，還節(jié)約大量的混凝土和鋼筋用量，同時(shí)還避免大體積混凝土澆筑時(shí)產(chǎn)生大量的水化熱，縮短降溫時(shí)間，提高預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)效率。

3 裝配式車站造價(jià)偏高的原因分析

與普通的明挖現(xiàn)澆車站相比，袁家店裝配式車站具有以下優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省工期4～6個(gè)月（總工期的20%～30%）；施工現(xiàn)場高峰期作業(yè)人數(shù)由160人左右減少為20人左右，降低人力成本； 車站規(guī)模減小3%～4%；節(jié)省鋼筋800 t、混凝土用量也同步減少；木材消耗量減少800 m3，建筑垃圾大幅減少；整體碳排放量大幅減少。但是，與普通明挖車站相比，裝配式車站總成本仍大幅度提高。

袁家店裝配式車站主體結(jié)構(gòu)造價(jià)為0.62萬元/ m3，同期明挖現(xiàn)澆車站主體結(jié)構(gòu)（內(nèi)部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)+防水）造價(jià)為0.27萬元/ m3，顯然裝配式車站主體結(jié)構(gòu)比普通明挖現(xiàn)澆車站主體結(jié)構(gòu)造價(jià)高出1倍多。這主要是由裝配式車站結(jié)構(gòu)特殊的工法決定的，造價(jià)高的原因主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）由于國內(nèi)預(yù)制裝配式車站建設(shè)尚處于起步階段，受生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)規(guī)模等因素的影響，許多工序組織與設(shè)備從零起步。袁家店車站是國內(nèi)首座預(yù)制裝配式車站，生產(chǎn)模具、蒸汽養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)、拼裝臺車等固定資產(chǎn)的一次性投入很大，導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件在加工、安裝過程中產(chǎn)生較高的費(fèi)用。裝配式車站預(yù)制構(gòu)件成品加工費(fèi)用為0.42萬元/ m3，僅此項(xiàng)費(fèi)用已遠(yuǎn)高于明挖車站主體結(jié)構(gòu)造價(jià)。另外，裝配式結(jié)構(gòu)預(yù)制塊拼裝（包含反力架制作安裝、拆除，預(yù)制塊拼裝，預(yù)應(yīng)力鋼筋安裝、張拉，精平墊層等）費(fèi)用為0.14萬元/ m3。預(yù)制構(gòu)件榫槽采用改性的環(huán)氧樹脂填充，樹脂單價(jià)16萬元/ m3，整個(gè)站體注漿費(fèi)用高達(dá)1500萬元，這些都明顯抬高裝配式車站的成本。并且，對于構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、吊裝和連接等具體實(shí)施方案都沒有以往經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，需要進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)和驗(yàn)證，也會導(dǎo)致費(fèi)用的增加。

（2）預(yù)制裝配式構(gòu)件運(yùn)輸費(fèi)用也會直接影響裝配式建筑的工程成本，預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸距離每增加1 km，單方運(yùn)輸費(fèi)用增加30元，因此需對構(gòu)件的生產(chǎn)廠地進(jìn)行合理選址，盡量保證施工現(xiàn)場與構(gòu)件生產(chǎn)廠地的距離在各類條件約束下保持最短。

（3）整個(gè)裝配式生產(chǎn)線的協(xié)調(diào)配合能力不足，未能發(fā)揮裝配式建筑的綜合優(yōu)勢。裝配式建筑的基本特征可概括為“六化”，即標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理和智能化應(yīng)用 。由于裝配式地鐵車站在國內(nèi)剛剛起步，再加之建筑企業(yè)已經(jīng)習(xí)慣傳統(tǒng)現(xiàn)澆工法，建筑師對裝配式建筑技術(shù)、質(zhì)量、效率和效益的總體把控能力不足，還無法通過很好地協(xié)調(diào)裝配式建筑上下游產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，達(dá)到縮短建設(shè)工期和降低成本的目的。

4 裝配式車站造價(jià)控制的策略

我國現(xiàn)階段整個(gè)裝配式建筑工程行業(yè)造價(jià)偏高，因此減緩裝配式建筑的推廣應(yīng)用進(jìn)程，制約裝配式建筑工程在整個(gè)建筑行業(yè)的發(fā)展。結(jié)合我國首座預(yù)制裝配式明挖車站——長春地鐵2號線袁家店車站的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾個(gè)方面的改進(jìn)措施。

（1）在規(guī)劃設(shè)計(jì)方面，企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)盡量考慮規(guī)模經(jīng)濟(jì)。因?yàn)轭A(yù)制構(gòu)件只有進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化大規(guī)模生產(chǎn)，才能提高構(gòu)件模具和拼裝設(shè)備的重復(fù)使用率，以此來提高構(gòu)件的制作、拼裝效率，降低建設(shè)成本。另外設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)特殊部位的設(shè)計(jì)，如預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)連接部位的詳細(xì)構(gòu)造，這樣便于降低施工難度。在生產(chǎn)方面，通過提高預(yù)制構(gòu)件的制作精度，加快安裝速度、簡化安裝工作、減少后期裝飾修補(bǔ)工作。同時(shí)，國家和地方政府應(yīng)進(jìn)一步推進(jìn)財(cái)政補(bǔ)貼及財(cái)稅優(yōu)惠等相關(guān)政策，加速裝配式建筑的發(fā)展。長春地鐵2號線袁家店車站是全國首座預(yù)制裝配式車站，固定資產(chǎn)的一次性投入很大。只有擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，才能有效地?cái)備N固定成本，降低生產(chǎn)成本。在已有的工程技術(shù)及生產(chǎn)裝備下，2號線其他4個(gè)裝配式地鐵車站的成本有所減低、工期有所縮短；以及在后期開工的長春地鐵6號線也繼續(xù)延用原有的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，隨著生產(chǎn)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，成本必然會進(jìn)一步降低。

（2）科學(xué)布置裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化基地。預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸費(fèi)用也會直接影響裝配式建筑的工程成本，因此應(yīng)當(dāng)合理布置預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠地，使其盡量靠近施工現(xiàn)場，以此來降低運(yùn)輸成本。同時(shí)，可以建立預(yù)制構(gòu)件的產(chǎn)業(yè)化基地，加強(qiáng)預(yù)制構(gòu)件廠在區(qū)域內(nèi)合理布局，以此促進(jìn)相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這樣能充分發(fā)揮資源匯聚的作用，降低建筑工程成本。

（3）大力發(fā)展上下游產(chǎn)業(yè)鏈，逐步搭建由相關(guān)建設(shè)企業(yè)、科研單位、設(shè)計(jì)單位、構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)和施工單位組成的裝配式建筑上下游產(chǎn)業(yè)鏈的交流平臺。通過提供相關(guān)政策的及時(shí)培訓(xùn)、建立技術(shù)設(shè)備研發(fā)平臺、加強(qiáng)各企業(yè)信息溝通等途徑，引導(dǎo)開發(fā)企業(yè)加大裝配式建筑項(xiàng)目投資開發(fā)力度，提高預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)水平，為大規(guī)模推進(jìn)裝配式建筑創(chuàng)造條件。同時(shí)需及時(shí)完善裝配式工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，使預(yù)制裝配式建筑施工和驗(yàn)收有據(jù)可依，質(zhì)量能得到保證，更有利于推動裝配式建筑在全國各地有序開展。

（4）加強(qiáng)裝配式技術(shù)人員的培訓(xùn)。近年來我國建筑業(yè)以現(xiàn)場澆筑混凝土為主要施工方式，并形成現(xiàn)場施工習(xí)慣，無論是對設(shè)計(jì)還是施工管理單位，預(yù)制裝配式建筑都是比較新的產(chǎn)業(yè)。因此，在開展裝配式建筑工作前，應(yīng)加強(qiáng)對建筑、施工及造價(jià)等相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，讓其具有充分的知識儲備，在工作中更能做到保質(zhì)、高效，避免走彎路，從而達(dá)到節(jié)省開支的效果。

5 結(jié)論

預(yù)制裝配式地下車站有很多優(yōu)勢，今后定會有廣闊的發(fā)展空間。長春地鐵2號線袁家店車站為裝配式車站開辟了一條先河，給以后類似工程提供很多技術(shù)支持，但是要大力推廣裝配式車站的建設(shè)還有很多工作要做，只有提高設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度、加速產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展，形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)、提高產(chǎn)業(yè)配套能力、并且能有效控制建設(shè)成本，才能更早的被大范圍推廣使用。