城市軌道交通工程施工方法和施工工藝分析

王一寰

（中國(guó)交通建設(shè)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(chǔ)設(shè)施，城市軌道交通工程直接承受列車荷載，引導(dǎo)列車正常運(yùn)行，為公眾提供交通服務(wù)。因此，采用有效的施工方法、施工工藝，直接關(guān)系到軌道交通工程的施工質(zhì)量。

1 城市軌道交通特點(diǎn)

1.1 綠色低能耗與高安全性特點(diǎn)

一方面，城市軌道交通是世界公認(rèn)的綠色交通，具有低能耗、低污染的特點(diǎn)，對(duì)落實(shí)城市可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)有重要的推動(dòng)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(diǎn)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(diǎn)。

1.2 快捷性與舒適性良好

相比常規(guī)公共交通，城市軌道交通其運(yùn)行于專用軌道之上，可保持較高行駛速度，具有高啟動(dòng)、制動(dòng)、加速度特點(diǎn)，客車停站時(shí)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(shí)間，快速到達(dá)目的地。同時(shí)，相比常規(guī)公共交通，城市軌道交通列車運(yùn)行期間穩(wěn)定性高，列車內(nèi)部與車站均安裝有空調(diào)以及通風(fēng)設(shè)施，車站導(dǎo)向足夠明確，設(shè)有自動(dòng)售票設(shè)備為乘客提供便捷購(gòu)票服務(wù)。因此，憑借良好的乘車與候車環(huán)境，城市軌道交通舒適性優(yōu)于常規(guī)公共交通。

1.3 高交通運(yùn)輸能力

基于高密度運(yùn)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(shù)多，具有較強(qiáng)的運(yùn)輸能力。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在單向通行高峰時(shí)間段，郊區(qū)軌道列車可達(dá)到6 萬(wàn)～8 萬(wàn)人（次/h），地鐵可達(dá)到3 萬(wàn)～6 萬(wàn)人（次/h），輕軌達(dá)到1 萬(wàn)～3 萬(wàn)人（次/h），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過城市公交[1]。

2 城市軌道交通工程施工質(zhì)量要求

綜上所述，城市軌道交通與常規(guī)交通相比有很多優(yōu)勢(shì)，目前已成為城市居民出行的重要交通工具。隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)城市軌道交通的穩(wěn)定性、安全性提出了更高的要求，對(duì)城市軌道交通工程施工提出了更高的質(zhì)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(shù)十萬(wàn)，乃至數(shù)百萬(wàn)人次，因此要確保工程項(xiàng)目滿足相關(guān)法律法規(guī)、文件對(duì)土建工程、設(shè)備安裝工程的各項(xiàng)要求。其次，由于城市軌道交通關(guān)系到城市交通系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要按時(shí)完成城市軌道交通項(xiàng)目的施工任務(wù)，確保項(xiàng)目按時(shí)投入運(yùn)營(yíng)，緩解城市發(fā)展對(duì)交通運(yùn)輸?shù)男枨罅縖2]。

3 城市軌道交通工程施工方法與工藝研究

3.1 項(xiàng)目概況

新興路站是杭州地鐵10 號(hào)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(jī)房工程位于逸盛路西側(cè)，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(jí)基坑。新興路站附近存在液氨制冷機(jī)房與液氨輸送管路的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，該構(gòu)筑物為三級(jí)重大危險(xiǎn)源，主體基坑最小凈距為33m。項(xiàng)目施工期間，杭州地鐵10 號(hào)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(dǎo)致周邊道路出現(xiàn)沉降問題，制冷機(jī)房發(fā)生沉降。為確保施工安全，經(jīng)過多種施工方案的選擇對(duì)比，最終決定采用鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法具有安全性能高的特點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)液氨輸送管線鋼柱頂升回復(fù)，同時(shí)利用外部監(jiān)測(cè)設(shè)施進(jìn)行位移信號(hào)、液壓系統(tǒng)油量控制信號(hào)的傳輸，運(yùn)用終端的多組超薄型千斤頂實(shí)現(xiàn)平坦、安全頂升，對(duì)構(gòu)筑物影響較小，具有較高的安全性能。在鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法中，應(yīng)用的設(shè)備十分先進(jìn)，施工進(jìn)度快，頂升和降落的精度誤差在±0.5mm 范圍內(nèi)，保證基坑開挖階段構(gòu)筑物的安全性。其次，鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法施工速度快，設(shè)備體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，可保證快速安裝，并及時(shí)控制構(gòu)筑物沉降，及時(shí)開展沉降恢復(fù)。再次，鋼結(jié)構(gòu)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(wú)多余廢棄物和施工垃圾，且施工設(shè)備在運(yùn)行階段無(wú)噪聲、振動(dòng)，具有良好的環(huán)保性。最后，鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)筑物高程動(dòng)態(tài)控制。在開挖階段，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形、降水等問題的可能性較大，防止基礎(chǔ)再次沉降，因此頂升加固設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微沉降的自動(dòng)控制，對(duì)已經(jīng)發(fā)生的沉降問題實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，確保構(gòu)筑物整體的安全性，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)。

3.2.2 施工原理

鋼結(jié)構(gòu)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(hào)處理系統(tǒng)、液壓千斤頂、位移監(jiān)測(cè)技術(shù)和橋架結(jié)構(gòu)分析技術(shù)的基礎(chǔ)上，開展配套技術(shù)開發(fā)。在橋梁結(jié)構(gòu)分析和施工技術(shù)總結(jié)的基礎(chǔ)上，以橋架沉降特性為依據(jù)，進(jìn)行PLC 信號(hào)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，基于終端多組超薄型千斤頂實(shí)現(xiàn)平坦、安全的橋墩頂升。PLC 液壓同步控制系統(tǒng)將壓力傳感器、多點(diǎn)位移檢測(cè)裝置信號(hào)，通過信號(hào)電纜傳輸?shù)匠邏罕谜倦娍叵鋬?nèi)。信號(hào)經(jīng)放大器放大后，將頂升位移、負(fù)載噸位信息發(fā)送到可編程PLC 內(nèi)。PLC 根據(jù)來(lái)自控制臺(tái)的指令，啟動(dòng)液壓泵馬達(dá)，將液壓泵驅(qū)動(dòng)到工作狀態(tài)。液壓泵動(dòng)力通過控制閥組輸出到外接千斤頂，促進(jìn)液壓缸上下運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)，可編程控制器根據(jù)檢測(cè)到的位移信息，與指令信號(hào)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(shí)現(xiàn)動(dòng)力油源的連續(xù)調(diào)節(jié)和向外的千兆頭供應(yīng)，確保多點(diǎn)外部千斤頂實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)同步。

3.3 施工方案和材料

3.3.1 施工方案

根據(jù)對(duì)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(gòu)筑物沉降問題的分析，為確保施工的安全性，對(duì)制冷機(jī)房管道支架開展了頂升施工處理。根據(jù)機(jī)房8 根支撐柱的頂升加固需要，確保對(duì)后期橋架沉降問題實(shí)現(xiàn)有效控制。具體施工方案為：在1 根支撐鋼柱的4 個(gè)側(cè)面焊接牛腿構(gòu)件，橫向設(shè)置16mm 厚的加強(qiáng)筋板，對(duì)角設(shè)置φ25 拉桿，周圍設(shè)4 臺(tái)100t 千斤頂，實(shí)現(xiàn)鋼柱支撐頂升，確認(rèn)沉降穩(wěn)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(jī)械設(shè)備與施工材料

針對(duì)新興路車站機(jī)房，應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降工法，主要施工機(jī)械設(shè)備包括32 臺(tái)100t千斤頂、4臺(tái)交流電焊機(jī)、1臺(tái)切割機(jī)、1只主配電箱、3只二級(jí)配電箱、10 只三級(jí)配電箱、400m 各種電纜線，2 臺(tái)PLC 同步儀、1 臺(tái)精密水準(zhǔn)儀、1 臺(tái)極光垂直儀、1 臺(tái)電子經(jīng)緯儀、20 臺(tái)百分表以及32 臺(tái)位移傳感器。主要施工材料見表1。

表1 新興路車站機(jī)房鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制施工材料

3.4 施工方法作業(yè)要點(diǎn)

3.4.1 設(shè)備設(shè)置

在升降機(jī)施工設(shè)備的安裝階段、布置頂升點(diǎn)階段，應(yīng)根據(jù)線荷載的分布情況和集中力位置進(jìn)行布置。通常，在混合結(jié)構(gòu)下，千斤頂間距應(yīng)設(shè)置在1.0～1.5m，并沿墻分布。在荷載相對(duì)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(jié)構(gòu)內(nèi)，柱子周圍主要集中布置千斤頂。

3.4.2 施工準(zhǔn)備

在施工準(zhǔn)備方面，第一步，安排施工單位采用經(jīng)緯儀、水標(biāo)儀測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并根據(jù)軸線，對(duì)不同柱位需要上升的具體高度進(jìn)行劃分和計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，確認(rèn)各階段提升高度為3～5mm，并要求施工人員將數(shù)據(jù)顯示在各柱上。第二步，以現(xiàn)場(chǎng)具體情況為依據(jù)，選擇參照面，設(shè)置刻度尺，便于加固階段讀取，嚴(yán)格記錄刻度尺初始記錄數(shù)值。布置施工人員，準(zhǔn)備足夠的鋼板墊等施工材料、工具，積極開展技術(shù)說(shuō)明，確保施工人員充分了解其負(fù)責(zé)提升柱位的高度、實(shí)際操作要點(diǎn)。第三步，開展托盤系統(tǒng)和鋼制牛腿的鋼軋檢驗(yàn)，確認(rèn)鋼制牛腿滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。及時(shí)清理各段伸縮縫內(nèi)的雜物，對(duì)附屬構(gòu)件進(jìn)行支撐、分離，完成千斤頂額定。第四步，設(shè)立頂升工程指揮部，安排施工人員開展應(yīng)急演練，并根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3.4.3 頂升前結(jié)構(gòu)檢查與設(shè)備調(diào)試

（1）安排施工單位實(shí)施頂升前的既有結(jié)構(gòu)檢查。在全面了解結(jié)構(gòu)損傷等建筑物工程情況的基礎(chǔ)上，通過梁板柱的實(shí)測(cè)，為頂升工程提供原始數(shù)據(jù)，并根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)提出施工安全措施。具體檢查內(nèi)容包括建筑物的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸、樓面臺(tái)套、裂縫檢查、強(qiáng)度檢查。

（2）開展設(shè)備安裝調(diào)試。針對(duì)新興路站制冷機(jī)房沉降問題，應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)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(chǎn)生水平分力。在配置千斤頂階段，施工人員要求以設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù)，密切關(guān)注32 臺(tái)千斤頂?shù)呐渲茫瑫r(shí)配置16 臺(tái)手動(dòng)千斤頂作為更換用。

（3）頂升作業(yè)。以頂升施工系統(tǒng)的工作狀態(tài)、對(duì)稱結(jié)果的校準(zhǔn)為依據(jù)，開展5mm 高的頂升試驗(yàn)。完成頂升試驗(yàn)后，整理結(jié)構(gòu)位移數(shù)據(jù)、橋架整體姿態(tài)數(shù)據(jù)，為后期正式頂升施工提供依據(jù)。

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?shù)耐巾斏⒈ＷC支柱墊的穩(wěn)定性，在累計(jì)頂升高度超過頂升階段，及時(shí)展開千斤頂回位。在回位階段，不能進(jìn)行相鄰的千斤頂同步回位，并且在返回作業(yè)前必須用楔塊保護(hù)支柱墊。頂升至設(shè)計(jì)高度后，施工人員需立即對(duì)主要受力部位采用墊塊或墊板進(jìn)行支撐，并迅速展開結(jié)構(gòu)連接處理。確認(rèn)結(jié)構(gòu)連接達(dá)到既定強(qiáng)度后，對(duì)千斤頂進(jìn)行批拆除。與此同時(shí)，在施工作業(yè)階段，施工單位應(yīng)在各起重點(diǎn)設(shè)置分量尺度。在起重階段，開展統(tǒng)一指揮，每次起重作業(yè)均采用水標(biāo)儀、經(jīng)緯儀開展觀測(cè)，嚴(yán)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(shí)現(xiàn)拆除，確保結(jié)構(gòu)的整體性。

3.4.5 頂升反力體系設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)的水平、垂直荷載分布傳遞特性，同時(shí)滿足強(qiáng)度、穩(wěn)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(jié)構(gòu)上表面，采用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行平整，牛腿結(jié)構(gòu)采用焊接連接形式，天花板底盤采用結(jié)構(gòu)鋼柱，在周圍上下對(duì)稱焊接牛腿結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)牛腿支撐方向焊接兩層鋼板構(gòu)成底盤結(jié)構(gòu)。使用肋板和φ25 拉桿形式加強(qiáng)牛腿橫向連接，上下機(jī)架形成后，焊接固定4 臺(tái)100t 千斤頂，形成千斤頂+鋼柱共同受力體系，最后利用環(huán)切形式切割鋼柱，將液氨管線推上設(shè)計(jì)位置。

3.4.6 臨時(shí)支撐體系與限位器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)臨時(shí)支撐體系階段，第一，需要確保臨時(shí)支撐體系滿足剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求，結(jié)構(gòu)必須符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）的要求，鋼結(jié)構(gòu)和焊接部位必須符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017）的要求。第二，為了避免頂升施工階段臨時(shí)支撐體系不穩(wěn)定，要求施工單位在鋼管支撐間設(shè)置水平支撐、夾持支撐，并以螺栓形式連接。其中螺栓等級(jí)要求＞8.8 級(jí)，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(zhì)量管理要點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法質(zhì)量管理要點(diǎn)如下：第一，頂升施工前，應(yīng)嚴(yán)格開展設(shè)備檢測(cè)，確保設(shè)備檢測(cè)結(jié)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(qiáng)頂升前焊接質(zhì)量、底座結(jié)構(gòu)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果滿足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50205—2020）和《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（GB 50661—2011）的要求。第三，鋼柱結(jié)構(gòu)應(yīng)確保滿足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（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(nèi)，腳、柱的上表面高程控制在±2mm 誤差以內(nèi)，梁體的縱向、橫向偏移分別控制在±3mm 和±1mm 誤差以內(nèi)。第四，施工完成后，開展焊縫外觀、點(diǎn)焊渣、立焊接頭檢測(cè)，確定焊接質(zhì)量符合技術(shù)規(guī)程。第五，城市軌道交通施工管理對(duì)象，主要為各分項(xiàng)工程，如電氣施工、土木建設(shè)、設(shè)備安裝等。為確保工程質(zhì)量滿足預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)以及各項(xiàng)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求，施工單位應(yīng)根據(jù)工作內(nèi)容，合理配置施工人員與機(jī)具，且明確各施工崗位所承擔(dān)的責(zé)任，以有效提升施工人員工作態(tài)度，保障施工質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)新興路站路面和建筑物下沉問題，應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法，有效保證橋架基礎(chǔ)安全，降低開挖風(fēng)險(xiǎn)，保證施工進(jìn)度，同時(shí)在效益方面，與傳統(tǒng)的貝雷梁托換法相比，應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約25 萬(wàn)元成本、20d 工期，施工中未發(fā)生安全事故，未發(fā)生環(huán)境污染事故。相關(guān)部門可將該研究成果作為參考依據(jù)，在企業(yè)施工階段，有效提高鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法的應(yīng)用水平，充分發(fā)揮工法優(yōu)勢(shì)，提高城市軌道交通工程施工質(zhì)量。