预制装配式地铁车站施工技术与造价控制

周玲芳

（北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100045）

1 引言

目前，我国建设的地铁车站，在周围环境和施工条件允许下，采用明挖法施工较多。明挖法具有诸多优点，如工作面多、工期短、工程质量好、工程造价低等。但是，明挖法施工受外界气候环境的影响较大，在我国北方寒冷地区地铁车站采用常规的明挖法施工，一般须跨越2个冬季，且工程质量难于保证、安全风险大，跨冬占路施工容易造成城市拥堵，因此冬季只能暂停施工，这样会导致工程工期压力增大。在这种形势下，装配式地下明挖车站应运而生。

我国对地铁隧道及地下综合管廊的装配式结构已有一定研究，也取得显著的成效。广泛运用于区间隧道的盾构法和顶管法施工技术，现阶段已经非常成熟，但对装配式地铁车站的研究和应用属于起步阶段。本文结合我国首座预制装配式明挖地铁车站——长春地铁2号线袁家店车站的建设过程，介绍预制装配式明挖车站的施工工艺，同时对增加车站成本的各个因素进行分析，并提出降低成本的相应措施。

2 工程概况及施工技术

2.1 工程概况

长春地铁2号线共设置5座装配式明挖车站，其中袁家店车站是国内建造的首座预制装配式地铁车站。袁家店车站主体采用明挖法施工，主体基坑围护结构采用钻孔灌注桩和锚索支撑，主体结构标准段采用预制装配式结构，站体两端盾构始发与接收井及中楼板采用现浇混凝土结构。车站主体结构标准段宽20.5 m、高17.45 m，站体总长310 m，其中装配段长188 m，现浇段长122 m。装配段结构体共设置94环，每环2 m宽，由7块预制构件组成，且每环预制构件单块最大重量达55 t。预制构件块与块、环与环之间均采用榫接方式，并用接力式钢棒逐环张拉、逐环锁紧，最后采用改性环氧树脂填充榫槽间隙。装配式地下车站是采用轻质材料填充的封闭腔体结构。装配结构预制构件如图1所示。

2.2 施工技术

2.2.1 精平条带垫层

预制构件底板的拼装需在垫层上完成，因此基坑底部垫层的施工平整度将直接关系到预制构件的拼装精度。现场垫层施工采用精平条带的方法进行。精平条带技术是将垫层分隔成若干个小面积的条带，采用条带隔仓预留空间后续注浆的工艺（即在预制构件安装后将预留空间注浆填平），控制多个小面积条带表面的平整度，最终达到整个大面积基底垫层平整度的控制。

袁家店车站基坑宽22.5 m，条带宽1.2 m，按照4.2 m的间隔，横向设置5道精平条带。条带之间浇筑同强度的混凝土，且混凝土面比精平条带标高低15 mm，并在条带之间预埋管径30 mm的铁质注浆管，预制构件拼装以后，利用注浆管注射无收缩灌浆料进行填充，每3环注浆1次。精平条带的平整精度控制在2 mm内，局部超标的地方采用磨石机进行磨平。精平条带布置如图2、图3所示。

2.2.2 预制构件拼装

每环预制构件由7块组成，且单块预制构件最重达55 t，拼装难度大，因此选择合适的拼装设备和确定合理的拼装步序至关重要。装配式车站边墙及顶板的拼装工作仅靠普通的吊装设备显然无法完成，由于没有类似的工程设备可供参考，因此该项目研制出1台专用的拼装台车，来满足构件拼装的功能需求。预制构件底板、侧墙及顶板依次独立拼装，互不干扰，形成流水作业。具体拼装步序如下。

（1）利用门吊先后吊运安装7组A、B块（如图1所示），完成张拉和固定，并在B块铺装轨道。

（2）利用门吊在轨道上组装并拼装设备。

（3）利用门吊先吊运第一组C块，拼装设备承接并对位拼装C块，及时张拉和固定；然后依次吊运拼装第2、3、4组C块。

（4）利用门吊拼装顶部拼装平台。

（5）利用门吊吊运第一组D、E块，放在顶部拼装平台上。

（6）拼装平台三维调整D、E块位置，完成拼装，张拉锁紧D、E之间的螺纹钢筋。

（7）锁定横移平台，施加对拉荷载，顶部拼装平台整体下降，D、E块对位拼装，张拉锁紧。

（8）重复步骤（5）～（7），吊运并拼装第二组D、E块。

（9）门吊继续吊运拼装A、B块，铺设轨道，整机前行，到达下一个拼装站位。拼装设备如图4所示。

2.2.3 榫槽注浆

预制构件采用榫接的方式进行连接，拼装成环后，榫头与榫槽间存在间隙，无法形成整体结构且达不到抗震要求，因此，间隙内需采用改性环氧树脂进行填充，将构件粘合成一个整体。改性环氧树脂是一种无收缩、流动性好及高强度的粘结材料，且初凝时间可以满足设计及施工要求。然而，改性环氧树脂的密封效果在实际操作时不是很好，初始凝固时间小于80 min，且不能确定流动通道的阻力。鉴于以上原因，采用专门研制的空气压力注浆机作为注浆设备，按照预制结构每完成一环拼装，榫槽注浆一次的频次进行。

2.2.4 车站防水

袁家店车站所处位置地下水特别丰富，构件拼装后整个站体处于地下水位线以下，因此，做好车站防水工作尤为重要。

为减少预制构件自身的微裂纹，提高结构自身的防水性能，在预制构件制作过程中，采用抗渗混凝土作为预制构件的生产材料，并且同时采用耐久性配比技术，即在水泥、砂、石等原材料中加入多种外加剂，搅拌均匀后，将其注入事先绑扎好钢筋的模具内并振捣密实，同时采用窑内蒸养技术进行养护，以减少构件裂纹，保证结构的自防水性。

在预制构件拼装前，在构件的预留凹槽中安装复合膨胀压缩橡胶密封垫。构件拼装后，其缝隙依靠这2条安装好的密封垫紧密结合，形成“防水密封圈”以加强防水，同时在接头缝隙内进行充填注浆，使构件达到良好的防水密封效果。

2.2.5 预制构件轻量化

构件轻量化是装配式地下结构降低拼装难度的重要手段。外形上装配式构件体积较大，实际上因构件内部设置采用轻质材料填充的封闭腔体，大幅减轻构件的重量。采用该材质的腔体既便于施工，还节约大量的混凝土和钢筋用量，同时还避免大体积混凝土浇筑时产生大量的水化热，缩短降温时间，提高预制构件的生产效率。

3 装配式车站造价偏高的原因分析

与普通的明挖现浇车站相比，袁家店装配式车站具有以下优点：节省工期4～6个月（总工期的20%～30%）；施工现场高峰期作业人数由160人左右减少为20人左右，降低人力成本； 车站规模减小3%～4%；节省钢筋800 t、混凝土用量也同步减少；木材消耗量减少800 m3，建筑垃圾大幅减少；整体碳排放量大幅减少。但是，与普通明挖车站相比，装配式车站总成本仍大幅度提高。

袁家店装配式车站主体结构造价为0.62万元/ m3，同期明挖现浇车站主体结构（内部钢筋混凝土结构+防水）造价为0.27万元/ m3，显然装配式车站主体结构比普通明挖现浇车站主体结构造价高出1倍多。这主要是由装配式车站结构特殊的工法决定的，造价高的原因主要体现在以下几个方面。

（1）由于国内预制装配式车站建设尚处于起步阶段，受生产技术、生产规模等因素的影响，许多工序组织与设备从零起步。袁家店车站是国内首座预制装配式车站，生产模具、蒸汽养护系统、拼装台车等固定资产的一次性投入很大，导致预制构件在加工、安装过程中产生较高的费用。装配式车站预制构件成品加工费用为0.42万元/ m3，仅此项费用已远高于明挖车站主体结构造价。另外，装配式结构预制块拼装（包含反力架制作安装、拆除，预制块拼装，预应力钢筋安装、张拉，精平垫层等）费用为0.14万元/ m3。预制构件榫槽采用改性的环氧树脂填充，树脂单价16万元/ m3，整个站体注浆费用高达1500万元，这些都明显抬高装配式车站的成本。并且，对于构件的生产、运输、吊装和连接等具体实施方案都没有以往经验可以借鉴，需要进行反复试验和验证，也会导致费用的增加。

（2）预制装配式构件运输费用也会直接影响装配式建筑的工程成本，预制构件运输距离每增加1 km，单方运输费用增加30元，因此需对构件的生产厂地进行合理选址，尽量保证施工现场与构件生产厂地的距离在各类条件约束下保持最短。

（3）整个装配式生产线的协调配合能力不足，未能发挥装配式建筑的综合优势。装配式建筑的基本特征可概括为“六化”，即标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理和智能化应用 。由于装配式地铁车站在国内刚刚起步，再加之建筑企业已经习惯传统现浇工法，建筑师对装配式建筑技术、质量、效率和效益的总体把控能力不足，还无法通过很好地协调装配式建筑上下游产业链企业，达到缩短建设工期和降低成本的目的。

4 装配式车站造价控制的策略

我国现阶段整个装配式建筑工程行业造价偏高，因此减缓装配式建筑的推广应用进程，制约装配式建筑工程在整个建筑行业的发展。结合我国首座预制装配式明挖车站——长春地铁2号线袁家店车站的建设经验，提出以下几个方面的改进措施。

（1）在规划设计方面，企业生产应尽量考虑规模经济。因为预制构件只有进行标准化设计、工厂化大规模生产，才能提高构件模具和拼装设备的重复使用率，以此来提高构件的制作、拼装效率，降低建设成本。另外设计人员应当加强对结构特殊部位的设计，如预制构件与现浇结构连接部位的详细构造，这样便于降低施工难度。在生产方面，通过提高预制构件的制作精度，加快安装速度、简化安装工作、减少后期装饰修补工作。同时，国家和地方政府应进一步推进财政补贴及财税优惠等相关政策，加速装配式建筑的发展。长春地铁2号线袁家店车站是全国首座预制装配式车站，固定资产的一次性投入很大。只有扩大生产规模，才能有效地摊销固定成本，降低生产成本。在已有的工程技术及生产装备下，2号线其他4个装配式地铁车站的成本有所减低、工期有所缩短；以及在后期开工的长春地铁6号线也继续延用原有的预制装配式结构设计方案，随着生产规模的进一步扩大，成本必然会进一步降低。

（2）科学布置装配式建筑产业化基地。预制构件运输费用也会直接影响装配式建筑的工程成本，因此应当合理布置预制构件生产厂地，使其尽量靠近施工现场，以此来降低运输成本。同时，可以建立预制构件的产业化基地，加强预制构件厂在区域内合理布局，以此促进相关配套产业的发展，这样能充分发挥资源汇聚的作用，降低建筑工程成本。

（3）大力发展上下游产业链，逐步搭建由相关建设企业、科研单位、设计单位、构件生产企业和施工单位组成的装配式建筑上下游产业链的交流平台。通过提供相关政策的及时培训、建立技术设备研发平台、加强各企业信息沟通等途径，引导开发企业加大装配式建筑项目投资开发力度，提高预制构件的生产水平，为大规模推进装配式建筑创造条件。同时需及时完善装配式工程建设标准和技术规范，使预制装配式建筑施工和验收有据可依，质量能得到保证，更有利于推动装配式建筑在全国各地有序开展。

（4）加强装配式技术人员的培训。近年来我国建筑业以现场浇筑混凝土为主要施工方式，并形成现场施工习惯，无论是对设计还是施工管理单位，预制装配式建筑都是比较新的产业。因此，在开展装配式建筑工作前，应加强对建筑、施工及造价等相关技术人员进行技术培训，让其具有充分的知识储备，在工作中更能做到保质、高效，避免走弯路，从而达到节省开支的效果。

5 结论

预制装配式地下车站有很多优势，今后定会有广阔的发展空间。长春地铁2号线袁家店车站为装配式车站开辟了一条先河，给以后类似工程提供很多技术支持，但是要大力推广装配式车站的建设还有很多工作要做，只有提高设计的标准化程度、加速产业集聚发展，形成规模经济、提高产业配套能力、并且能有效控制建设成本，才能更早的被大范围推广使用。