城市轨道交通工程施工方法和施工工艺分析

王一寰

（中国交通建设股份有限公司轨道交通分公司，北京 100000）

0 引言

作为城市交通体系下重要的基础设施，城市轨道交通工程直接承受列车荷载，引导列车正常运行，为公众提供交通服务。因此，采用有效的施工方法、施工工艺，直接关系到轨道交通工程的施工质量。

1 城市轨道交通特点

1.1 绿色低能耗与高安全性特点

一方面，城市轨道交通是世界公认的绿色交通，具有低能耗、低污染的特点，对落实城市可持续发展目标有重要的推动作用。另一方面，城市轨道交通车辆在专用轨道上行驶，与其他交通工具交叉点少，不受其他交通工具干扰，交通事故少，因此具有高安全性的特点。

1.2 快捷性与舒适性良好

相比常规公共交通，城市轨道交通其运行于专用轨道之上，可保持较高行驶速度，具有高启动、制动、加速度特点，客车停站时间短，乘客上下车迅速便捷，且换乘便捷，可有效缩短乘客出行时间，快速到达目的地。同时，相比常规公共交通，城市轨道交通列车运行期间稳定性高，列车内部与车站均安装有空调以及通风设施，车站导向足够明确，设有自动售票设备为乘客提供便捷购票服务。因此，凭借良好的乘车与候车环境，城市轨道交通舒适性优于常规公共交通。

1.3 高交通运输能力

基于高密度运行的特性，城市轨道列车行车间隔短，且行车速度比汽车快、编组数多，具有较强的运输能力。据相关数据统计，在单向通行高峰时间段，郊区轨道列车可达到6 万～8 万人（次/h），地铁可达到3 万～6 万人（次/h），轻轨达到1 万～3 万人（次/h），远远超过城市公交[1]。

2 城市轨道交通工程施工质量要求

综上所述，城市轨道交通与常规交通相比有很多优势，目前已成为城市居民出行的重要交通工具。随着时代的发展，人们对城市轨道交通的稳定性、安全性提出了更高的要求，对城市轨道交通工程施工提出了更高的质量要求。首先，作为专属轨道交通模式，每天的城市轨道交通需要载客数十万，乃至数百万人次，因此要确保工程项目满足相关法律法规、文件对土建工程、设备安装工程的各项要求。其次，由于城市轨道交通关系到城市交通系统的正常运行，需要按时完成城市轨道交通项目的施工任务，确保项目按时投入运营，缓解城市发展对交通运输的需求量[2]。

3 城市轨道交通工程施工方法与工艺研究

3.1 项目概况

新兴路站是杭州地铁10 号线首期工程第13 站，位于港虹西路与逸盛路交汇处。新兴路站因制冷机房工程位于逸盛路西侧，距离新兴路站基坑界线约33m，基坑开挖深度15.15～15.79m，为一级基坑。新兴路站附近存在液氨制冷机房与液氨输送管路的交联结构，该构筑物为三级重大危险源，主体基坑最小净距为33m。项目施工期间，杭州地铁10 号线一期工程新兴路坑开挖，港虹西路常年有超载大车通行，导致周边道路出现沉降问题，制冷机房发生沉降。为确保施工安全，经过多种施工方案的选择对比，最终决定采用钢结构桥架顶升加固及微沉降控制工法。

3.2 钢结构桥架顶升加固及微沉降控制工法概述

3.2.1 施工方法特征

首先，钢结构桥架顶升加固及微沉降控制工法具有安全性能高的特点。钢结构桥架顶升加固及微沉降控制的工法是基于PLC 液压同步顶升系统实现液氨输送管线钢柱顶升回复，同时利用外部监测设施进行位移信号、液压系统油量控制信号的传输，运用终端的多组超薄型千斤顶实现平坦、安全顶升，对构筑物影响较小，具有较高的安全性能。在钢结构桥架顶升加固及微沉降控制工法中，应用的设备十分先进，施工进度快，顶升和降落的精度误差在±0.5mm 范围内，保证基坑开挖阶段构筑物的安全性。其次，钢结构桥架顶升加固及微沉降控制工法施工速度快，设备体积小，结构紧凑，操作简单，可保证快速安装，并及时控制构筑物沉降，及时开展沉降恢复。再次，钢结构桥架顶升加固及微沉降控制工法工作面高度清洁，施工阶段无多余废弃物和施工垃圾，且施工设备在运行阶段无噪声、振动，具有良好的环保性。最后，钢结构桥架顶升加固及微沉降控制工法可以实现构筑物高程动态控制。在开挖阶段，出现结构变形、降水等问题的可能性较大，防止基础再次沉降，因此顶升加固设备可以实现对微沉降的自动控制，对已经发生的沉降问题实现补偿，确保构筑物整体的安全性，实现动态安全监测。

3.2.2 施工原理

钢结构桥架顶升加固及微沉降控制工法的施工原理，是在集成PLC 信号处理系统、液压千斤顶、位移监测技术和桥架结构分析技术的基础上，开展配套技术开发。在桥梁结构分析和施工技术总结的基础上，以桥架沉降特性为依据，进行PLC 信号系统和液压系统设计，基于终端多组超薄型千斤顶实现平坦、安全的桥墩顶升。PLC 液压同步控制系统将压力传感器、多点位移检测装置信号，通过信号电缆传输到超高压泵站电控箱内。信号经放大器放大后，将顶升位移、负载吨位信息发送到可编程PLC 内。PLC 根据来自控制台的指令，启动液压泵马达，将液压泵驱动到工作状态。液压泵动力通过控制阀组输出到外接千斤顶，促进液压缸上下运动。与此同时，可编程控制器根据检测到的位移信息，与指令信号不断展开比较，快速修正误差值，改变逆变器的输出频率和电磁阀的接通断开，实现动力油源的连续调节和向外的千兆头供应，确保多点外部千斤顶实现上下运动同步。

3.3 施工方案和材料

3.3.1 施工方案

根据对新兴公路车站基坑开挖和超载出租车通行引起周边路面和构筑物沉降问题的分析，为确保施工的安全性，对制冷机房管道支架开展了顶升施工处理。根据机房8 根支撑柱的顶升加固需要，确保对后期桥架沉降问题实现有效控制。具体施工方案为：在1 根支撑钢柱的4 个侧面焊接牛腿构件，横向设置16mm 厚的加强筋板，对角设置φ25 拉杆，周围设4 台100t 千斤顶，实现钢柱支撑顶升，确认沉降稳定后，利用钢柱焊接形式、外部焊接钢板形式，开展加固施工。

3.3.2 机械设备与施工材料

针对新兴路车站机房，应用钢结构桥架顶升加固及微沉降工法，主要施工机械设备包括32 台100t千斤顶、4台交流电焊机、1台切割机、1只主配电箱、3只二级配电箱、10 只三级配电箱、400m 各种电缆线，2 台PLC 同步仪、1 台精密水准仪、1 台极光垂直仪、1 台电子经纬仪、20 台百分表以及32 台位移传感器。主要施工材料见表1。

表1 新兴路车站机房钢结构桥架顶升加固及微沉降控制施工材料

3.4 施工方法作业要点

3.4.1 设备设置

在升降机施工设备的安装阶段、布置顶升点阶段，应根据线荷载的分布情况和集中力位置进行布置。通常，在混合结构下，千斤顶间距应设置在1.0～1.5m，并沿墙分布。在荷载相对集中的情况下，安排施工单位使用较大的千斤顶承载工作荷载。在框架结构内，柱子周围主要集中布置千斤顶。

3.4.2 施工准备

在施工准备方面，第一步，安排施工单位采用经纬仪、水标仪测量现场实际情况，并根据轴线，对不同柱位需要上升的具体高度进行划分和计算。经计算，确认各阶段提升高度为3～5mm，并要求施工人员将数据显示在各柱上。第二步，以现场具体情况为依据，选择参照面，设置刻度尺，便于加固阶段读取，严格记录刻度尺初始记录数值。布置施工人员，准备足够的钢板垫等施工材料、工具，积极开展技术说明，确保施工人员充分了解其负责提升柱位的高度、实际操作要点。第三步，开展托盘系统和钢制牛腿的钢轧检验，确认钢制牛腿满足设计标准。及时清理各段伸缩缝内的杂物，对附属构件进行支撑、分离，完成千斤顶额定。第四步，设立顶升工程指挥部，安排施工人员开展应急演练，并根据项目实际情况布置监测点。

3.4.3 顶升前结构检查与设备调试

（1）安排施工单位实施顶升前的既有结构检查。在全面了解结构损伤等建筑物工程情况的基础上，通过梁板柱的实测，为顶升工程提供原始数据，并根据检测数据提出施工安全措施。具体检查内容包括建筑物的实际结构尺寸、楼面台套、裂缝检查、强度检查。

（2）开展设备安装调试。针对新兴路站制冷机房沉降问题，应用钢结构桥架顶升加固及微沉降控制工法，采用100t 螺旋液压千斤顶。在千斤顶安装阶段，要求施工单位保证千斤顶轴线垂直，避免千斤顶倾斜在顶升过程中产生水平分力。在配置千斤顶阶段，施工人员要求以设计图纸为依据，密切关注32 台千斤顶的配置，同时配置16 台手动千斤顶作为更换用。

（3）顶升作业。以顶升施工系统的工作状态、对称结果的校准为依据，开展5mm 高的顶升试验。完成顶升试验后，整理结构位移数据、桥架整体姿态数据，为后期正式顶升施工提供依据。

3.4.4 整体顶升与连接处理

在正式顶升操作阶段，施工单位需保证千斤顶的同步顶升，并保证支柱垫的稳定性，在累计顶升高度超过顶升阶段，及时展开千斤顶回位。在回位阶段，不能进行相邻的千斤顶同步回位，并且在返回作业前必须用楔块保护支柱垫。顶升至设计高度后，施工人员需立即对主要受力部位采用垫块或垫板进行支撑，并迅速展开结构连接处理。确认结构连接达到既定强度后，对千斤顶进行批拆除。与此同时，在施工作业阶段，施工单位应在各起重点设置分量尺度。在起重阶段，开展统一指挥，每次起重作业均采用水标仪、经纬仪开展观测，严格控制建筑物的倾斜情况。

在钢柱焊接阶段，采用不低于原柱要求的材料，顶升完成后，不可一次性拆除千斤顶，通常需要分2～3 次实现拆除，确保结构的整体性。

3.4.5 顶升反力体系设计

设计顶升反力体系阶段，要求施工单位充分考虑顶升施工阶段上部结构的水平、垂直荷载分布传递特性，同时满足强度、稳定性、刚度及局部抗压要求。在布置顶升反力体系阶段，提升底盘结构上表面，采用环氧结构胶进行平整，牛腿结构采用焊接连接形式，天花板底盘采用结构钢柱，在周围上下对称焊接牛腿结构，对应牛腿支撑方向焊接两层钢板构成底盘结构。使用肋板和φ25 拉杆形式加强牛腿横向连接，上下机架形成后，焊接固定4 台100t 千斤顶，形成千斤顶+钢柱共同受力体系，最后利用环切形式切割钢柱，将液氨管线推上设计位置。

3.4.6 临时支撑体系与限位器结构设计

在设计临时支撑体系阶段，第一，需要确保临时支撑体系满足刚度、强度和稳定性的要求，结构必须符合《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）的要求，钢结构和焊接部位必须符合《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）的要求。第二，为了避免顶升施工阶段临时支撑体系不稳定，要求施工单位在钢管支撑间设置水平支撑、夹持支撑，并以螺栓形式连接。其中螺栓等级要求＞8.8 级，螺栓直径16mm 以上，连接法兰表面要求平整度误差＜0.05mm。

3.5 质量管理要点

钢结构桥架顶升加固及微沉降控制工法质量管理要点如下：第一，顶升施工前，应严格开展设备检测，确保设备检测结果符合《立式油压千斤顶》（GB/T 27697—2011）的要求及《液压千斤顶》（JJG 621—2012）的要求。第二，加强顶升前焊接质量、底座结构检测，检测结果满足《钢结构工程施工质量验收标准》（GB 50205—2020）和《钢结构焊接规范》（GB 50661—2011）的要求。第三，钢柱结构应确保满足《钢结构工程施工质量验收标准》（GB 50205—2020）的要求。支撑脚的垂直度或倾斜允许偏差控制在0.3%×H 范围内，脚、柱的上表面高程控制在±2mm 误差以内，梁体的纵向、横向偏移分别控制在±3mm 和±1mm 误差以内。第四，施工完成后，开展焊缝外观、点焊渣、立焊接头检测，确定焊接质量符合技术规程。第五，城市轨道交通施工管理对象，主要为各分项工程，如电气施工、土木建设、设备安装等。为确保工程质量满足预期标准以及各项规范、标准的要求，施工单位应根据工作内容，合理配置施工人员与机具，且明确各施工岗位所承担的责任，以有效提升施工人员工作态度，保障施工质量。

4 结语

针对新兴路站路面和建筑物下沉问题，应用钢结构桥架顶升加固及微沉降控制工法，有效保证桥架基础安全，降低开挖风险，保证施工进度，同时在效益方面，与传统的贝雷梁托换法相比，应用钢结构桥架顶升加固及微沉降控制工法，实现了节约25 万元成本、20d 工期，施工中未发生安全事故，未发生环境污染事故。相关部门可将该研究成果作为参考依据，在企业施工阶段，有效提高钢结构桥架顶升加固及微沉降控制工法的应用水平，充分发挥工法优势，提高城市轨道交通工程施工质量。