模块化施工在北京高架地铁中的应用研究

徐晓峰　徐俊峰

(1. 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院　北京　100083；2. 北京工业职业技术学院建筑与测绘工程学院　北京　100042；3. 北京轨道交通建设管理有限公司　北京　100037)



模块化施工在北京高架地铁中的应用研究

徐晓峰1,2徐俊峰3

(1. 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083；2. 北京工业职业技术学院建筑与测绘工程学院北京100042；3. 北京轨道交通建设管理有限公司北京100037)

摘要结合北京燕房线04标地铁模块化施工，总结传统墩柱施工的不足之处，详细介绍墩柱钢筋模块化施工的优势及其关键技术环节：墩柱钢筋笼的模块化加工、运输、吊装加固、墩柱合模、混凝土养护。通过模块化施工，使单个墩柱钢筋笼在现场的施工工期缩短至3 d，综合费用节约16.7%，实现了经济、进度、社会效益的提高。工程实践表明，模块化施工能够有效缩短工期，降低工程成本，提高工程质量，是今后建筑施工工业化的发展方向之一。

关键词城市轨道交通；模块化施工；墩柱；高架地铁

随着国内轨道交通建设的发展，各主要城市高架地铁所占的比重均高于30%，在郊区线地铁甚至可以达到50%左右[1]。与传统的地铁施工相比，模块化是一种先进的施工理念，其优势在于可以通过减少现场的施工作业来缩短高架地铁的建设工期[2-4]。采用模块化后，大量施工工序在加工厂完成，可提高施工安全性，保证施工质量，节约施工工期，同时可以节省工程费用。然而，模块化在提高了施工效率的同时，也增加了施工难度，如墩台钢筋等大型模块化在加工、运输和吊装等环节都有较大的风险和挑战。因此，如何有效组织和规划高架地铁的模块化工作，已经成为工程相关各方研究的重点[5]。

1工程概况

北京地铁燕房线，为北京地铁房山线的西延线，工程于2013年底开工，计划于2016年底建成通车。其中燕房线04标段总长4 440.802 m，车站和区间均采用高架敷设，合同总造价为3.768亿元。施工范围为大紫草坞站—阎村北站区间、阎村北站、阎村北站后区间及出入段线区间、房山线预留西延段高架区间，起讫里程为：K12+137.943～K15+090.996(含车站118 m)、SK0+000～SK1+605.749(含车站118 m)，各区间下部各类墩柱共计169根，墩柱均采用模块化施工。

燕房线04标高架区间桥墩下部结构的墩柱主要采用“玉兰花”造型(Y型)桥墩，个别墩柱采用圆墩，区间墩柱主要有A、B、C 3类，结构类型统计见表1。区间钢筋骨架最重的墩柱为DY-33，墩高15.5 m，骨架总重22.696 t。

表1　墩柱类型统计[6]

2传统工艺的不足

传统的墩柱工程一般的施工流程是：绑扎承台钢筋时预埋墩身主筋，待浇筑的承台下部混凝土强度达到设计强度的70%以上，足以承受上部拟浇筑的混凝土荷载及其他施工荷载时，再继续进行墩身钢筋下料，绑扎墩身钢筋劲性骨架并加固，逐根接长竖筋，绑扎水平筋，安装墩身模板，拆除劲性骨架，分节浇筑墩身混凝土，最后拆模、混凝土养护。如此，完成整个墩柱的浇注。

传统的墩柱施工工艺存在的不足是：1) 绑扎钢筋之前需安装劲性骨架，钢筋绑扎完成后还需要拆除劲性骨架，耗费工期和人工；2) 钢筋在绑扎过程中，竖筋垂直度和保护层质量控制难度较大，绑扎速度慢；3) 现场吊装作业量大，施工安全面临较大风险[7]。

3模块化施工工艺流程

根据现场考察，结合燕房线04标地铁工程特点，确定墩柱的施工流程为：承台定位放线→承台钢筋绑扎→墩柱钢筋加工一体成型→墩柱钢筋定位放线→墩柱钢筋整体吊装并加固→承台浇筑并凿毛→模板定位放线→墩柱加固(墩柱采用桁架式人行通道)→立模并浇筑墩柱混凝土(12 m以下采用一次性浇筑)→凿毛并第二次浇筑混凝土(12 m以上)→拆模→成型养护。

4模块化施工关键技术

4.1钢筋模块化加工

图1　钢筋笼加工

钢筋工厂设置集中钢筋加工棚，内部配置数控切断机、数控弯曲机、直螺纹套丝机等。钢筋经原材料检查合格后，在钢筋加工棚内集中切断、焊接、弯制成形，然后在工厂钢筋绑扎地面胎具上完成整体绑扎。对于钢筋量较大的单个构件，采用整体加工后预拼装，拆分运输，现场再进行拼装。

为减少吊装运输过程中钢筋骨架可能产生的变形，每隔3 m在墩柱内加设同主筋同型号钢筋十字交叉，并焊接至墩柱主筋。对于墩高大于12 m的墩柱钢筋采用正丝直螺纹套筒机械连接，将其各项加工及绑扎指标严格控制于允许偏差之内，精准控制钢筋骨架的结构尺寸，通过胎膜上设置的各个预埋件模具做到钢筋避让。因此可以保证钢筋骨架在起吊时的整体性，避免因骨架变形造成保护层偏大或偏小，有效减少钢筋工程量，同时提高后续模板工程的工作效率。

4.2钢筋笼的运输

采用平板车直接运输至现场，平板车上设置钢筋临时台座，以保证钢筋笼在运输过程中的稳固。

4.3钢筋笼的吊装与固定

以C1型墩柱为例，墩柱钢筋笼顶部每角4根主筋与吊具工字钢焊接牢靠，吊具用I12b焊条焊接加工，每个吊具设6个吊点，用直径20 mm的钢丝绳起吊，详见图2。

图2　墩柱钢筋笼安装加固[8]

用2台80 t汽车吊将墩台钢筋笼整体插入至承台钢筋内，并在底下加固牢固，当墩柱钢筋笼≤12 m时，采用一次性吊装工艺，将钢筋笼整体插入承台钢筋内，详见图3。

钢筋笼用Φ20缆风绳拉住立面，设置3道，侧面设置2道，共10道。缆风绳锚固采用1 m×1 m×2 m混凝土预制块(每块5.2 t)与缆风绳成60°夹角放置于原地面，预制块挂钩与缆风绳连接,详见图4。

4.4墩柱合模

墩身模板采用模数化设计，由专业工厂制作，每节高2 m，面板厚6 mm。背楞采用16号槽钢进行加固，模板四周采用直径25 mm的对拉螺栓进行固定。

图3　钢筋笼吊装

图4　缆风绳与地锚的固定

墩身模板柱形段在地面上分节拼装成型，拼缝内夹定型橡胶条密封，拼装后用腻子拼密批平；墩柱曲线段模板和横梁应分块吊拼。模板预拼检查合格后分节、分块运至施工现场安装。

图5　墩柱合模

成型后模板用吊车配合安装，控制线控制水平位置，垂直度用经纬仪控制，并用钢丝绳为攀线，在墩身四周，一端固定于模板骨架上，一端固定于地锚，通过手拉葫芦调整模板至垂直，地锚坚固稳定。同时在承台内预埋钢筋，以用作固定墩柱模板，防止模板底部产生位移，详见图5。

4.5墩柱整体浇筑

确认全部钢筋及预埋件都已施工完毕后，浇筑承台混凝土，承台施工完成后，进行人工凿毛，并冲洗干净，要求凿除后的承台与墩柱接触面平整、干净，无松散，以石子外漏1/2为宜。浇筑时在墩身整个平截面内对称水平分层进行，浇筑层厚控制在30 cm以内，同时要注意纠正预埋铁件的偏差，保证混凝土密实、表面光滑整齐，无垫块痕迹。混凝土浇至支座垫石顶面时需要注意抹平压实，特别注意锚栓孔的预留。终凝后开始洒水养护，墩身表面盖无纺布以保持湿润。拆模后采用塑料薄膜包裹，养护期内向薄膜内喷水，保持其湿度。当气温偏低时采用草帘包裹，内外加塑料薄膜。养生期不少于7 d，洒水次数以混凝土表面润湿为宜[9]。

5应用效果

5.1经济效益

根据相关测算，工厂化的作业效率是现场施工方式效率的近2倍[10]，通过对模块化预制和近似工程现场施工的人工耗用进行对比，仅YZ-34柱钢筋笼(13.683 t)加工这一工序便节约了54.7个综合工日。另外，墩柱施工方案比选阶段的经济分析表明，采用模块化施工相对于传统工艺施工，工程综合费用节约了16.7%。燕房线04标墩柱采用的模块化施工，相对于传统施工工艺更加有利于质量控制与验收，提高了工效和机械使用率，减少了原材料的浪费，降低了施工成本，实现了良好的经济效益。

5.2进度效益

通过模块化施工的应用，墩柱钢筋加工和现场承台得以平行施工，可有效实现工序转化，提高墩柱施工的连续性和均衡性。以C1型墩柱为例，采用钢筋笼加工厂加工一体成型，节约了传统工程施工中搭设、拆除支架操作平台的工作量，将需在工地现场的施工工期从21 d缩短到3 d，工期缩短了18 d，为项目如期完工提供了保障，具有显著的进度效益。

5.3社会效益

燕房线高架地铁施工采用的模块化施工技术在北京地区尚属首例，在国内地铁施工中也属少有。模块化施工技术的成功应用得到了业主、监理单位的一致好评，同时吸引了众多同行前来学习，为企业赢得了荣誉，体现了较好的社会效益。

6结语

燕房线04标采用模块化施工技术，实现了对施工技术的优化，避免了传统施工方法的缺陷，技术上先进、可靠、适用，经济上能合理节约，提高了施工效率，并保证施工安全、施工质量，克服了工期紧张等难题。在工程中应用模块化施工技术产生的经济、工期和社会效益对于高架地铁的施工具有积极的指导意义，取得的成果值得推广和广泛应用。

参考文献

[1] 陈轶鹏，李文会，白苹.轨道交通高架桥梁发展方向探讨[J].都市快轨交通，2013，26(4)：20-23.

[2] 李伟，陈光.模块化施工在冶金建设中的应用思考[J].施工技术，2014(43):690-693.

[3] 李海荣，黄修振.模块化施工在工程实践中的应用[J].今日南国，2009(5)：223-224.

[4] 余庆军，潘思明，常亚楠.浅谈工程建设模块化施工[J].中国高新技术企业，2010(18)：129-131.

[5] 许立新，唐兵传.大型高炉短期化大修模块化施工[J].施工技术，2009(38)：298-303.

[6] 中铁上海工程局集团有限公司，北京轨道交通燕房线工程土建施工04合同段实施性施工组织设计[G].北京:2014：2-4.

[7] 杨永文，青岛海湾大桥非航道桥现浇墩身钢筋笼整体安装工艺[J].施工技术，2011(40)：5-7.

[8] 中铁上海工程局集团有限公司，北京地铁轨道交通燕房线(主线04标)工程墩柱模块化施工安装加固图[G].

北京，2014.

[9] 中华人民共和国交通部.公路桥涵施工技术规范：JTG/TF 50—2011[S].北京：人民交通出版社，2011：72-74.

[10] 唐元宁，蔡俊俊，周芳汀.高速铁路工程建设模块化技术应用研究[J].铁道标准设计，2013(9)：121-124.

(编辑：郝京红)

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

作者简介:徐晓峰，女，副教授，博士研究生，从事建筑工程理论与相关技术的研究与教学工作，xuxiaofeng99@163.com

中图分类号U231.1

文献标志码A

文章编号1672-6073(2016)03-0065-04