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1、地铁竖井装配式内支撑体系施工工法1.前言现有地铁竖井工艺中，控制围护结构变形主要采用钢筋混凝土支撑体系或钢支撑体系进行。钢支撑体系虽然具有安装拆除便捷、施工效率高和重复多次利用等优势，但因其轴力较小、刚度较小、易失稳等缺点较少应用于地铁竖井类对基坑变形要求严格的工程中。采用钢筋混凝土支撑能有效地弥补钢支撑的不足，但钢筋混凝土支撑体系由于自身材料特性，开挖到支撑完毕所需时间较长，无法做到随挖随撑，通常从施工到形成强度一般需要10天以上的时间，导致竖井开挖所需工期较长。针对目前苏铁竖井支护工艺中存在的相关问题，有限公司，结合轨道交通18线工程特点，联合设计提出了一套“地铁竖井装配式内支撑施工技术”
2、。该套技术融合了装配式施工技术与BlM模拟深化技术，将传统竖井内支撑现浇混凝土结构分块预制成型后运输至现场装配安装，节点处施加预应力、浇筑高强灌浆料进行连接，同时采取上拉下托辅助措施，实现竖井内支撑快速成型，达到节约工期、绿色施工等目标，有效解决了现阶段地铁竖井开挖施工工期较长的问题。该项技术现已推广应用至成都轨道交通19号线工程中，应用效果优异。2 .工法特点2.0.1施工效率高本工法相较于现有地铁竖井钢筋混凝土支撑体系现浇工艺，通过提前将竖井内支撑混凝土结构预制成型后运输至现场装配安装，避免了现浇工艺中需要等待混凝土强度达标的过程，大幅提升施工效率，工期得到有效提前。2.0.2施工质量好、
3、精度高基于BlM技术进行深化设计、腰梁分块、编号以及施工模拟，有效规避了施工过程中可能出现的质量问题；同时通过在节点连接处施加预应力、浇筑高强灌浆料将不同模块连接成整体，安装过程中采取上拉下托等辅助措施，多措施保障施工安装精度，大幅提高了施工质量。2.0.3绿色环保相较于现有竖井内支撑支护体系现浇工艺，本工法除节点连接处加强现浇外,其余全为预制装配式结构，大量减少现场湿作业，避免混凝土湿作业带来的环境污染，整套工艺符合现阶段绿色施工理念。3 .适用范围本工法主要适用于开挖深度215m的混凝土结构竖井内支撑快速支护施工。4 .工艺原理地铁竖井装配式内支撑施工工艺主要是通过对传统现浇工艺的革新，结
4、合现阶段国家大力推行的装配式施工技术，同时基于BlM模拟深化技术，实现地铁竖井混凝土内支撑预制装配化施工。首先结合设计图纸利用BlM技术对竖井内支撑结构进行深化拆分，拆分时以尽量减少节点连接数量以及构件便于运输安装为原则，整环支撑结构拆分为8个预制块，共涉及10个节点的现场加强连接。根据BIM导出的深化图纸,，预制厂进行分块预制，预制过程中需要进行连接钢板以及钢筋接驳器预埋，便于后续腰梁节点处连接固定以及预应力施加。制作好的成品预制块进行编号后运输至现场等待安装，现场开挖一层安装一层，安装前需要提前在竖井底部沿内支撑结构竖向投影位置浇筑一层3cm厚度的混凝土垫层，便于后续预制块移动就位。预制块
5、现场安装时先安装4个角点,后安装腰梁位置。全部吊装就位后进行节点间钢筋连接并进行预应力施加，全部节点连接完成后支模进行混凝土浇筑，节点处混凝土采用比预制块高一个标号以上的混凝土进行灌注。节点混凝土强度形成前采用上拉下托的方式对结构进行预加固，腰梁上部采用花篮螺栓连接拉结固定，下部采用工字钢焊接制作的三角托架支撑。1.预制块混凝土结构2.工字钢3.连接钢板4.钢筋接驳器5.钢筋连接节点6.连接钢筋图4T预制块节点连接示意图图4-2竖井混凝土内支撑预制块结构三维示意图1.连接钢筋2.工字钢3.预留张拉孔图4-3预制块剖面示意图5.工艺流程及操作要点5.1工艺流程主要施工工艺流程如下图5.1-1所示
6、：图5.1-1施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1BIM深化设计查阅竖井混凝土内支撑结构设计图纸，结合竖井内部净空尺寸设计要求以及分块后构件自重情况，采用BlM技术对整环内支撑结构进行深化拆分设计，单层支护体系共计拆分为8个预制块，分别为角点处4段三角预制块及竖井长边两侧4段腰梁预制块，其中涉及10个节点的现场连接。结构深化分块完成后，导出BlM深化后的图纸，预制加工厂根据深化图纸开始分块预制，预制过程中针对预制块节点连接处需要进行20mm厚Q235钢板和钢筋接驳器预埋。预制完成后根据图纸将每层内支撑的8个预制块进行编号，便于后续快速精准吊装施工。5.2.2 竖井基础开挖整平竖井基础采用破碎
7、机配合反铲挖掘机进行基槽成型开挖，首层基础开挖至混凝土内支撑结构底标高位置，接着人工配合挖机进行整平处理，整平处理完成后基面标高比内支撑结构底标高低3cm。接着在竖井底部沿内支撑结构竖向投影位置浇筑一层3cm厚度的C15混凝土垫层，垫层浇筑时需要测量人员配合检测仪器控制整体标高。浇筑垫层主要是便于后续预制块基于工业搬运坦克车快速移动就位，同时好控制安装就位后的预制块水平度，保证后续节点间钢筋精准对位连接。5.2.3 竖井内支撑预制块运输安装竖井内支撑预制块在竖井基础开挖施工前开始预制，待竖井基础开挖整平及混凝土垫层浇筑时将预制块运输至现场等待安装，两道工序同步进行，大幅提高现场竖井开挖施工效率
8、。分块后的预制块构件采用平板运输车运输至现场，因4个角点处的构件自重约为13t,腰梁处分块构件自重约为8t,经验算后现场采用25t汽车吊配合工业搬运坦克将预制块构件一次性吊装横移到位。吊装时按照下图5.2.3标注顺序进行，待全部构件下放定位完成后，开始节点连接施工。图5.2.3-1预制块吊装下放顺序示意图图5.2.3-2预制块现场安装5.2.4 节点连接及预应力施加1 .节点连接：内支撑预制块在制作时已经在节点连接处预埋了20mm厚Q235钢板和钢筋接驳器，相邻两个连接端的预埋钢板之间通过工字钢焊接连接，工字钢选用4根20a；相邻两个连接端的预埋钢筋接驳器之间通过搭接主筋相连，搭接主筋采用与预
9、制块混凝土钢筋型号相同的32,搭接钢筋通过双面焊接固定，焊接长度不小于5d。2 .预应力施加：预应力施加前首先将靠坑壁侧钢筋焊接连接固定，同时将预埋工字钢焊接固定好。构件间初步固定完成后，将预应力钢筋穿入孔道，用锚具将预应力钢筋锚固在构件的端部，在构件另一端用液压千斤顶张拉预应力钢筋，张拉至规定的张拉控制应力值时，将张拉端的预应力钢筋锚固，在构件孔道中压力灌入填充材料（如水泥砂浆），使预应力钢筋与构件形成整体。图5.2.4-1腰梁节点安装、施加预应力3 .2.5节点混凝土浇筑预应力张拉及孔道灌浆完成后，将预制块节点处剩余钢筋连接，随后开始模板支设，模板采用常规木模板。为确保节点连接质量，节点处
10、现浇混凝土标号需要比预制块高一个标号及以上，浇筑振捣时严格按照快插慢振原则，确保节点处混凝土振捣密实。现场节点处混凝土浇筑完成达可拆模板时，先拆除各节点处模板结构，模板拆除完成后在预制构件与竖井内壁间灌注混凝土填实，增强预制块结构与竖井内壁的咬合作用，同时为确保混凝土内支撑体系稳定，现场还采用上拉下托的措施对其进行二次加固，腰梁上部采用花篮螺栓拉结固定，下部采用工字钢拼焊的三角托架支撑。为确保.接节点处混凝土强度满足要求，针对该处混凝土现场浇筑完成后需要及时采用塑料薄膜围裹进行持续性洒水养护，保证整体结构安全。5.3劳动力组织表5.3-1劳动力组织表序号工种人数1机械操作手/信号工4人2钢筋工
11、4人3混凝土工/模板工6人4现场管理人员2人6 .材料与设备6.1 材料主要施工材料如下表6-1所示：表6-1主要施工材料汇总表序号材料牌号/规格单位用途1混凝土C40m3内支撑构件预制2钢筋32t混凝土内支撑主筋3钢筋接驳器/个节点处钢筋连接4钢板20mm厚度Q235t节点处连接钢板5木模板/m2节点处连接处模板6花篮螺栓/个上拉混凝土内支撑7三角托架5mm50mmt混凝土内支撑下托构件6.2设备主要施工设备如下表6-2所示:表6-2主要施工设备汇总表序号设备名称规格、型号单位用途1汽车吊25t辆预制内支撑构件吊装2平板运输车/辆预制内支撑构件运输3液压千斤顶YDC220台预制内支撑构件节点
12、预应力施加4全站仪瑞士JN2-R台测量放样5水准仪瑞士N28台测量放样6工业搬运坦克车/辆预制内支撑构件运输7 .质量控制7.1 质量控制标准7.1.1 城市轨道交通工程监测技术规范(GB50911-2013)7.1.2 钢筋焊接及验收规程(JGJ18-2012)7.1.3 混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204-2015)7.1.4 地下铁道工程施工质量验收标准(GB/T50299-2018)7.1.5 城市轨道交通工程测量规范GB/T50308-20177.2 质量控制措施7.2.1 为确保分块构件尺寸规格满足设计要求，采用BlM技术对构件进行深化拆分，预制加工厂根据深化后的图纸进
13、行预制，确保成品精度。7.2.2 基础开挖过程中采用激光垂直仪、全站仪、水准仪配合对开挖竖井进行测量、监测，控制轴线偏差不大于5mm。7.2.3 为确保分块构件连接节点稳固，采用节点处预埋钢板基于工字钢连接以及基于钢筋连接套筒采用钢筋连接，同时节点连接处浇筑的混凝土比预制构件至少高一个标号，可以很好的确保节点连接质量。7.2.4 现场为保证结构整体的稳定性，采用上拉下托的方式，在腰梁上部采用花篮螺栓拉结固定，下部采用工字钢拼焊的三角托架支撑。8 .安全措施8.0.1制定专项安全施工交底书，并针对全体施工作业人员进行安全技术交底，确保每一位现场作业人员悉知。8.0.2施工现场须沿施工竖井四周设置
14、1.2m高度的围栏，同时施工竖井四周要悬挂危险警示牌以及闪光灯。8.0.3现场机械操作人员需持证上岗、作业人员需要按规定要求佩戴防护装备，全体作业人员每日岗前需参加安全教育，不可缺席。8.0.4现场吊装设备施工作业需在专业安全管理人员的监督下操作，确保各项操作符合安全施工要求，禁止规章、违规作业。8.0.5现场临时用电线路布设需安排专业电工进行操作，非专业人员不得擅自操作。同时现场临时用电设备需按照“一机、一闸、一保护”要求布设，严格出现一机控制多台设备的情况出现。8.0.6现场预制构件吊装时需安排专业信号工与起吊操作手沟通，同时施工吊装期间非必要人员禁止进入起吊范围内。9 .环保措施9.0.
15、1现场施工道路采用200mm厚C20混凝土进行硬化处理，同时配置喷淋洒水装置进行实时降尘处理。9.0.2基坑周围实行全封闭围挡围护，减少施工中粉尘扩散以及噪声污染。9.0.3针对现场混凝土浇筑过程中、钢筋施工过程中产生的废弃物进行集中收集、转运至指定堆放点处理。9.0.4在现场设置汽车冲洗池，出场车辆需冲洗干净，避免车辆对市政道路造成污染；同时土方运输车辆禁止超载、超高运输，避免土方运输过程中出现洒落，污染市政道路。9.0.5施工废水不得随意排放至市政管沟，需经现场沉淀池沉淀处理后，将沉淀污染物集中运输至指定地点处理，污水处理符合标准后方可正常排放。90.6机械设备需要定期维护，避免突发性故障
16、导致的噪声污染。9.0.7尽量避免夜间施工，如需夜间施工禁止使用噪声超标设备作业。10 .效益分析10.0.1经济效益传统地铁竖井混凝土内支撑现浇工艺，施工一层内支撑结构需要7天时间，施工完成需养护28天待混凝土强度达到设计要求的95%以上后方可进行下道工序施工，累计每层施工需要35天。应用本工法进行施工时，竖井混凝土内支撑构件采用基于BlM深化设计，采用提前预制、现场装配安装的方式，施工一层内支撑结构仅需4-5天时间，施工效率提升超7倍。本工程盾构始发竖井涉及5层混凝土内支撑结构施工，现结合两种不同工艺间涉及的人工、材料、设备以及工期进行综合分析如下：表10-1经济效益分析表序号项目本工法现
17、浇工艺节约1工期25天175天150天2预制及运吊投入费用2.4万兀/层/-2.4万兀/层3现浇投入费用1.4万元/层3.2万兀/层1.8万元/层4工期提前节约的人工费用、管理费用/约65万元合计5(1.8-2.4)+65=62万元10.0.2社会效益本工法相较于现有地铁竖井混凝土内支撑现浇工艺，构件采用预制厂集中生产的形式，后通过运输设备运输至现场直接吊装，施工效率提升显著；同时采用预制生产安装工艺，直接减少了大量的混凝土湿作业，直接带来的好处就是减少对环境的污染以及施工成本的减少。总体而言本套工法很好的解决了目前地铁竖井开挖施工工期长的问题，达到了节约工期、绿色施工的目标，值得推广应用于类似工程施工。
