預(yù)制裝配式地鐵車站施工技術(shù)研究

齊振宇

摘要：近年來(lái)，我國(guó)地鐵建設(shè)發(fā)展非常迅速，使我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)有了很大的改善和提高。隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市交通面臨越來(lái)越大的壓力。軌道交通作為一種快捷、準(zhǔn)時(shí)、運(yùn)量大及不產(chǎn)生污染的綠色交通運(yùn)輸方式，符合可持續(xù)發(fā)展的原則。國(guó)內(nèi)地鐵建設(shè)正處于蓬勃發(fā)展的新時(shí)期，規(guī)模不斷擴(kuò)大。但是，目前我國(guó)地鐵車站施工主要采用現(xiàn)場(chǎng)施工為主的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，這種生產(chǎn)方式工業(yè)化程度不高、設(shè)計(jì)建造較粗放、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、建設(shè)效率低、勞動(dòng)力需求量大、材料損耗和建筑垃圾量大、資源和能源消耗較大，不能滿足節(jié)能、環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展建設(shè)要求。

關(guān)鍵詞：預(yù)制裝配式地鐵車站;施工技術(shù)

我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展帶動(dòng)我國(guó)各行業(yè)發(fā)展迅速，其中道路交通行業(yè)的發(fā)展尤為迅速。當(dāng)前，大部分裝配式結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件的連接形式都是榫槽，以減少組合預(yù)制構(gòu)件所用時(shí)間，更快完成工程。注漿作業(yè)主要為填充預(yù)制構(gòu)件組合后的榫頭和榫槽之間的間隙，使預(yù)制構(gòu)件形成一體，且能夠防水。

1裝配式車站整體結(jié)構(gòu)

俄羅斯、日本、荷蘭、烏克蘭等國(guó)都先后將裝配式技術(shù)應(yīng)用于地鐵明挖回填隧道中。俄羅斯在裝配式車站結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用方面有較大成就，在圣彼得堡采用暗挖法修建了地鐵裝配式層間樓板單拱結(jié)構(gòu)換乘樞紐及單拱式裝配車站。白俄羅斯在明斯克采用明挖法修建了大型預(yù)制混凝土構(gòu)件的單拱裝配式車站。在國(guó)外還有一些采用矩形框架結(jié)構(gòu)形式的裝配式車站。我國(guó)的車站裝配式技術(shù)研究起步較晚，但也取得了一定進(jìn)展。某地鐵2號(hào)線雙豐站，為單拱雙層結(jié)構(gòu)，裝配段長(zhǎng)188m，采用大型預(yù)制混凝土構(gòu)件分塊，榫槽連接。結(jié)構(gòu)斷面采用拱形斷面，每環(huán)由7塊預(yù)制閉腔式空心構(gòu)件組成，其中底板3塊、邊墻2塊、頂板2塊，單塊最大重量55t，需要研發(fā)制造專門的吊裝設(shè)備。站廳層無(wú)柱，站臺(tái)層設(shè)計(jì)一排中柱與中板采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。口部采用預(yù)制洞口環(huán)梁的結(jié)構(gòu)形式。兩端盾構(gòu)始發(fā)及接收井采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。某2號(hào)線還有四個(gè)車站也采用裝配式技術(shù)施工，分別為西湖站、興隆堡站、西環(huán)城路站、建設(shè)廣場(chǎng)站。北京某站裝配式車站試驗(yàn)段，為雙層三跨矩形斷面，長(zhǎng)約27m，采用底板現(xiàn)澆+側(cè)墻預(yù)制+鋼管柱+疊合梁+疊合板的分塊模式，節(jié)點(diǎn)采用灌漿套筒連接和現(xiàn)澆混凝土連接方式。內(nèi)襯側(cè)墻采用整塊預(yù)制，通過(guò)灌漿套筒豎向連接，但是鋼筋套筒數(shù)量多難對(duì)準(zhǔn)，需要專門的側(cè)墻安裝設(shè)備。

2拼裝方式和合理步序

1.拼裝方式，預(yù)制裝配式地鐵站的拼裝形式主要有2種，即通縫式和錯(cuò)縫式。該車站在施工時(shí)主要使用的拼裝形式為通縫式，在開(kāi)展通縫式拼裝施工時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理底板構(gòu)件不同步的問(wèn)題，因此實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量工作的科學(xué)管理，從而合理地回避錯(cuò)臺(tái)問(wèn)題。對(duì)預(yù)制構(gòu)件的錯(cuò)峰情況和通縫情況進(jìn)行科學(xué)模擬，使其全部符合設(shè)計(jì)要求。2.拼裝施工，預(yù)制裝配式地鐵站施工時(shí)，拼裝預(yù)制構(gòu)件的順序主要有2種，分別是成環(huán)拼裝和梯次拼裝。施工時(shí)，使用成環(huán)拼裝對(duì)頂板和側(cè)墻進(jìn)行施工會(huì)導(dǎo)致互相干擾，梯次拼裝很好地解決了這一問(wèn)題，使頂板、側(cè)墻和底板實(shí)現(xiàn)了有效的獨(dú)立拼裝，而不會(huì)出現(xiàn)任何互相干擾，使臺(tái)階式流水作業(yè)得到有效實(shí)現(xiàn)，使拼裝的速度不斷提高。經(jīng)過(guò)科學(xué)對(duì)比，使用梯次式拼裝是預(yù)制構(gòu)件拼裝的最佳形式。

3榫槽注漿工具

以改性環(huán)氧樹(shù)脂作為榫槽和榫頭縫隙的注漿原料，使構(gòu)件形成一體，此種原料具有流動(dòng)性，與注漿作業(yè)所需的凝結(jié)時(shí)間和高度相吻合。但在施工時(shí)由于缺乏密封性，需等待80min才能凝結(jié)。此外，原料在榫槽的流動(dòng)阻力難以計(jì)算，因此若施工出現(xiàn)失誤，則難以挽救。結(jié)合以上原因，地鐵工程與專業(yè)的機(jī)電公司合作研制出適合本工程使用的注漿工具，此工具更加智能化，擁有電器控制系統(tǒng)且能自動(dòng)加料與攪拌，還有高壓泵出的功能，能在一定程度上改善環(huán)氧樹(shù)脂原料凝結(jié)過(guò)快而導(dǎo)致的不良問(wèn)題。

4預(yù)制和疊合構(gòu)件

在裝配式結(jié)構(gòu)中，建筑結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件可分為水平布置的構(gòu)件與豎向布置的構(gòu)件，水平布置的構(gòu)件包括梁、板等，豎向布置的構(gòu)件包括柱、剪力墻、支撐、筒體等。由不同的基本構(gòu)件可以形成各類建筑結(jié)構(gòu)體系，如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)等。調(diào)研了全國(guó)各地的裝配式結(jié)構(gòu)體系，如深圳市實(shí)施的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系主要由豎向現(xiàn)澆構(gòu)件、預(yù)制疊合梁板、預(yù)制外掛墻板構(gòu)成;上海市首先對(duì)住宅采用了裝配整體式混凝土體系結(jié)構(gòu)體系包括裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)、預(yù)制疊合混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)兩種;北京市準(zhǔn)備采用的是裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)體系有裝配式鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)、圓孔板剪力墻結(jié)構(gòu)、裝配式型鋼剪力墻結(jié)構(gòu)三種。對(duì)預(yù)制和疊合構(gòu)件而言，拼縫的連接設(shè)計(jì)方案是重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，研究了預(yù)制板構(gòu)件的板縫節(jié)點(diǎn)在拉剪復(fù)合作用下的受力性能，對(duì)板縫節(jié)點(diǎn)的承載能力、裂縫模式、破壞形態(tài)、位移延性和應(yīng)變規(guī)律等進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。

5裝配式結(jié)構(gòu)抗震性能

國(guó)內(nèi)外鮮有關(guān)于裝配式地鐵車站在地震作用下的反應(yīng)分析研究，大部分的抗震分析研究都是針對(duì)地上結(jié)構(gòu)。有學(xué)者對(duì)采用灌漿套筒連接的裝配式結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行了研究，獲取灌漿套筒連接節(jié)點(diǎn)的抗震破壞模式。以北京金安橋站為背景，研究套筒連接的裝配式地鐵車站的三維抗震性能，認(rèn)為地下結(jié)構(gòu)的水平向抗震能力主要由側(cè)墻承擔(dān)，豎直向抗震能力主要由柱和樓板承擔(dān)。金安橋站裝配式結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，抗震性能有一定程度降低。在水平方向，裝配式結(jié)構(gòu)較現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)加速度峰值時(shí)刻的層間位移角增加約為10%～15%;在豎直方向，破壞比在峰值時(shí)刻裝配式結(jié)構(gòu)較現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)大，上層增大約為5%～10%，下層增大約為20%～30%。

6存在問(wèn)題與展望

（1）目前已實(shí)現(xiàn)的裝配式車站存在構(gòu)件重量大，吊裝需要專門的機(jī)械設(shè)備，車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用錨索體系，但城市地下空間開(kāi)發(fā)會(huì)限制錨索使用。因此，需要探索更多裝配式車站結(jié)構(gòu)形式，其中整體結(jié)構(gòu)劃分、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、拼裝施工工藝、抗震與防水是研究的重點(diǎn)。（2）地鐵車站由于結(jié)構(gòu)尺寸較大，鋼筋數(shù)量也較多，相對(duì)于地面裝配式建筑，構(gòu)件制作、運(yùn)輸與安裝困難較大，需對(duì)構(gòu)件劃分與重量進(jìn)行優(yōu)化研究。同時(shí)應(yīng)研究專門吊裝設(shè)備及輔助定位設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化施工。（3）常用預(yù)制構(gòu)件的連接方式中，套筒灌漿密實(shí)度不易檢測(cè)、質(zhì)量難保證，且地鐵結(jié)構(gòu)鋼筋數(shù)量較多，鋼筋與套筒對(duì)準(zhǔn)困難。（4）裝配式車站結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算時(shí)，由于連接節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能并不完全一致，部分節(jié)點(diǎn)存在剛度與強(qiáng)度的削弱。

7結(jié)語(yǔ)

目前裝配式地鐵車站仍處于發(fā)展階段，應(yīng)充分借鑒已有的裝配式建筑研究成果，并結(jié)合地下結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，開(kāi)展系統(tǒng)的研究與試驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)軌道交通的裝配化、標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)支持。

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（作者單位：中鐵四局集團(tuán)有限公司）