裝配式地下結(jié)構(gòu)發(fā)展技術(shù)綜述

李冬，呂鳴鶴

裝配式地下結(jié)構(gòu)發(fā)展技術(shù)綜述

李冬，呂鳴鶴*

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心，湖北 武漢 430205）

裝配式建筑結(jié)構(gòu)以及施工流程在地上建筑中被廣泛應(yīng)用，其通過“搭積木”的方式使現(xiàn)場施工效率更加高效，也使建筑結(jié)構(gòu)件在質(zhì)量上更加可控。針對復(fù)雜的地下施工環(huán)境，提高合適預(yù)制件的施工效率顯得尤為重要，而更加合理的裝配式施工形式也是節(jié)能減排大環(huán)境下地下建筑建造的發(fā)展趨勢，從裝配式地下建筑的發(fā)源對該技術(shù)的發(fā)展進行了梳理。

地下；裝配式地下結(jié)構(gòu)；預(yù)制件；發(fā)展技術(shù)

1 引言

由于環(huán)保、綠色、高效的理念不斷在現(xiàn)代化施工中普及，建筑行業(yè)的模塊化搭建形式已然推廣，預(yù)制形式的建筑構(gòu)件已在地上建筑中大規(guī)模使用，其質(zhì)量可控、高效施工的優(yōu)點使裝配式施工形式得到各方施工者的青睞。而地下施工時往往面臨著各種施工條件的約束，施工更為困難，但如果合理有效地采用裝配式施工方式，必然會更好地體現(xiàn)出其高工程質(zhì)量、短施工周期的優(yōu)勢。因此本文對地下建筑建造的施工技術(shù)發(fā)展進行了分析。

2 地下裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展

建筑工業(yè)化是一個國家施工業(yè)發(fā)達程度的重要標(biāo)志，大多數(shù)西方國家在建筑工業(yè)化的道路上都進行了廣泛而深入的嘗試與研究。

自1891年巴黎Ed.Coigent公司在Biarritz的俱樂部建筑中首次使用預(yù)制混凝土梁以來，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)便開始在美國、西歐、日本等國家和地區(qū)開始頻繁使用，且構(gòu)件工廠化的生產(chǎn)模式不僅提高了構(gòu)件的質(zhì)量控制問題，同時在現(xiàn)場的規(guī)則有序化施工使施工速度大大提升，大幅度提高了整體工程的施工效率。因此大型的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用也逐漸從地上結(jié)構(gòu)延伸至地下結(jié)構(gòu)，并開始長足發(fā)展。

而地下管溝、管廊作為一個城市發(fā)展必要的地下建筑結(jié)構(gòu)，自19世紀(jì)歐洲開始興建后便成為裝配式地下結(jié)構(gòu)的發(fā)源地，不少歐洲國家基于管溝、管廊出臺了一系列相關(guān)規(guī)程，也促使了裝配式結(jié)構(gòu)在管溝、管廊的建造中開始針對性地廣泛應(yīng)用。

由于管溝、管廊的橫截面為規(guī)則化形狀，預(yù)制件的整體筑模與制作上并不會存在較大困難，技術(shù)人員只要在重量與強度上進行均衡與優(yōu)化，即可設(shè)計出較為理想的預(yù)制件形狀，因此管溝、管廊的裝配式地下結(jié)構(gòu)已經(jīng)較為成熟且應(yīng)用場景較多。

同時公路隧道、鐵路隧道的修建作為大型城市市政建設(shè)中必不可少的環(huán)節(jié)，其施工覆蓋量以及總里程數(shù)要遠遠超出管溝、管廊，因此更為復(fù)雜與完善的裝配式技術(shù)在公路、鐵路隧道修建中逐漸被學(xué)者們更加深入研究并且大規(guī)模使用。其中日本在仙臺市地下鐵道工程中，采用了預(yù)制箱型結(jié)構(gòu)，其整個結(jié)構(gòu)分成頂板、底板、側(cè)壁以及中柱等5個預(yù)制構(gòu)件，如圖1所示。

圖1 預(yù)制箱型結(jié)構(gòu)

在單獨預(yù)制后，獨立預(yù)制件被運輸至施工現(xiàn)場進行現(xiàn)場施工組裝，同時日本還在雙車道公路隧道中進行了單跨矩形裝配式結(jié)構(gòu)的試驗研究，并獲得了成功。中國在公路、鐵路隧道建設(shè)中多使用大型盾構(gòu)機，采用盾構(gòu)法進行環(huán)環(huán)推進的預(yù)制施工流程，如小型隧道直接采用預(yù)制管片構(gòu)造主體結(jié)構(gòu)，而大型隧道則在盾構(gòu)后的大空間內(nèi)仰拱采用預(yù)制構(gòu)件的建筑體系，配合側(cè)墻現(xiàn)澆混凝土以保證整個建筑的結(jié)構(gòu)強度。上述地下結(jié)構(gòu)多見于較為規(guī)則的截面形式，如圓形、矩形，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，多為小跨度模式，因此在預(yù)制件設(shè)計與裝配施工方面存在的困難較小。

而地鐵車站作為大型結(jié)構(gòu)，地下結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜，其施工難度更高，對裝配式施工的方法要求以及預(yù)制件的結(jié)構(gòu)合理性要求更為嚴(yán)苛。俄羅斯第一個地鐵雙層換乘樞紐奧林匹克站，其整體結(jié)構(gòu)為裝配式層間樓板單拱結(jié)構(gòu)。車站結(jié)構(gòu)上拱半徑為11.2 m，由12個厚0.7 m、寬0.5 m的鋼筋混凝土預(yù)制件組成，仰拱內(nèi)徑為15 m，由13個預(yù)制構(gòu)件組成，如圖2所示。

圖2 奧林匹克地鐵站（單位：mm）

圣彼得堡地鐵車站同樣也采用類似的單拱形式，但其采用礦山法施工，車站拱圈和仰拱均由混凝土砌塊組成，并支撐在兩個圓形支墩上。而明斯克地鐵站則采用明挖法建造了大跨坦拱裝配式結(jié)構(gòu)，其預(yù)制構(gòu)件之間采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土的方式連接。

明斯克地鐵站如圖3所示。

圖3 明斯克地鐵站（單位：mm）

目前國內(nèi)首例采用裝配式技術(shù)建成并投入使用的地鐵車站則是長春市地鐵2號線一期工程袁家店站，其先采用明挖法施工預(yù)留深基坑，而后將七塊大型管片形式預(yù)制件通過吊車進行拼接。

袁家店地鐵站如圖4所示。

圖4 袁家店地鐵站（單位：m）

由此可見，對于更為大型且綜合結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的地下建筑形式，需要高質(zhì)量的預(yù)制件設(shè)計以及高效率的施工工法給以支撐，只有這樣才能使裝配式施工的結(jié)構(gòu)工藝得以實現(xiàn)。

3 結(jié)語

預(yù)制裝配式建筑在全球風(fēng)靡，其相較于傳統(tǒng)施工具有更高的效率以及更有優(yōu)勢的成本控制力，但地下裝配式建筑仍未形成較為成熟的制造、施工體系，特別是針對大型地下空間結(jié)構(gòu)仍面臨著許多亟待解決的技術(shù)難點。如何基于預(yù)制件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化等做到節(jié)能減排、高效施工、成本控制三者的結(jié)合，如何基于現(xiàn)有的地下施工方法局限性實現(xiàn)預(yù)制件的合理運輸、裝配等，均是研究人員需要深入研究的。地下結(jié)構(gòu)不同于地上，其不僅僅要考慮受力、防水、抗震等問題，還需要兼顧構(gòu)件體積、施工難易，但若合理應(yīng)用則可獲得具體的經(jīng)濟效益。因此裝配式地下結(jié)構(gòu)必然朝著大型地下空間的施工方向發(fā)展，而大型地下結(jié)構(gòu)的裝配式構(gòu)件通用性、統(tǒng)一性帶來的施工簡易性是必然的發(fā)展趨勢，在推崇綠色環(huán)保、節(jié)能減排的大環(huán)境下，其必然具有大好前景。

［1］錢七虎.俄羅斯地鐵建設(shè)考察［J］.地下空間，2001（4）：241-253，337.

U231.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.061

2095－6835（2019）20－0136－02

李冬（1983—），男，河南鄭州人，碩士，助理研究員，專利審查員，主要從事制冷冰箱領(lǐng)域的專利審查。呂鳴鶴（1988—），男，湖北武漢人，碩士，助理研究員，專利審查員，主要從事建筑領(lǐng)域的專利審查。

＊對本文貢獻等同于第一作者

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕