大斷面地下有軌電車裝配式結構型式研究

朱智勇

(山東匯通建設集團有限公司，山東 濟南 250000)

1 引 言

我國建筑全過程碳排放總量占全國碳排放的比重約50%，在碳達峰、碳中和戰略指引下，綠色建筑是建筑行業的重點發展趨勢。裝配式建筑能夠在工廠生產，施工速度較快，質量高，可減小原材料浪費，降低碳排放量，被廣泛推廣。裝配式建筑比現澆結構在施工質量、效率、經濟性等方面更具優勢，同時施工中對環境影響小，也更有利于操作人員身體健康。隨著裝配式建筑研究的深化，大量地下工程也采用了裝配式施工，例如盾構隧道、裝配式地下車站、綜合管廊等，地下工程裝配式施工正逐步成為地下工程的重要發展趨勢[1]。地下工程面臨復雜的水文地質環境，結構的耐久性、抗滲性要求高，且施工場地受限，大型設備使用難度大，這就造成了地下裝配式結構施工難度大于地上裝配式結構[2]。

地下交通結構往往里程較長、斷面較大，受預制構件尺寸及施工工藝影響，裝配式地下交通工程施工必然會存在大量接縫，極大的削弱了地下結構整體性與防水性能[3]。采用較少的分塊型式可以提升結構的整體性及防水能力，但會造成裝配式構件體積過大，預制、拼裝等難度大、成型差等問題。對此，有必要開展大斷面地下交通結構型式的研究，為地下結構裝配式施工提供借鑒。

2 裝配式地下結構型式

2.1 全預制結構

裝配式地下結構型式按照構件的預制程度可分為全預制結構和預制-現澆疊合結構兩類。全預制結構全部預制構件在工廠內生產完成，隨后運輸至現場通過拼裝形成完成結構，構件安裝時不再澆筑混凝土。全預制結構預制化程度高、施工速度快、施工質量可控。對于全預制結構，其結構斷面可整體預制，也可采用分塊預制最后拼裝。整體預制結構就是將地下結構在縱向上進行分段，每一段一次預制成型，在施工現場通過承插口或預應力筋的形式縱向連接。整體預制的節段無橫向接縫，整體性及防水性好，但預制節段自重較大，運輸與吊裝難度大，通常適用于較小斷面的地下工程，例如地下綜合管廊。整體預制構件多為單艙和雙艙，少部分為三艙，甚至是多艙。2010年上海世博會園區綜合管廊示范段長約200 m，管節采用單艙截面，管節的長度為2 m。結構的分塊預制就是將結構分成幾個小塊分別預制，盾構隧道管片結構就是采用了分塊預制，結構分塊運至施工場地先拼裝成為一個整環，隨后在環與環之間連接最終形成整體結構。分塊預制結構接縫較多，本身具有一定的柔性，結構整體性相對較低，接頭處一旦施工不當會出現張開、錯臺，防水性能下降[4]。接頭是分塊預制結構設計的關鍵部位，目前常用的接頭連接形式有螺栓連接、承插式連接等，地下結構設計時應根據實際情況進行接頭選型。結構的分塊數量也對結構使用性能具有重要影響，分塊過多，結構的整體剛度下降，整體性降低，過多的接縫也不利于管片防水。分塊較少必然會造成結構重量過大，施工中預制、拼裝等難度大、成型差。結構分塊設計時要結合受力與施工便捷性綜合確定。目前盾構法建造的隧道多采用分塊預制結構，結構分塊型式根據斷面的大小差距較大。長春地鐵2#線共建成5座預制裝配地鐵車站，車站主體為單拱雙層馬蹄形結構，結構總寬20.5 m、總高17.45 m，結構由7個預制塊組成，每環長度2 m。長春地鐵預制車站全預制而成，避免了基坑內部主體結構的現澆。預制結構多個塊體之間以及相鄰環之間采用了“榫槽注漿式接頭”連接，同時為了保障結構的防水能行，在接頭部位布置了多道防水構件，整個車站外部除頂部外沒有再設置外部防水層。

2.2 全預制結構

預制-現澆疊合結構也是裝配式地下結構常采用的結構型式，預制-現澆疊合結構由預制結構與現澆結構通過一定的連接組合在一起，形成整體的地下結構。例如疊合板式拼裝綜合管廊，該型式將側壁、頂板和底板進行分塊，頂板一般采用疊合樓板構造，底板則一般采用整體現澆或疊合構造，各預制分塊之間通過后澆疊合層進行連接。側壁和頂板等各預制分塊可自由組合，因此疊合板式拼裝綜合管廊的適用范圍較廣。

大體積地下結構多采用明挖+裝配式的建造方式，例如長春地鐵先采用樁錨結構施工基坑，基坑完成后在裝配預制構件。明挖基坑建造中，混凝土灌注樁需預先施工。為了提升圍護結構的裝配式施工程度，濟南地鐵采用了預制方樁+現澆的疊合結構，實現臨時支護與永久支護結合。基坑圍護結構采用700 mm×700 mm的大尺寸預制方樁，方樁與主體結構側墻疊合。該型式進一步提升了地下結構的裝配化程度。

3 濟陽有軌電車結構設計

新建至濟陽區有軌電車工程線路全長約35.5 km，是連接濟南城區至新舊動能起步區的重要交通線路，其中光明街站至工業北路站，全長6.3 km，設6站6區間，采用明挖施工，主體結構采用裝配式施工。隧道穿越區主要為黃河沖積土層，沖積地層主要為粉質粘土、粉土、砂土等，地層條件較差，地下水豐富，埋藏淺，具有微承壓性。主體裝配式結構若分塊較多，結構整體性及防水性降低，在富水地層中易出現滲漏水災害，嚴重影響地下交通結構的耐久性。

為了保證結構的整體性，主體結構采用了較小的分塊型式，預制結構外框尺寸10.3 m×6.1 m，每節標準長2 m，采用上、下分體式裝配，上下結構高度分別為2.85、3.25 m，結構厚度50 cm，見圖1，采用C50混凝土澆筑。濟陽地區為黃河沖積地層，地下水豐富，較少的分塊型式可以保障結構具有較高的防水性能。

圖1 濟陽有軌電車設計

預制節段上下部分采用承插口+預應力鋼筋連接，結構內部預留槽口用以布置精軋螺紋鋼筋，豎向螺紋鋼筋施加永久預應力后在進行相鄰節段的連接。相鄰兩節連接分為臨時連接和永久連接，相鄰節段靠攏后通過臨時預應力光圓鋼棒張拉連接，5環拼裝完成后進行永久連接，采用鋼絞線連接，連接前先拆除光圓鋼棒，安裝鋼絞線，并進行張拉，鋼絞線全部張拉完畢后進行灌漿，形成管節段的永久連接。預應力連接保證了結構的整體性，有助于提升結構防水性能。

斷面分上、下兩塊預制塊，縱向幅寬2 m，預制塊體積較大，重量近100 t。主體結構分塊少、體積大，拼裝難度大。施工中，先采用龍門吊將試塊吊至基坑內部專用平板運輸車上，并在平板運輸車上拼裝上、下兩塊結構，并施作臨時連接。單段管段拼裝完成后。利用平板運輸車運輸至拼裝管段前方，并通過頂升裝置將預制管節安裝在既有管節上。整個施工過程安全可靠，現場結構拼裝良好，接縫張開、錯臺較小，結構安裝質量高。

4 結 論

合理的選擇預制結構型式對地下工程裝配建造具有重要意義，依托濟陽有軌電車項目，開展了裝配式結構型式，得到了以下結論。

(1)配式地下結構型式按照構件的預制程度可分為全預制結構和預制-現澆疊合結構兩類，結構型式不同，結構的受力特征具有明顯差別。

(2)濟陽有軌電車項目地下水豐富，對結構防水性能要求高，應采用較少的分塊型式，研究給出了濟陽有軌電車項目上、下分塊的結構型式。

(3)主體結構分塊少、體積大，拼裝難度大，提出了先整環拼裝，后縱向拼裝的施工方式，建立了大噸位的預制構件拼裝方法，保障了拼裝質量。