楊秀仁，黃美群

（1. 北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100037；2. 城市軌道交通綠色與安全建造技術國家工程實驗室，北京 100037）

“推動裝配式建筑取得突破性進展”是住建部近年來的重點工作之一[1]。裝配式建造技術是建筑工程建造方式的重大變革，在國家的大力倡導下，經(jīng)過國內(nèi)骨干企業(yè)持續(xù)多年的潛心研究和應用，地面裝配式建筑已經(jīng)取得了可喜的成績，相關技術和管理體系初步建立，工程應用逐年增加。

但在我國地下工程領域，大型地下結(jié)構(gòu)預制裝配建造技術的研究和應用尚屬空白。筆者及其團隊結(jié)合長春地鐵2號線實際工程，在國內(nèi)首次對明挖條件下的地鐵車站預制裝配技術進行了系統(tǒng)研發(fā)，截至目前，已經(jīng)成功建設5座地下車站，成效顯著。

1 國內(nèi)外地下工程預制裝配技術應用現(xiàn)狀

1.1 國外應用情況

國外在地下工程預制裝配技術方面的發(fā)展早于我國。19世紀末 20世紀初，預制裝配襯砌就在國外盾構(gòu)隧道工程中得到了應用[2]。經(jīng)過百余年的發(fā)展，盾構(gòu)隧道已經(jīng)成功應用于地鐵、公路、市政等多個領域，隧道斷面形式多種多樣，以圓形為主，直徑從3 m到18 m不等。

除盾構(gòu)隧道外，其他地下結(jié)構(gòu)采用預制裝配式襯砌的做法起源于20世紀80年代，前蘇聯(lián)聯(lián)邦國家為了解決冬季寒冷氣候給現(xiàn)澆混凝土施工帶來的影響，在明挖法施工的地鐵區(qū)間隧道、車站主體及附屬通道等工程中研究應用了預制裝配技術。

明挖區(qū)間隧道有兩種做法：一種是采用整體預制管段縱向拼裝形式，管段環(huán)與環(huán)之間采用水泥材料密封填充；另一種是采用分塊裝配，底板接縫現(xiàn)澆的做法（見圖1）[3]。

圖1 區(qū)間拼裝式結(jié)構(gòu)Fig. 1 Prefabricated running tunnel

早期的車站結(jié)構(gòu)多采用體系較為復雜的矩形裝配式結(jié)構(gòu)，頂板、底板、側(cè)墻、立柱及梁結(jié)構(gòu)均采用預制裝配工藝，其中底板構(gòu)件接頭通常采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土形式，并在其上預留杯口供上部構(gòu)件進行后期連接[3]（見圖 2）。

圖2 明挖矩形裝配式車站Fig. 2 Open rectangular excavation prefabricated station

1985年，采用明挖法施工的明斯克地鐵應用了一種大跨坦拱裝配式結(jié)構(gòu)[3-4]，該結(jié)構(gòu)頂部、底部分別設兩道接縫，側(cè)墻設一現(xiàn)澆段，構(gòu)件之間采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土的方式連接（見圖3）。

圖3 明斯克地鐵明挖坦拱裝配式車站Fig. 3 Open excavation prefabricated arch metro station in Minsk

俄羅斯和法國也有在礦山法條件下采用預制裝配技術建造地鐵車站的先例，如圣彼得堡體育館裝配式車站（見圖4）[5]。

1.2 國內(nèi)應用情況

我國除盾構(gòu)法隧道采用裝配式襯砌外，其他地下工程預制裝配技術的應用基本局限在少量的較小斷面的明挖隧道工程中，如市政管線、管廊等。在鐵路礦山法隧道工程中也曾有局部采用裝配式襯砌的先例，如西秦嶺特長鐵路隧道的仰拱采用預制化的技術，墻和拱現(xiàn)場澆筑[6]（見圖5）。

2 預制裝配技術應用于地面建筑和地下結(jié)構(gòu)的特性分析

2.1 裝配式地面建筑結(jié)構(gòu)

圖4 圣彼得堡體育館裝配式車站Fig. 4 St. Petersburg stadium prefabricated station

圖5 秦嶺隧道預制裝配式仰拱結(jié)構(gòu)Fig. 5 Prefabricated inverted arch structure of Qinling tunnel

裝配式地面建筑以其高效率、高質(zhì)量、高壽命、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，在歐美及日本等發(fā)達國家得到了非常廣泛的應用，且技術成熟、體系完整[7]。我國在這方面雖然起步較晚，但也取得了長足的發(fā)展。

目前我國的地面建筑預制裝配結(jié)構(gòu)是由預制混凝土構(gòu)件通過可靠的方式連接，并與現(xiàn)場后澆混凝土、水泥基灌漿料形成整體的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，簡稱裝配整體式結(jié)構(gòu)[8]。在裝配整體式結(jié)構(gòu)中，節(jié)點及接縫處的縱向鋼筋可采用機械連接、套筒灌漿連接、漿錨搭接連接、焊接連接或綁扎搭接連接等方式[8]，實現(xiàn)接頭的剛性連接。

地面建筑除基礎嵌固于地基中外，其上部結(jié)構(gòu)位于地表以上，屹立在沒有約束作用的空間，結(jié)構(gòu)除了承受垂直荷載外，還有風荷載和地震力作用。地面結(jié)構(gòu)在風荷載作用下會產(chǎn)生水平位移及振動振幅；當?shù)卣饡r，地震波在土層中傳播引起地面運動，導致建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生振動。地面結(jié)構(gòu)在地震力的作用下將產(chǎn)生“鞭梢”效應，此時由結(jié)構(gòu)形狀、質(zhì)量和剛度屬性所反映出的自振特性對結(jié)構(gòu)反應的影響起決定性作用。

因此，地面結(jié)構(gòu)要實現(xiàn)預制裝配化，其承載體預制構(gòu)件之間的剛性連接及裝配整體式的定位非常重要。國家行業(yè)標準《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》（JGJ 1—2014）規(guī)定“在各種設計狀況下，裝配整體式結(jié)構(gòu)可采用與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相同的方法進行結(jié)構(gòu)分析”。顯然，這一裝配整體式技術符合地面建筑結(jié)構(gòu)的環(huán)境特性和受力特性，是安全可靠、經(jīng)濟合理的。

當然，在我們的調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)，目前普遍采用套筒灌漿連接方式，由于預制構(gòu)件的預埋鋼筋和套筒位置極易產(chǎn)生偏差，在實際連接過程中出現(xiàn)對位困難，要么勉強插入，要么構(gòu)件重新加工，且套筒注漿質(zhì)量無法驗證，后澆帶模板漏漿嚴重等問題，這些問題在相關文獻中也有不少報道[9-10]，因此裝配整體式剛性接頭的形式和施工工藝仍有進一步優(yōu)化完善的空間。圖6為套筒灌漿連接及典型連接偏差圖片。

圖6 套筒灌漿連接及典型連接偏差Fig. 6 Rebar splicing by grout-filled coupling sleeve and typical deviation.

我國也有建筑工程采用德國的疊合板式混凝土剪力墻技術，其理念是將內(nèi)外兩層預制構(gòu)件作為核心部位的后澆混凝土的模板使用，預制模板上設置格構(gòu)鋼筋，與后澆混凝土形成永久的整體混凝土結(jié)構(gòu)，不足之處在于現(xiàn)場混凝土澆筑量極大，施工難度較大，且不利于后期的檢測，抗震設計也存在不足等諸多問題[11-13]。從預制裝配的角度來看，這種所謂的疊合整體裝配式結(jié)構(gòu)因現(xiàn)場作業(yè)量很大，導致其優(yōu)勢更不明顯。

2.2 裝配式地下結(jié)構(gòu)

2.2.1 受力特性

地下結(jié)構(gòu)位于地層中，其所處的環(huán)境特點和承載機理與地面結(jié)構(gòu)有著本質(zhì)的區(qū)別。除了需要承受自重、人群、設備等各種垂直荷載作用外，地下結(jié)構(gòu)更主要的作用是來自周圍全方位的水土壓力，與此同時，還受到周圍地層全方位的約束作用，地層既是荷載，也是承載體的一部分，圖7 為結(jié)構(gòu)體與地層作用的整體平衡關系示意圖。即便在地震作用下，結(jié)構(gòu)體在地層的“裹挾”下同步振動、與地層共同變形，對結(jié)構(gòu)地震反應起主要作用的是地基土的運動特性，而非結(jié)構(gòu)自振特性，結(jié)構(gòu)形狀、質(zhì)量和剛度的改變并不能改變結(jié)構(gòu)與地層運動的振動特性。

圖7 結(jié)構(gòu)體與地層作用的整體平衡關系Fig. 7 Equilibrium relationship between the structure and strata

無襯砌的黃土窯洞、簡單噴錨支護的巖石隧道、各種軟硬地層中采用的裝配式盾構(gòu)隧道、各種形式的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等地下工程，其良好的承載性能和抗震性能均充分反映了地下結(jié)構(gòu)的受力特性。

對于預制裝配式地下結(jié)構(gòu)，采用穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系、選擇合適的接頭形式、掌握接頭的剛度和承載特性、安排合理的接頭位置、剖析結(jié)構(gòu)體系的力學行為應是技術關鍵。

2.2.2 防水特性

地下結(jié)構(gòu)承受地下水的作用往往不可避免，它不同于地面建筑防水以改變水的運動路徑、起擋水和排水作用為目的，即“雨傘和雨衣”的防水做法，地下結(jié)構(gòu)的防水性質(zhì)類似于“潛水艇”，需要承受較大的地下水壓力。

在防水做法及效果方面，大量的工程實踐表明，地下結(jié)構(gòu)即便是整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)與地層之間設置全包防水層的情況下，滲漏水現(xiàn)象也時有發(fā)生。而大量的盾構(gòu)隧道在無外包防水層及無現(xiàn)澆內(nèi)襯的情況下，防水性能卻較為理想，尤其是穿越江河、海底的盾構(gòu)隧道通常能抵御水頭壓力達60 m以上。

解決好裝配式地下水結(jié)構(gòu)防水的關鍵是混凝土結(jié)構(gòu)自防水性能及接頭、接縫的防水性能，包括確定合理的防水體系、材料性能、構(gòu)造措施、施工工藝及檢測手段等。

2.2.3 施工環(huán)境特性

地下結(jié)構(gòu)的建造與土體開挖方式，即施工工法密切相關。地下結(jié)構(gòu)的施工工法主要有基坑開挖類的明挖法，礦山式挖掘類的暗挖法，以及機械掘進類的盾構(gòu)法。無論何種建造技術，其特點都是作業(yè)空間狹小。預制裝配地面結(jié)構(gòu)一般構(gòu)件小、配筋少，且有自由的空間進行吊運和拼裝，剛性接頭也能較好實現(xiàn)。而地下結(jié)構(gòu)的預制裝配卻相當于在一個“盒子”里面“搭積木”，對于大構(gòu)件、高配筋的地下結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)選型、接頭方式、防水措施到構(gòu)件吊運、定位、拼裝等各環(huán)節(jié)均需要充分考慮施工環(huán)境條件制約的影響。

總之，預制裝配技術應用于地下結(jié)構(gòu)，應綜合考慮地下結(jié)構(gòu)的承載特性、施工方法及環(huán)境特點。從充分發(fā)揮預制裝配技術優(yōu)勢的角度出發(fā)，結(jié)合以往地上和地下實際工程的應用經(jīng)驗，合理確定結(jié)構(gòu)形式和承載體系、接頭連接方式、防水措施、預制和拼裝工藝等關鍵技術，使預制裝配式地下結(jié)構(gòu)真正實現(xiàn)技術先進、安全可靠、綠色環(huán)保、經(jīng)濟合理的建設目標。

3 長春地鐵2號線預制裝配車站關鍵技術

3.1 研究背景

長春市地處我國東北的嚴寒氣候區(qū)域，地鐵施工每年有4～5個月的冬歇期，致使工程工期壓力巨大。2014年長春地鐵2號線啟動了預制裝配車站的研究和應用工作，首先開展研究和應用的試驗段選在線路西端的袁家店車站，隨后又分別開展了另外4座車站的應用工作。目前5座車站中除西湖站（車站長700 m）因拆遷原因尚有一少部分結(jié)構(gòu)未裝配外，其余4座車站均已建成，圖8是2號線5座裝配式車站的分布示意圖。

這5座車站均為采用樁錨體系基坑支護結(jié)構(gòu)的明挖車站，車站主體為單拱雙層馬蹄形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)總寬20.5 m、總高17.45 m，外圍主體承載結(jié)構(gòu)由環(huán)寬2 m的7塊大型預制構(gòu)件拼裝而成（見圖9），裝配式結(jié)構(gòu)整體無現(xiàn)澆混凝土濕作業(yè)，為“全裝配式結(jié)構(gòu)”。預制裝配結(jié)構(gòu)環(huán)向的構(gòu)件與構(gòu)件之間、縱向的環(huán)與環(huán)之間均采用“榫槽注漿式接頭”形式，接頭部位設置多道防水措施，除拱頂外其他部位均未設置外包防水層。目前，施工完畢的車站已覆土，并恢復地下水狀態(tài)約1年半時間，歷經(jīng)2個雨季，從長期監(jiān)測情況看，車站結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定，且無滲漏水現(xiàn)象。圖10是不同裝配階段的車站結(jié)構(gòu)照片。

圖8 長春地鐵2號線5座裝配式車站分布Fig. 8 Five prefabricated stations of Changchun Metro Line 2

圖9 長春地鐵2號線裝配式車站斷面示意Fig. 9 Sectional diagram of prefabricated station of Changchun Metro Line 2

圖10 不同裝配階段的結(jié)構(gòu)工程照片和站廳層裝修效果圖Fig. 10 Photos of different assembly stages and decoration rendering of station floor

3.2 關鍵技術研究

在長春地鐵預制裝配技術研究過程中，共開展了六大部分的理論和試驗研究工作，主要研究內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)選型及力學行為研究、接頭綜合技術研究、結(jié)構(gòu)防水關鍵技術研究、施工技術研究與專用施工裝備研發(fā)、大型預制構(gòu)件生產(chǎn)技術研究、裝配式地鐵車站多專業(yè)一體化綜合技術研究等，主要研究成果全面覆蓋并形成了設計、施工、構(gòu)件制造等成套技術體系。下面就業(yè)內(nèi)較為關注的幾個關鍵技術研究作簡要介紹。

3.2.1 預制構(gòu)件連接接頭研究

預制構(gòu)件連接接頭是裝配式結(jié)構(gòu)研究的核心之一，其關系到結(jié)構(gòu)的整體受力狀態(tài)和承載特性，也關系到構(gòu)件制作工藝、施工拼裝工藝、結(jié)構(gòu)防水性能等各方面。綜合考慮裝配式地下結(jié)構(gòu)特性，以及充分發(fā)揮預制裝配技術工序簡潔、準確定位、快速拼裝的理念和優(yōu)勢，在對以往多種技術（地面建筑的“套筒灌漿接頭”及“疊合裝配式技術”、盾構(gòu)隧道的“拼裝接頭”、前蘇聯(lián)的“現(xiàn)澆及杯口插入接頭”等）做法的優(yōu)缺點及適應性進行研究的基礎上，最終選擇采用了“榫槽注漿式接頭”連接形式（見圖11）。

圖11 榫槽注漿式接頭示意Fig. 11 Schematic diagram of groove grouting joint

“榫槽注漿式接頭”是典型的變剛度結(jié)構(gòu)，在不同的荷載氛圍下呈現(xiàn)不同的接頭剛度屬性。非剛性接頭的存在以及變剛度接頭的連接，是導致預制裝配式地下結(jié)構(gòu)體系復雜性的根本原因，而這種良好的接頭結(jié)構(gòu)又是有效調(diào)節(jié)和優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力幅值（尤其是彎矩）的重要手段。對于這種接頭，必須通過大量的理論分析和多種形式的1︰1原型接頭試驗，研究接頭結(jié)構(gòu)的力學行為、剛度、承載能力、合理構(gòu)造、注漿作用機理及防水特性等，掌握接頭結(jié)構(gòu)的關鍵力學行為規(guī)律，即接頭本構(gòu)關系，形成接頭結(jié)構(gòu)承載能力的設計方法，為地鐵車站預制裝配技術的研究奠定堅實的基礎。

3.2.2 裝配式結(jié)構(gòu)體系和力學行為研究

全裝配式地下結(jié)構(gòu)的“裝配”以及“非剛性連接”特性，使其在結(jié)構(gòu)體系和力學行為方面與傳統(tǒng)的整體現(xiàn)澆混凝土地下結(jié)構(gòu)形成了顯著的區(qū)別，需要對“結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性”和“變剛度接頭下的結(jié)構(gòu)體系力學行為”進行重點研究。

結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性涉及多個方面：首先是結(jié)構(gòu)體與地層作用之間要能夠形成穩(wěn)定的力學平衡關系，而且結(jié)構(gòu)體還應保留必要的能力儲備；其次是在土體約束下結(jié)構(gòu)體必須保持自身的靜定特性，應確保底板、側(cè)墻、拱頂、中樓板等承載構(gòu)件之間能夠形成靜定或超靜定體系；另外，單一構(gòu)件的承載能力以及接頭的承載和變形能力應確保結(jié)構(gòu)體系中不出現(xiàn)局部穩(wěn)定問題等。

變剛度接頭下的結(jié)構(gòu)體系力學行為相對復雜。非剛性接頭的存在，一方面使結(jié)構(gòu)體系的整體變形能力得到有效的提升；另一方面，由于接頭的剛度及承載能力不僅與接頭構(gòu)造有關，而且與接頭所承受的軸力大小關系密切，不同部位接頭的內(nèi)力及接頭構(gòu)造不同，導致每一個接頭的剛度均有所差異，加上接頭的剛度與軸力、彎矩之間的非線性本構(gòu)關系，因此，結(jié)構(gòu)體系力學行為需要考慮從裝配施工過程到正常使用期間以及地震時的各個階段，分析在受力演變過程中接頭結(jié)構(gòu)的行為特性和整體結(jié)構(gòu)體系的力學行為，并需要進行多次迭代。

3.2.3 裝配式結(jié)構(gòu)抗震性能研究

地下結(jié)構(gòu)由于受地層約束作用，其抗震性能大大優(yōu)于地面建筑，且地震時對結(jié)構(gòu)反應的控制因素是地層土的運動特性，因此，國內(nèi)外對于地下結(jié)構(gòu)抗震方面的研究主要集中在土體振動特性上，而對地下結(jié)構(gòu)尤其是裝配式地下結(jié)構(gòu)抗震性能的研究尚處在起步階段。

提高結(jié)構(gòu)的延性是提升地下結(jié)構(gòu)抗震性能的重要手段，在地震荷載作用下，裝配式結(jié)構(gòu)非剛性接頭使整體結(jié)構(gòu)的變形能力得到提高，地震時利用接頭的變形削減接頭部位的彎矩、適應地層變形，結(jié)構(gòu)體系的延性優(yōu)于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，合理的結(jié)構(gòu)體系甚至可以避免在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上形成塑性鉸。

基于上述理念，對于裝配式地下結(jié)構(gòu)抗震性能研究的重點有以下3點：

1）多條件下的結(jié)構(gòu)體系抗震性能分析。需要對不同地層條件、不同接頭性能、不同地震作用等級條件下的結(jié)構(gòu)分別進行大量的數(shù)值仿真分析，研究多因素條件下結(jié)構(gòu)體系的性能及其內(nèi)力、變形規(guī)律，必要時進行不同軟件的平行驗證。

2）接頭的抗震性能和構(gòu)造研究。接頭的抗震性能體現(xiàn)在兩個方面，即承載能力和變形能力（轉(zhuǎn)角），可采取實驗室原型接頭試驗的方法進行研究。接頭的構(gòu)造決定了接頭的特性，構(gòu)造形式和附加構(gòu)造措施直接影響接頭的變形能力和破壞方式。

3）開展裝配式結(jié)構(gòu)與同型現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的靜力和動力工況下的對照分析。主要是獲取裝配式結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的差異性特征，進而驗證裝配式結(jié)構(gòu)的主要技術優(yōu)勢和特點。

通過對長春地鐵裝配式車站在地震作用下的主要行為特征及相關技術指標進行研究，充分驗證了結(jié)構(gòu)在抗震性能方面不僅完全滿足要求，而且在有效降低主要結(jié)構(gòu)內(nèi)力（彎矩）幅值方面具有優(yōu)勢。研究充分證明地鐵裝配式車站結(jié)構(gòu)體系在地震作用下的穩(wěn)定性和安全性。

3.2.4 裝配式結(jié)構(gòu)防水技術研究

根據(jù)預制裝配建造技術的特點，確立長春地鐵裝配式車站結(jié)構(gòu)的防水目標是取消常規(guī)外包防水層，達到或超過國家規(guī)范對地鐵車站結(jié)構(gòu)防水的設防要求。

由于采用預制構(gòu)件，因此不必擔心結(jié)構(gòu)的自防水問題，但接頭防水性能是關鍵。裝配式地下結(jié)構(gòu)接縫眾多，縱橫交錯，首先應對裝配式結(jié)構(gòu)的整體防水密封系統(tǒng)進行合理周密的規(guī)劃和設計，形成可靠的密封防水構(gòu)造系統(tǒng)。合理規(guī)劃防水系統(tǒng)的設置路徑，尤其對邊、角、榫槽、交叉、留孔等部位進行詳細的設計，確保接縫不漏空，縱向不串水。

高標準配置接縫的防水性能必不可少。確立的設計原則是多道防線、主動密封，具體措施是“二墊一注一嵌”（見圖11），即接縫設置兩道復合膨脹壓縮橡膠密封墊、接頭接觸面縫隙進行充填注漿、接縫表面的溝槽做嵌縫/排水處理。

結(jié)合長春裝配式車站具體工程開展了一系列的接縫防水試驗驗證。試驗證明，在接縫最不利就位的情況下（接縫張開10 mm、密封墊錯位5 mm），僅采用一道橡膠密封墊即可達到承受80 m水頭壓力下不滲漏功效；接頭接觸面填充注漿采用新研發(fā)的環(huán)氧改性材料，理論上不存在滲水可能；內(nèi)表面的嵌縫兼具排水和表面封閉功能。

3.2.5 裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件輕量化研究

與地面建筑不同，地下結(jié)構(gòu)需要承受巨大的水土壓力作用，一般構(gòu)件體積大、配筋高。裝配式地下結(jié)構(gòu)即使拆分為多塊預制構(gòu)件后，單塊構(gòu)件的體積和質(zhì)量仍然較大，導致拼裝作業(yè)難度大，對起重吊運設備的要求相應提高。因此，構(gòu)件的輕量化是提升裝配式結(jié)構(gòu)施工性能的重要手段。

對于混凝土構(gòu)件，輕量化有效的途徑是減少混凝土的用量。根據(jù)混凝土截面的受力特性，提出了在構(gòu)件內(nèi)部設置封閉腔體，并采用輕質(zhì)材料填充的閉腔薄壁構(gòu)件思路，圖12為單塊閉腔薄壁構(gòu)件軸側(cè)圖。

圖12 單塊閉腔薄壁構(gòu)件軸測圖Fig. 12 Axonometric drawing of closed cavity thin-walled components

采用閉腔薄壁方式后，構(gòu)件的輕量化效果顯著。環(huán)寬2 m的構(gòu)件，輕量化之前每一環(huán)總重360 t，其中最重構(gòu)件達65 t、最輕構(gòu)件35.35 t，輕量化后平均減重16.67%，目前一環(huán)總重300 t。輕量化不僅方便了施工，而且節(jié)約了混凝土和鋼筋用量，同時，在構(gòu)件預制環(huán)節(jié)還收獲了意想不到的好處，即閉腔薄壁構(gòu)件預制時的混凝土水化熱大幅降低，降溫時間大大縮短，避免了構(gòu)件降溫開裂現(xiàn)象，構(gòu)件的生產(chǎn)效率得到提高。

當然，輕量化構(gòu)件增加了研究、設計和制造難度，由于內(nèi)空腔的存在，端頭、隔肋、縱肋、腔體等各部位的內(nèi)力和應力傳遞非常復雜，需要探討閉腔薄壁構(gòu)件的力學特性，以及內(nèi)力應力—構(gòu)造尺度—構(gòu)件性能等多因素的互動關系，研究閉腔薄壁構(gòu)件的設計方法。對空腔芯模在輕質(zhì)材料、成型方法、防吸水、經(jīng)濟性等多方面進行了研究，使用后達到了預期效果。

3.2.6 施工技術研究與專用施工裝備研發(fā)

施工是裝配式地下結(jié)構(gòu)實施的關鍵環(huán)節(jié)，作為一種全新的地下結(jié)構(gòu)建造方式，與拼裝技術相關的所有工藝和環(huán)節(jié)都不可忽視，包括：科學合理的裝配施工流程安排、大型預制構(gòu)件的吊運、就位定位方法、接頭拼裝流線、張拉和接縫寬度控制等。

各類專用施工裝備以及輔助拼裝部件的研發(fā)和利用也十分重要，包括：專用拼裝臺車、側(cè)向支撐絲杠、構(gòu)件導向定位銷棒、輔助連接張拉系列裝置和設備、專用接縫注漿設備，以及構(gòu)件測量定位系統(tǒng)、拼裝自動控制系統(tǒng)等。

4 技術經(jīng)濟和社會效益

地下結(jié)構(gòu)采用預制裝配技術的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在6個方面：一是能顯著提高結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量；二是能大幅提高現(xiàn)場施工作業(yè)效率，縮短工期；三是可提升工程施工的安全性，地下工程以施工作業(yè)高風險著稱，采用預制裝配技術后，現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)節(jié)大大減少，作業(yè)安全性顯著提高；四是對環(huán)境影響小，采用預制裝配技術后，以往對環(huán)境有不良影響的現(xiàn)場作業(yè)環(huán)節(jié)大大減少甚至取消，施工噪聲和粉塵污染大大降低；五是節(jié)省勞動力。當前，在建筑工程領域，現(xiàn)場施工與作業(yè)工人緊缺的矛盾十分突出，人口紅利逐漸消失，勞動力成本不斷增高，采用預制裝配技術能大幅減少勞動力需求；六是能解決寒冷或嚴寒地區(qū)冬季無法施工的問題。

在長春地鐵實際工程應用的基礎上，對預制裝配式地鐵車站的技術經(jīng)濟效益和社會效益進行了初步分析，與一座同樣規(guī)模的明挖兩層雙跨矩形框架現(xiàn)澆混凝土標準車站結(jié)構(gòu)相比，其產(chǎn)生的主要效益包括：

1）一座車站工期節(jié)省4～6個月（20%～30%）；

2）高峰施工期現(xiàn)場作業(yè)人員每班由130～150人減少到30人左右；

3）每座車站節(jié)省鋼材約800 t，節(jié)省木材800 m3，施工廢棄量減少50%；

4）施工場地減少約1 000 m2。

5 結(jié)語

地下結(jié)構(gòu)預制裝配建造技術所具有的優(yōu)勢，預示著其將在今后有著廣闊的發(fā)展空間，也將成為建筑產(chǎn)業(yè)化領域的一支“生力軍”。地下結(jié)構(gòu)預制裝配建造技術體系研究需要做的工作還很多，而長春地鐵對這項優(yōu)勢技術研發(fā)和應用所給予的支持，開啟了一扇新技術的大門。

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