楊 勇

(1.上海申通地鐵集團有限公司，201100，上海； 2.上海軌道交通十五號線發(fā)展有限公司，200063，上?！喂こ處?

在國家大力倡導(dǎo)發(fā)展裝配式建筑的背景下，地鐵建設(shè)施工中開始探索使用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)。預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)具有機械化程度高、縮短施工工期、表觀質(zhì)量好、綠色環(huán)保等優(yōu)點，是地鐵車站施工產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的趨勢。

1 裝配式車站應(yīng)用現(xiàn)狀

北京地鐵6號線西延工程的金安橋站裝配式車站試驗段為雙層三跨矩形斷面[1];濟南地鐵某車站結(jié)構(gòu)頂板采用預(yù)制板和現(xiàn)澆頂板疊合，將第一道混凝土支撐與預(yù)制梁板相結(jié)合作為頂板澆筑的底模[2];俄羅斯圣彼得堡市體育館站和勇敢廣場站兩個地鐵車站也采用了單拱結(jié)構(gòu)形式[3]；法國巴黎市星廣場地鐵站采用暗挖裝配式結(jié)構(gòu)，開挖后利用液壓鋼拱架逐一裝配預(yù)制管片形成主體結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)斷面形式為單拱結(jié)構(gòu)[4]；我國長春地鐵2號線袁家店站[5]是國內(nèi)首座采用預(yù)制裝配式的地鐵車站，采用了拱頂直墻、單拱無柱全預(yù)制式的結(jié)構(gòu)形式。

裝配式結(jié)構(gòu)的節(jié)點是地下結(jié)構(gòu)中最薄弱的部分。施工過程中需要重點關(guān)注裝配式結(jié)構(gòu)拼縫處的防水問題。在上海這種富水軟土環(huán)境下，地下水對結(jié)構(gòu)的影響顯著，上海軌道交通車站施工中還沒有采用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的先例，缺乏全預(yù)制車站結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工經(jīng)驗?；诖罅Τ珜?dǎo)裝配式建筑的發(fā)展導(dǎo)向，結(jié)合無柱大跨度拱形車站的優(yōu)點，上海軌道交通15號線吳中路站項目首次提出了一種“預(yù)制+現(xiàn)澆”疊合拱殼的工藝體系。該工藝體系不僅應(yīng)用了預(yù)制裝配式構(gòu)件，釋放了現(xiàn)場作業(yè)空間,提高了施工效率，而且通過現(xiàn)澆疊合層較好地解決了預(yù)制裝配式節(jié)點防水的問題。

2 “預(yù)制+現(xiàn)澆”疊合拱殼結(jié)構(gòu)體系

2.1 結(jié)構(gòu)組成及受力體系分析

“預(yù)制+現(xiàn)澆”疊合拱殼工藝，是指將工廠預(yù)制混凝土拱殼運輸至現(xiàn)場后組成三鉸拱底模，然后在其上進行鋼筋綁扎和混凝土澆筑，從而形成無鉸疊合的拱殼結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)組成包括預(yù)制層、現(xiàn)澆層、拱座，如圖1所示。

圖1 “預(yù)制+現(xiàn)澆”疊合拱殼的結(jié)構(gòu)組成示意圖

考慮預(yù)制模具制作、構(gòu)件運輸、構(gòu)件吊裝等因素，先將混凝土拱殼分跨預(yù)制，運輸至現(xiàn)場后再進行拼裝。一跨預(yù)制拱殼單元由左右兩幅半跨預(yù)制混凝土拱殼拼裝后再與拱座鉸接，從而形成了三鉸拱結(jié)構(gòu)，如圖2 a)所示。該結(jié)構(gòu)除了要承受自身的重力荷載外，后續(xù)還要承受現(xiàn)場澆筑混凝土?xí)r的施工荷載。疊合層混凝土澆筑后，拱腳和拱頂?shù)你q節(jié)點全部轉(zhuǎn)換成剛性節(jié)點，結(jié)構(gòu)體系由預(yù)制三鉸拱結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為無鉸拱結(jié)構(gòu)，如圖2 b)所示，此時結(jié)構(gòu)需要承受自身重力荷載、覆土荷載和地面超載等荷載。

圖2 混凝土澆筑前后受力體系的轉(zhuǎn)化

2.2 預(yù)制拱殼結(jié)構(gòu)形式

如圖3所示，預(yù)制層采用預(yù)制雙肋混凝土拱板，沿拱殼的跨度方向以固定間距滿跨布置鋼筋桁架，以滿足現(xiàn)場澆筑混凝土?xí)r兩側(cè)懸臂端的承載要求。該結(jié)構(gòu)既能減輕構(gòu)件質(zhì)量，方便施工，又能提高構(gòu)件的抗彎剛度，滿足吊裝和運輸要求。

圖3 預(yù)制拱殼結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 節(jié)點構(gòu)造形式及受力體系轉(zhuǎn)化

2.3.1 拱腳節(jié)點

預(yù)制拱殼的拱腳通過一對楔形止推支座實現(xiàn)與拱座間的快速連接。楔形止推支座可適應(yīng)預(yù)制件與拱座之間的間隙誤差，安裝完成后用電焊固定，以承受預(yù)制拱殼成拱后自重產(chǎn)生的拱腳反力?，F(xiàn)澆層鋼筋與拱座預(yù)埋鋼筋接駁器相連，混凝土澆筑后，預(yù)制層與二次現(xiàn)澆層構(gòu)成疊合拱殼，共同承受荷載。此時，原三鉸拱的拱腳鉸節(jié)點轉(zhuǎn)化為剛性連接，如圖4所示。

a) 拱腳節(jié)點連接模型

b) 拱腳節(jié)點連接圖(混凝土澆筑前)

c) 拱腳節(jié)點連接圖(混凝土澆筑后)

2.3.2 拱頂節(jié)點

預(yù)制拱殼拱頂鉸接點的構(gòu)造包括預(yù)埋鋼板、抗剪裝置和連接螺栓等，如圖5所示?？辜粞b置定位承插于預(yù)埋鋼板的預(yù)留孔中，在連接螺栓的配合下左右兩側(cè)拱殼精確對合，現(xiàn)澆層鋼筋與預(yù)制拱殼預(yù)留鋼筋相連?；炷翝仓?，預(yù)制層與二次現(xiàn)澆層構(gòu)成疊合拱殼，共同承受荷載，原三鉸拱拱頂鉸節(jié)點轉(zhuǎn)化為剛性連接，如圖6所示。

2.3.3 相鄰預(yù)制拱殼單元間板縫構(gòu)造

考慮預(yù)制拱殼制作、拼裝施工誤差，相鄰預(yù)制拱殼單元間設(shè)計預(yù)留間隙為50 mm，便于拼裝過程中精調(diào)。施工時首先放置一條鍍鋅鋼板作為縫隙模板，然后連接桁架鋼筋的上弦，最后澆筑混凝土。相鄰預(yù)制拱殼單元間的板縫構(gòu)造如圖7所示。

a) 拱頂節(jié)點模型

b) 拱頂節(jié)點結(jié)構(gòu)

a) 拱頂節(jié)點連接模型

b) 拱腳節(jié)點連接圖(混凝土澆筑前)

c) 拱腳節(jié)點連接圖(混凝土澆筑后)

圖7 相鄰預(yù)制拱殼單元間板縫構(gòu)造

3 “預(yù)制+現(xiàn)澆”疊合拱殼施工流程

3.1 拱座施工

地下車站站廳層內(nèi)襯墻和拱座混凝土澆筑需一次完成，施工前需要對內(nèi)襯墻及拱座進行測量定位，尤其是對拱座內(nèi)置預(yù)埋件進行精細測量定位，以保證后續(xù)預(yù)制拱殼拼裝就位的精度。內(nèi)襯墻和拱座模板鋪設(shè)、鋼筋綁扎及預(yù)埋件安裝完成后，需對拱座預(yù)埋件進行復(fù)核測量，定位準(zhǔn)確后再進行混凝土澆筑，澆筑過程中需要注意對預(yù)埋件的保護?；炷琉B(yǎng)護后拆除模板，拱座混凝土強度達到設(shè)計要求后，方可進行預(yù)制拱殼的拼裝施工。

3.2 “預(yù)制+現(xiàn)澆”疊合拱殼施工

預(yù)制拱殼采用運架一體機進行拼裝施工。運架一體機由兩臺無線遙控的液壓模塊車和一組大型桁架支撐組成。預(yù)制拱殼運輸至現(xiàn)場后，利用履帶吊吊至運架一體機,通過運架一體機進行左右兩幅預(yù)制拱殼的組拼施工，完成后運架一體機沿著車站縱向由遠及近逐跨依次進行平移、就位、精調(diào)，并固定拱腳節(jié)點連接，從而完成預(yù)制拱殼的安裝?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土疊合層在預(yù)制拱板安裝完成后進行，在完成各連接縫構(gòu)造處理后，進行鋼筋綁扎?；炷翝仓词┕ざ畏謱訉ΨQ進行，并按照要求循序振搗、及時養(yǎng)護。拱殼施工的具體流程如圖8所示。

4 工程應(yīng)用

吳中路站是上海軌道交通15號線的一座地下二層島式車站，地下一層為站廳層，地下二層為站臺層，車站主體的7～18軸為無柱大跨結(jié)構(gòu)，頂板采用“預(yù)制+現(xiàn)澆”疊合拱殼結(jié)構(gòu)[6]。該站7～18軸無柱大跨預(yù)制段區(qū)域縱向長度約93.7 m，橫向跨度約18.8 m。結(jié)合預(yù)制拱殼單元的制作、運輸和吊裝等因素，預(yù)制拱殼單元的寬度模數(shù)為3 m，因而整個預(yù)制段共30跨，每跨分左右半幅預(yù)制，半跨長度為9.4 m，單元分割線與縱向軸線正交。該站無柱大跨度區(qū)域共有60榀預(yù)制拱殼單元，按照拼裝速度2.5 h/榀計，則每天可完成4～5榀，10 d即可完成現(xiàn)場拼裝工作。通過該站的工程實踐可知,“預(yù)制+現(xiàn)澆”疊合拱殼施工工藝減少了滿堂腳手架搭設(shè)及支模等繁重工作，釋放了施工空間，大大縮短了施工工期。完工后的拱頂觀感質(zhì)量好、空間感強、舒適性高，如圖9所示。

a) 組裝左半跨

b) 組裝右半跨

c) 拱頂節(jié)點處理

d) 整垮運輸?shù)轿?/p>

e) 拱腳節(jié)點處理

f) 現(xiàn)澆層鋼筋混凝土施工

圖9 吳中路站“預(yù)制+現(xiàn)澆”疊合拱殼拼裝現(xiàn)場

5 結(jié)語

“預(yù)制+現(xiàn)澆”疊合拱殼工藝將預(yù)制拱形裝配式結(jié)構(gòu)應(yīng)用到地下車站施工中，克服了富水軟土環(huán)境中拼裝接縫滲漏水的問題，是預(yù)制拱形裝配式結(jié)構(gòu)應(yīng)用于富水軟土環(huán)境地下車站的一種創(chuàng)新嘗試。相比滿堂支模澆筑的傳統(tǒng)施工方式，采用“預(yù)制+現(xiàn)澆”疊合拱殼工藝進行大跨度拱殼結(jié)構(gòu)施工，既符合裝配式建筑的發(fā)展導(dǎo)向，提高工廠預(yù)制構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中的比例，又可減少現(xiàn)場支模的繁重工作，優(yōu)化工藝流程，釋放施工空間，便于現(xiàn)場管理；同時,預(yù)制構(gòu)件的制作精度高，外觀質(zhì)量好，易于實現(xiàn)清水混凝土的感觀效果。該項技術(shù)有利于地鐵車站站廳層實現(xiàn)無柱大空間，帶給乘客更為寬敞、舒適的乘車體驗，具有良好的推廣價值和應(yīng)用前景。