路清泉，蘇立勇，張志偉，許 洋，任宇洪

(1.北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100068；2.城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)與安全監(jiān)控北京重點實驗室，北京 100068；3.中鐵隆工程集團有限公司，四川 成都 610046)

0 引言

隨著城市化進程的加快，城市人口迅速增加，交通堵塞問題日益嚴峻。地鐵軌道交通運行速度快，運載能力強，是有效緩解城市交通壓力的重要手段[1]。近20年，我國的軌道交通保持了高強度發(fā)展，2015年后，伴隨國家大力投入基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)政策的出臺，國內(nèi)軌道交通建設(shè)進入新一輪繁榮期。

目前地鐵軌道交通的施工方法仍以淺埋礦山法、明挖順作法、暗挖逆作法和盾構(gòu)法等傳統(tǒng)工藝為主[2]，多倚重簡單勞動力的高強度使用，整體建設(shè)技術(shù)科技含量較低、建設(shè)效率偏低，且對環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展考慮不足。如何實現(xiàn)地鐵軌道交通的綠色安全建造是亟待解決的難題。

裝配式技術(shù)是建造方式的變革，它利用預(yù)制部品部件的現(xiàn)場裝配形成建筑，具有節(jié)能環(huán)保、施工進度快、工程造價低等優(yōu)點[3]。目前，裝配式技術(shù)已逐步應(yīng)用于地鐵車站建造，如長春地鐵2號線袁家店站和北京地鐵6號線金安橋站等多個地鐵車站建造采用了裝配式技術(shù)[4-6]。另外，眾多學(xué)者也開始研究裝配式技術(shù)在地鐵車站中的運用，如杜修力等[7]對地鐵車站裝配式梁板柱中節(jié)點的抗震性能展開了研究；鐘春玲等[8]利用有限元方法對裝配式地鐵車站的力學(xué)性能展開了研究；李兆平等[4]對裝配式地鐵車站雙榫槽式接頭的抗彎性能進行了試驗研究。雖然裝配式技術(shù)在地鐵車站的建造中取得了較大的突破，但主要集中在車站主體結(jié)構(gòu)的建造方面，而關(guān)于地鐵車站二次結(jié)構(gòu)的裝配式技術(shù)應(yīng)用與研究鮮有報道。如站臺板、隔墻、軌頂風(fēng)道、樓梯和出入口等二次結(jié)構(gòu)的建造工程量巨大，且施工工序多、生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜、施工質(zhì)量難以控制，對周邊環(huán)境影響大。因此，如何將裝配式技術(shù)應(yīng)用到地鐵車站二次結(jié)構(gòu)的建造中具有重要意義。

本文將以北京地鐵19號線一期工程新發(fā)地站的站臺板為對象，對站臺板的裝配式技術(shù)展開探索研究。重點針對目前地鐵車站常用的明挖法和暗挖法，討論了適用于不同施工方案的裝配式站臺板的拆分方法、站臺板連接節(jié)點設(shè)計及具體施工方案，為后續(xù)地鐵車站的安全綠色建設(shè)提供參考。

1 工程概況

新發(fā)地站是北京地鐵19號線一期工程的中間站，位于豐臺區(qū)京開高速新發(fā)地北橋東北象限綠地內(nèi)，沿京開高速東側(cè)綠地南北向布置，為地下3層13m島式站。車站主體結(jié)構(gòu)為3層雙柱3跨的框架結(jié)構(gòu)，車站設(shè)計起(終)點里程為：K33+178.623—K33+424.623，有效站臺中心里程為 K33+291.623， 總長246m，標準段寬22.3m，頂板覆土約厚3.3m，軌面埋深約22.388m。車站共設(shè)置3個出入口、4個安全出口，兩端各設(shè)置2組風(fēng)亭(頂板頂出設(shè)計)。車站主體結(jié)構(gòu)采用明挖法施工，兩端接盾構(gòu)區(qū)間。車站主要構(gòu)件的設(shè)計使用年限為100年，永久構(gòu)件的安全等級為一級，二次結(jié)構(gòu)構(gòu)件在按荷載效應(yīng)基本組合進行承載力計算時，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.1，按荷載效應(yīng)的偶然組合進行承載力計算時，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0。

新發(fā)地車站站臺板的典型剖面如圖1所示。站臺板有效寬度為13.0m，有效長度約為186.0m。板底距離底板高度為1.39m，兩端設(shè)置200mm厚端墻，跨中設(shè)置鋼筋混凝土梁，梁下為300mm×300mm鋼筋混凝土柱。

圖1 站臺板典型剖面

2 裝配式站臺板拆分設(shè)計

拆分是裝配式技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。構(gòu)件拆分受多方面因素的影響，如建筑功能性、結(jié)構(gòu)合理性、制作運輸安裝環(huán)節(jié)的可行性和便利性。本車站站臺板的拆分原則大致如下：①拆分應(yīng)考慮站臺板受力的合理性，如按單向還是雙向板考慮；②構(gòu)件拆分接縫宜選在應(yīng)力較小部位；③盡可能減少構(gòu)件規(guī)格和連接節(jié)點種類；④宜與相鄰的相關(guān)構(gòu)件拆分協(xié)調(diào)一致；⑤充分考慮預(yù)制構(gòu)件的制作、運輸、安裝各環(huán)節(jié)對預(yù)制構(gòu)件拆分設(shè)計的限制，遵循受力合理、連接簡單、施工方便、少規(guī)格、多組合的原則。

由于地鐵車站內(nèi)不同位置站臺板建筑功能的差異，整個站臺板的規(guī)格并不完全一致，公共區(qū)樓梯和設(shè)備區(qū)開洞較多，如果所有站臺板均采用裝配式方案施工，則構(gòu)件預(yù)制需要的模具種類繁多，生產(chǎn)成本較高，且難以實現(xiàn)標準化。綜合考慮，初步選取公共區(qū)(避讓樓扶梯)及設(shè)備區(qū)未開洞部分的站臺板作為裝配式技術(shù)的施工對象。

2.1 明挖順作法

由于該車站采用明挖順作法施工，有較大的構(gòu)件運輸和吊裝空間，因此，在進行站臺板拆分時，盡可能減少站臺板的拆分數(shù)量，減少現(xiàn)場拼接工序。本方案將站臺板、左右邊側(cè)墻及中間梁柱視為整體，沿其中軸線對稱拆分成兩部分，具體如圖2所示。

圖2 站臺板拆分(方案1)

每個預(yù)制節(jié)段包括站臺板和側(cè)墻，其橫斷面為槽形。由于主體結(jié)構(gòu)框架柱的存在，部分站臺板需在框架柱位置開洞，因此，共存在4種規(guī)格的預(yù)制節(jié)段，如圖3所示。其中，預(yù)制塊A1為 2.565m×6.495m，重約11.36t；預(yù)制塊A2為2.565m×6.495m，重約11.61t；預(yù)制塊A3為3.03m×6.495m，重約13.73t；預(yù)制塊A4為3.03m×6.495m，重約13.48t。站臺板總面積2 980m2，設(shè)備區(qū)站臺板總面積831m2，可裝配面積約86.1m2，裝配率約10.4%；公共區(qū)站臺板總面積為2 149m2，可裝配面積 1 338.3m2， 裝配率約62.3%。裝配式站臺板區(qū)域如圖4所示。

圖3 站臺板預(yù)制節(jié)段尺寸(方案1)

圖4 裝配式站臺板區(qū)域(方案1)

2.2 暗挖法

如果車站位于繁華的城市中心區(qū)，明挖順作法受限，采用暗挖施工時，車站內(nèi)施工空間有限，且不能采用大型吊裝機械，因此，方案1的站臺板拆分并不適用。本節(jié)考慮有限施工空間和吊裝能力，提出了第2種站臺板拆分方案，站臺板有效寬度范圍內(nèi)橫向拆分如圖5所示。橫向拆分為4塊，共3種規(guī)格，綜合現(xiàn)場機械吊運能力及安裝要求，各預(yù)制塊的詳細尺寸及吊點設(shè)置如圖6所示。其中，預(yù)制塊A為0.99m×2.75m， 重約1.36t；預(yù)制塊B1為0.99m×2.55m，重約1.26t；預(yù)制塊B2為0.99m×3.2m，重約1.58t。設(shè)備區(qū)站臺板可裝配面積423.3m2，裝配率約50.9%；公共區(qū)站臺板可裝配面積1 811.7m2，裝配率約84.3%。裝配式站臺板區(qū)域如圖7所示。

圖5 站臺板拆分示意(方案2)

圖6 各預(yù)制塊構(gòu)造(方案2)

圖7 裝配式站臺板區(qū)域(方案2)

3 預(yù)制節(jié)段連接接頭設(shè)計

合理可靠的連接是裝配式建筑的關(guān)鍵，是確保結(jié)構(gòu)整體受力的前提?，F(xiàn)階段，建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域裝配式樓板的連接方式主要有兩種：①濕連接[9]，通過在連接處預(yù)留一定范圍的混凝土后澆帶進行連接；②干連接[10]，通過設(shè)置預(yù)埋的機械連接件進行連接。

對于適用于車站明挖順作法的方案1，站臺板拆分少，現(xiàn)場連接接頭少，僅包括預(yù)制塊間的接縫和與底板間的接縫。預(yù)制塊間的連接，采用企口砂漿擠密等連接方式；與底板間的連接，則采用預(yù)留杯形基礎(chǔ)后灌漿的連接方式，其構(gòu)造形式如圖8所示。其中，杯底厚度應(yīng)≥150mm，杯壁厚150～200mm。杯口基礎(chǔ)混凝土初凝后終凝前將芯模取出，并將杯口內(nèi)側(cè)表面混凝土鑿毛。柱插入杯口的深度h1不應(yīng)小于柱截面高度的1.0～1.2倍，且柱插入杯口部分的表面應(yīng)盡量鑿毛。柱與杯口之間的空隙，應(yīng)用細石混凝土充填密實，其強度達到基礎(chǔ)設(shè)計強度等級的70%以上時，方能進行上部吊裝。

圖8 杯形基礎(chǔ)連接示意

對于適用于車站暗挖法的方案2，由于受施工空間和吊裝能力的限制，站臺板拆分較細，連接接頭較多，主要可歸為兩大類：①板與板之間的連接，包括預(yù)制塊A和預(yù)制塊B1，B2的連接；②板與墻、梁的連接。

對于板間的連接，采用企口式后澆帶的連接方式[11]，具體的構(gòu)造措施如圖9所示。預(yù)制塊A和B擱置在主體結(jié)構(gòu)底縱梁上，底縱梁表面鑿毛處理，且鑿毛凹凸深度≥6mm；預(yù)制塊端部預(yù)留凹形企口，企口深度約30mm，且端面鑿毛處理，其鑿毛凹凸深度≥4mm；后澆帶總長度為840mm；后澆帶內(nèi)兩預(yù)制板鋼筋的搭接長度取10d(鋼筋直徑)。當(dāng)后澆帶遇到主體結(jié)構(gòu)中柱時，連接構(gòu)造如圖9b所示。預(yù)制站臺板直接擱置在底縱梁上，板內(nèi)鋼筋在中柱粗糙面處直接截斷，板端與柱間的縫隙約20mm，采用C40 CGM灌漿料封堵。

圖9 站臺板間連接接頭構(gòu)造

對于板與墻、梁的連接，則借鑒建筑結(jié)構(gòu)中預(yù)制梁與柱牛腿的連接方式[12]。預(yù)制站臺板與現(xiàn)澆側(cè)墻的連接構(gòu)造如圖10a所示，在側(cè)墻內(nèi)預(yù)埋22螺紋鋼筋，同時在預(yù)制站臺板的相應(yīng)位置預(yù)留直徑為40mm的孔洞，施工時，直接將預(yù)制站臺板穿過預(yù)埋鋼筋，并采用高強灌漿料對孔洞進行填充。預(yù)制站臺板與梁的連接如圖10b所示，在現(xiàn)澆梁內(nèi)沿寬度方向預(yù)埋2排22螺紋鋼筋，預(yù)制站臺板內(nèi)的預(yù)留孔洞直接穿過螺紋鋼筋。為避免兩預(yù)制塊在安裝時發(fā)生碰撞擠壓，中間預(yù)留10mm縫隙，并采用柔性材料填充。同樣，縱向預(yù)制站臺板之間也留10mm空隙，防止現(xiàn)場拼裝時預(yù)制板間擠壓碰撞。

圖10 站臺板與墻和梁連接接頭構(gòu)造

為確保預(yù)制站臺板的正常使用，對公共區(qū)和設(shè)備區(qū)預(yù)制站臺板的撓度和裂縫寬度進行了驗算。根據(jù)預(yù)制站臺板連接接頭構(gòu)造形式，偏于安全地認為板的邊界條件為兩端簡支，且以跨度最大的預(yù)制塊B2作為驗算依據(jù)。不同厚度站臺板的撓度和裂縫寬度如表1所示。

表1 預(yù)制站臺板撓度與裂縫寬度 mm

根據(jù)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》要求[13]，裂縫寬度不應(yīng)超過0.3mm，撓度不應(yīng)超過l/350(l為跨度)。預(yù)制塊B2的跨度為3 200mm，即允許撓度值約為9.1mm。對比表1可知，當(dāng)公共區(qū)板厚取≥180mm，設(shè)備區(qū)板厚取200mm時能滿足正常使用的裂縫寬度和撓度要求。另外，為了進一步減少預(yù)制站臺板的模具，公共區(qū)和設(shè)備區(qū)的預(yù)制站臺板厚度均取200mm，可使模具從12種規(guī)格減少至8種。

4 預(yù)制站臺板施工方案

合理的施工方案是保障裝配式正常使用的前提。對于適用于車站明挖順作法的方案1，受施工場地和吊裝能力的限制小，其施工方案較簡單，當(dāng)車站主體底板及框架柱施工完成后，直接利用龍門式起重機將預(yù)制站臺板吊裝就位，插入底板上預(yù)留的杯口內(nèi)即可完成安裝。

對于適用于車站暗挖法的方案2，所有施工作業(yè)在車站內(nèi)的封閉空間進行，運輸及吊裝空間有限。為達到施工要求和目的，綜合設(shè)計方案和施工環(huán)境，最終確定如下施工流程。

1)主體結(jié)構(gòu)施工的同時，工廠開始站臺板預(yù)制。

2)預(yù)制站臺板塊運輸至施工現(xiàn)場。

3)利用起重機將各預(yù)制塊從車站預(yù)留吊裝孔吊裝至車站內(nèi)部。

4)在站內(nèi)利用改裝叉車將各預(yù)制塊運輸就位。

5)以每20m為一段，先進行跨中站臺板預(yù)制塊B1和B2安裝，再進行左右側(cè)站臺板預(yù)制塊A安裝，最后進行后澆帶施工。

由于站內(nèi)運輸受到空間的限制，現(xiàn)有的設(shè)備并不能實現(xiàn)構(gòu)件的運輸和吊裝。為方便進行站內(nèi)運輸、吊裝，根據(jù)各預(yù)制塊的質(zhì)量和尺寸，本研究選取5t叉車進行改裝，主要包括：①為實現(xiàn)吊裝功能，在原來的叉車上增加吊臂；②為減少空氣污染，對動力系統(tǒng)進行改裝，將原來的燃油動力改為電動力。

相比于現(xiàn)澆方案，裝配式方案可明顯減少施工現(xiàn)場工人數(shù)，節(jié)約人工成本；施工工序更簡潔，施工效率高，施工質(zhì)量易控制；施工文明程度高，現(xiàn)場整潔。值得注意的是，由于裝配式站臺板需專門制作模具，當(dāng)建設(shè)工程量較小時，其總成本相比于現(xiàn)澆方案并無優(yōu)勢，但當(dāng)大范圍使用裝配式站臺板時，構(gòu)件拆分標準化，模具可反復(fù)使用，裝配式方案具備明顯的成本優(yōu)勢。

5 結(jié)語

本文以北京地鐵19號線一期工程新發(fā)地站為對象，探討了裝配式技術(shù)運用于站臺板的可行性，提出了兩種適用于不同車站施工方法的站臺板裝配式方案，重點分析了兩種裝配式方案的拆分設(shè)計、連接方法及施工方案，初步得到以下結(jié)論與建議。

1)為減少模板數(shù)量，使預(yù)制構(gòu)件標準化，建議選取開洞較少的設(shè)備區(qū)和公共區(qū)的站臺板作為預(yù)制對象。

2)對于采用明挖法施工的車站，由于受施工空間和吊裝能力的限制小，可將站臺板和側(cè)墻視為整體，分成左右對稱的2段。通過在底板預(yù)留杯口，實現(xiàn)站臺板的快速拼裝。

3)對于采用暗挖法施工的車站，將站臺板沿橫向拆分成4段，其尺寸和質(zhì)量均可滿足站內(nèi)封閉空間的施工要求，且站臺板的裝配率約75%。企口式后澆帶和插筋灌漿的連接形式，施工簡便，受力合理，能使裝配式站臺板連成整體。

4)與現(xiàn)澆方案相比，裝配式站臺板方案能明顯減少施工人數(shù)，提高施工效率和質(zhì)量，同時也能提高現(xiàn)場施工文明程度。