何瑩

海南元正建筑設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司第三設(shè)計(jì)事務(wù)所 海南 三亞 572000

1 裝配式地鐵車站

地鐵車站是地下軌道交通的停靠點(diǎn)，可以滿足客流中轉(zhuǎn)、運(yùn)送客流的功能。目前地鐵車站結(jié)構(gòu)包括島式和側(cè)式兩種。通常地鐵車站優(yōu)先采用明（蓋）挖法施工，結(jié)構(gòu)形式多采用雙柱三跨雙層或單柱雙跨雙層箱型框架結(jié)構(gòu)體系。目前地鐵車站設(shè)計(jì)中還存在著很多問題，一方面，地下地鐵車站頂板因需承擔(dān)填土荷載有及道路交通荷載，使得頂板構(gòu)件設(shè)計(jì)復(fù)雜；另一方面，地鐵車站屬于地下隱蔽工程，不可預(yù)見因素較多，導(dǎo)致施工周期較長，且多數(shù)車站處于交通便利的路口或商業(yè)中心區(qū)，客流量、交通量比較大，施工期間會(huì)造成道路的擁堵，嚴(yán)重影響人們的工作與生活[1-3]。

裝配式結(jié)構(gòu)是指以預(yù)制構(gòu)件為主要受力構(gòu)件，經(jīng)裝配或連接成的結(jié)構(gòu)[4]，具有材料利用率高、能源消耗低、現(xiàn)場濕作業(yè)少等優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)“節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地”目標(biāo)。

裝配式地鐵車站指將地鐵車站中框架結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件梁、柱在工廠預(yù)制后，在現(xiàn)場組裝、拼裝而成結(jié)構(gòu)，具有安全、高質(zhì)、高效、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)勢[5]。與地面建筑相比，除盾構(gòu)法隧道外,地下工程在裝配式建造技術(shù)方面的研究和應(yīng)用起步較晚。我國裝配式車站建造技術(shù)目前取得了一定成績,仍有很大的提升和拓展空間,在將來仍有許多新的課題需要研究,創(chuàng)新和發(fā)展仍是裝配式地鐵車站建設(shè)的主旋律。

2 裝配式地鐵車站發(fā)展

目前對地鐵裝配式的研究多集中在裝配式出入口、裝配式襯砌、預(yù)制站臺(tái)板、樓板等次要構(gòu)造，對地鐵結(jié)構(gòu)中預(yù)制主體結(jié)構(gòu)的研究相對較少。在國外，俄羅斯在預(yù)制裝配式地鐵車站結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了創(chuàng)新。俄羅斯利用單拱結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理和優(yōu)勢，修建了每座地鐵雙層換乘樞紐奧林匹克站，如圖1所示[6][7]。該車站的頂?shù)装寰鶠閱喂敖Y(jié)構(gòu)，通過拱結(jié)構(gòu)側(cè)向推力抵抗地下連續(xù)墻承擔(dān)的土壓力，構(gòu)件間連接采用錯(cuò)縫拼接，增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，車站所有構(gòu)件均為預(yù)制，施工速度快，施工作業(yè)環(huán)境好。

圖1 奧林匹克車站

法國的星廣場地鐵車站是暗挖裝配式地鐵車站結(jié)構(gòu)。該車站裝配式技術(shù)體現(xiàn)在側(cè)墻采用預(yù)制鋼筋混凝土拱結(jié)構(gòu)，然后在裝配式構(gòu)件達(dá)到要求后，進(jìn)行后續(xù)結(jié)構(gòu)施工。該工法有效結(jié)合了預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，初期支護(hù)和二次襯砌合為一體，取消了臨時(shí)支護(hù)，加快他工程建設(shè)速度，節(jié)省了工程造價(jià)。

國內(nèi)的預(yù)制裝配式地鐵車站起步較晚，目前僅在長春地鐵2#線袁家店站中施工完成。袁家占在施工中采用整體裝配方案，通過解剖結(jié)構(gòu)、構(gòu)件定位、制定合理拼接順序、構(gòu)件吊裝順序進(jìn)行整體組裝，如圖2所示。該方案具有施工便捷，縮短工期、勞動(dòng)力投入少、節(jié)省造價(jià)和材料用量等優(yōu)勢。

圖2 袁家村站

3 裝配式地鐵車站設(shè)計(jì)存在問題

國內(nèi)外的預(yù)制地鐵主體結(jié)構(gòu)主要采用的均是受力性能較好的拱結(jié)構(gòu)，具有形狀不規(guī)則和接縫較多缺陷。節(jié)點(diǎn)連接部位是裝配式結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)。相比地上裝配式結(jié)構(gòu)，地下裝配式結(jié)構(gòu)在節(jié)點(diǎn)連接部位需要解決連接強(qiáng)度和防水性能兩個(gè)方面。由于是分塊拼裝的，構(gòu)配件之間會(huì)留下大量的拼裝接縫。如果接縫位置強(qiáng)度和防水不能得到保障，結(jié)構(gòu)安全性受到威脅。

結(jié)構(gòu)的震害調(diào)查表明：預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)中預(yù)制構(gòu)件并沒有出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，破壞主要集中在接縫與節(jié)點(diǎn)處。而對下地下裝配式結(jié)構(gòu)受到地震力時(shí)，接頭與節(jié)點(diǎn)也不可避免地承受來自地層的橫向剪切作用。地鐵作為市政公用工程重要性不言而喻，考慮其結(jié)構(gòu)承載、百年耐久性、防水防滲等高要求高標(biāo)準(zhǔn)，因此對接頭的抗震以及消能耗能研究就顯得成為重要。另外，對于地鐵車站，尤其是處于地下水位比較高的地鐵車站，由于長期處于地下水位以下，對接縫與節(jié)點(diǎn)的抗?jié)B技術(shù)也是一個(gè)需要解決的關(guān)鍵問題，接縫與節(jié)點(diǎn)處的消能和抗?jié)B技術(shù)也是制約裝配式在地下地鐵車站普及應(yīng)用的主要瓶頸。此外，裝配式車站要和地下車站現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)一樣承擔(dān)外部荷載和巖層，兩者的結(jié)構(gòu)內(nèi)力大致相同，預(yù)制構(gòu)件在連接節(jié)點(diǎn)處的力學(xué)性能需要和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)一樣。因而，預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是地鐵車站裝配式設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

4 裝配式地鐵車站節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

裝配式地鐵車站節(jié)點(diǎn)主要有兩種連接方式，即“榫卯式”和“栓接式”。

“榫卯式”預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)如圖3較現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)構(gòu)造有以下兩方面優(yōu)勢：一是在提高工業(yè)化水平方面，“榫卯式”節(jié)點(diǎn)的預(yù)制構(gòu)件沒有外露的錨連鋼筋，解決了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在運(yùn)輸、吊裝安裝方面的不便；其次是在其提高混凝土結(jié)合面性能方面，“榫卯式”節(jié)點(diǎn)接縫處的預(yù)制混凝土突起間能較好咬合，咬合處可直接提供相應(yīng)的抵抗側(cè)向變形的能力，顯著提高抗裂性能和整體工作性能，對于預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)體系具有重要意義[8][9]。

圖3 裝配式地鐵車站榫卯式連接節(jié)點(diǎn)

“栓接式”是在地鐵車站側(cè)墻澆筑過程中預(yù)埋型鋼構(gòu)件，在工廠預(yù)制車站頂板的過程中預(yù)留孔洞，車站主體結(jié)構(gòu)與頂板連接時(shí)，將側(cè)墻預(yù)埋的鋼構(gòu)件穿過頂板預(yù)留孔洞，用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接的方法。地鐵區(qū)間盾構(gòu)管片采用高強(qiáng)螺栓經(jīng)驗(yàn)成熟，但是關(guān)于具體材質(zhì)、型號選取經(jīng)歷過漫長的探索，業(yè)內(nèi)盾構(gòu)管片多采用8.8s級，直徑M24mm，成型后區(qū)間結(jié)構(gòu)受力、耐久性各方面穩(wěn)定可靠。但是該思路經(jīng)過分析表明實(shí)際應(yīng)用困難重重、過于理想化，因此還需要針對細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)嚴(yán)格進(jìn)行分析和考量。

本文通過經(jīng)驗(yàn)類比法，結(jié)合自身對裝配式建筑結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)和研究，提出一種高強(qiáng)螺栓組合形式如圖4。該種連接方式是在車站側(cè)墻面的澆筑過程中，先預(yù)埋型鋼件，在工廠預(yù)制車站頂板的過程中預(yù)留孔洞。因車站裝配式方案里板、墻截面厚度800mm，通過企口錯(cuò)臺(tái)形成550mm+250mm兩部分，取最小截面250mm的十分之一厚度作為螺栓直徑認(rèn)為比較匹配（避免構(gòu)造破損）。設(shè)計(jì)時(shí)考慮一個(gè)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)2組螺栓，布設(shè)原則以“小而密間距”比“大而梳間距”避免應(yīng)力集中、使得受力性能更優(yōu)。

圖4 裝配式地鐵車站栓接式連接節(jié)點(diǎn)

5 結(jié)語

本文對國內(nèi)外裝配式地鐵車站發(fā)展進(jìn)行說明，指出裝配式地鐵車站關(guān)鍵問題為節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)，并對節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)進(jìn)行討論，最后提出一種高強(qiáng)螺栓組合形式連接方式設(shè)計(jì)思路，供設(shè)計(jì)參考。