王俊龍

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,天津 300000）

0 前言

相對(duì)于主體結(jié)構(gòu)裝配式構(gòu)筑物，地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物發(fā)展相對(duì)緩慢且滯后。其主要原因是國(guó)內(nèi)場(chǎng)段早期數(shù)量較少，而場(chǎng)段內(nèi)裝配式小構(gòu)筑物種類繁多，且單一種類條件下的數(shù)量有限，難以適應(yīng)裝配式規(guī)?；a(chǎn)的需求。隨著地鐵建設(shè)的加速，國(guó)內(nèi)場(chǎng)段的數(shù)量日益增加，地鐵場(chǎng)段內(nèi)部分小構(gòu)筑物實(shí)現(xiàn)裝配式設(shè)計(jì)施工的必要性越來越強(qiáng)，也符合國(guó)家工程建設(shè)中高效節(jié)約的發(fā)展要求。探索地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物設(shè)計(jì)施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)也變得尤為重要。

1 地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物主要類型及優(yōu)勢(shì)

地鐵場(chǎng)段中可采用裝配式設(shè)計(jì)施工的小構(gòu)筑物主要包括排水明溝、綜合管溝、電纜溝、柱式檢查坑、地面排水找坡層、檢修平臺(tái)、圍墻系統(tǒng)等。

對(duì)于場(chǎng)段內(nèi)溝槽類的小構(gòu)筑物，比如排水明溝、綜合管溝、電纜溝等，其采用裝配式可在設(shè)計(jì)過程中提前處理管線碰撞、優(yōu)化管溝路徑，避免不同管溝系統(tǒng)間的管線沖突。即使在實(shí)際安裝施工過程中，遇到少量管溝空間沖突，也可通過調(diào)整預(yù)制構(gòu)件的組合方式來靈活處理施工沖突等問題。

對(duì)于場(chǎng)段內(nèi)柱式檢查坑、檢修平臺(tái)等小構(gòu)筑物。在設(shè)計(jì)過程中，裝配式預(yù)制構(gòu)件的靈活多樣組合，可以比選出較優(yōu)的構(gòu)筑物系統(tǒng)，保證其建筑拆分、結(jié)構(gòu)受力、構(gòu)件尺寸劃分等的合理性。在安裝施工過程中，也能避免出現(xiàn)大尺寸構(gòu)件無法安裝或操作安裝難度大等問題。

對(duì)于場(chǎng)段內(nèi)地面排水找坡層、圍墻系統(tǒng)等小構(gòu)筑物。比如，地面排水找坡層使用裝配式可保證排水坡度的精度，提高施工質(zhì)量。其通過裝配式安裝也可大大提高施工效率，縮短工期。圍墻系統(tǒng)通過裝配式設(shè)計(jì)施工，則可根據(jù)場(chǎng)段不同環(huán)境特點(diǎn)選取多樣化的圍墻形式，使其與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，提高圍墻系統(tǒng)的美觀度[1]。

2 地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物關(guān)鍵技術(shù)

2.1 裝配式小構(gòu)筑物的科學(xué)拆分

裝配式小構(gòu)筑物進(jìn)行科學(xué)地拆分主要是為了實(shí)現(xiàn)裝配式建筑單元的標(biāo)準(zhǔn)化，建筑單元的標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)裝配式建筑工業(yè)化的基礎(chǔ)。建筑的拆分主要涉及結(jié)構(gòu)的受力特征、安全可靠性、舒適度以及工程投資等方面，建筑的拆分方式的差異化，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生直接影響[2]。對(duì)地鐵場(chǎng)段小構(gòu)筑物進(jìn)行科學(xué)拆分，關(guān)鍵從以下幾個(gè)方面考慮：

2.1.1 建筑拆分時(shí)要兼顧合理受力

比如，現(xiàn)澆的地鐵場(chǎng)段檢修平臺(tái)整體位于梁柱體系上，整體受力均勻。若采用裝配式結(jié)構(gòu)形式，建筑單元?jiǎng)澐中杩紤]梁跨尺寸，通常采用1～2 跨為一個(gè)建筑劃分單元，若建筑劃分過小或者長(zhǎng)度為單跨的非整數(shù)倍，就存在結(jié)構(gòu)接縫不在梁上而造成結(jié)構(gòu)受力不均勻、接縫處理困難等問題。

2.1.2 建筑拆分需考慮裝配式構(gòu)件在制作、運(yùn)輸及吊裝的相關(guān)限制條件等要求

對(duì)于地鐵場(chǎng)段大庫(kù)內(nèi)采用裝配式建筑構(gòu)件，因存在庫(kù)內(nèi)限界、連接道路運(yùn)輸條件等限制，在進(jìn)行裝配式建筑拆分時(shí)，最大單元構(gòu)件需提前模擬運(yùn)輸路徑及方式。比如庫(kù)內(nèi)檢修平臺(tái)、柱式檢查坑等。柱式檢查坑由于立柱構(gòu)件小，標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)，對(duì)于制作、運(yùn)輸、吊裝的要求均不高，而檢修平臺(tái)建筑單元往往適應(yīng)梁柱跨度大的特點(diǎn)需盡量減少構(gòu)件長(zhǎng)度，在運(yùn)輸路徑模擬過程中，采用兩跨長(zhǎng)度的構(gòu)件若無法運(yùn)輸及吊裝，可采用單跨建筑構(gòu)件，以滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝的要求。

2.1.3 建筑拆分需考慮預(yù)制構(gòu)件配筋構(gòu)造的相關(guān)要求

對(duì)于部分對(duì)受力要求較高的小構(gòu)筑物，在進(jìn)行建筑拆分時(shí)還需考慮構(gòu)件單元的配筋等問題。比如，地鐵場(chǎng)段內(nèi)的綜合管溝以及電纜溝，因其常采用地下敷設(shè)，受其上部覆土深度、上部附加荷載等影響，綜合管溝（電纜溝）的配筋往往較大、結(jié)構(gòu)厚度也大。這就要求建筑拆分單元長(zhǎng)度不能過長(zhǎng)，其過長(zhǎng)不利于管溝的結(jié)構(gòu)受力，容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，影響結(jié)構(gòu)安全。

2.1.4 建筑拆分需考慮連接和安裝施工的相關(guān)要求

對(duì)于地鐵場(chǎng)段內(nèi)受力要求不高的小構(gòu)筑物（比如排水明溝），因其是施工操作便利，但對(duì)于防水要求高，過多的連接接頭不僅不利于接頭防水處理，接頭處構(gòu)件的施工質(zhì)量也難以保證，影響施工進(jìn)度。對(duì)于此類構(gòu)件，其位于直線地段的部分常采用長(zhǎng)度長(zhǎng)的建筑拆分形式，從而盡量減少接頭數(shù)量；其位于曲線地段的部分可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)要求采用長(zhǎng)度短的建筑拆分形式，靈活定制化預(yù)制。

2.1.5 建筑拆分需考慮預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的相關(guān)要求

在建筑拆分的過程中，盡量減少建筑拆分單元的規(guī)格種類，便于提高現(xiàn)場(chǎng)的預(yù)制生產(chǎn)效率。同時(shí)，大尺寸構(gòu)件采用大小規(guī)格組合套用的形式，既便于提高預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)效率，又可避免大尺寸構(gòu)件運(yùn)輸、安裝過程中遇到的各種難題。地鐵場(chǎng)段內(nèi)小構(gòu)筑物種類繁多，單個(gè)小構(gòu)筑物的數(shù)量少，這也是裝配式小構(gòu)筑物推廣難度大的原因，采用小尺寸構(gòu)件符合預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的要求。

2.2 裝配式小構(gòu)筑物關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的處理方法

地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物有以下幾個(gè)主要的處理關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，包括構(gòu)件單元建筑形狀的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)尺寸的確定、接口連接方式、接口防水處理措施。在設(shè)計(jì)及施工的過程中，處理好這些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物實(shí)施的重難點(diǎn)。關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的處理效果以及施工質(zhì)量直接影響到建筑的合理性及結(jié)構(gòu)的安全性[3]。以下就處理上述關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.2.1 鋼筋采用套筒連接方式

鋼筋采用套筒的連接技術(shù)應(yīng)用相對(duì)較早，主要應(yīng)用于樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工過程中，由于樁基礎(chǔ)鋼筋籠連接時(shí)采用焊接往往施工進(jìn)度難以保證，且受外界環(huán)境變化影響較大，鋼筋籠采用鋼套筒連接施工操作簡(jiǎn)單，雨天施工不受影響，大大提高了施工作業(yè)效率。

地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物里綜合管溝和電纜溝在構(gòu)件連接時(shí)可采用套筒連接方式。預(yù)制管溝單元在制作的過程中，根據(jù)鋼筋的位置和間距確定螺紋的規(guī)格和尺寸，同時(shí)在對(duì)應(yīng)構(gòu)件單元的鋼筋接頭預(yù)留好套筒。并在工廠預(yù)制時(shí)，隨機(jī)選取兩個(gè)管溝構(gòu)件單元進(jìn)行試連接，保證套筒與螺紋的精確定位、連接吻合。在現(xiàn)場(chǎng)管溝施工的過程中，首先開挖好管溝基坑，再將管溝現(xiàn)場(chǎng)吊裝擺放，現(xiàn)場(chǎng)管溝構(gòu)件通過套筒機(jī)械連接，最后對(duì)套筒連接部位進(jìn)行灌漿澆筑。整個(gè)過程中，要求鋼筋套筒的強(qiáng)度足夠大，灌漿材料的選擇滿足早強(qiáng)、高強(qiáng)的要求。施工期間做到套筒、鋼筋和灌漿材料間互相適配，搭配合理。

2.2.2 鋼筋采用漿錨連接方式

鋼筋漿錨連接是一種間接的錨固方式，適用于兩種預(yù)制裝配式構(gòu)件單元中鋼筋直徑大小不同的情況。首先，準(zhǔn)備需要搭接的鋼筋構(gòu)件，將兩種構(gòu)件按照一定的距離擺放，然后將其錨固在灌漿套筒、凹槽、節(jié)點(diǎn)等地方，兩個(gè)待搭接鋼筋的拉力通過橫向鋼筋轉(zhuǎn)化為剪力。此種技術(shù)在地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物中主要應(yīng)用于一些構(gòu)件單元受力差異化較大，特殊地段的不同構(gòu)件配筋差異化較大導(dǎo)致鋼筋直徑的差異化。比如，綜合管溝在位于空地或綠化帶區(qū)域下方時(shí)，由于其上部荷載較小，對(duì)應(yīng)的綜合管溝配筋少，配筋直徑也較?。痪C合管溝在位于道路下方時(shí)，由于其上部荷載較大，對(duì)應(yīng)的綜合管溝配筋多，配筋直徑也較大。鋼筋漿錨連接的長(zhǎng)度主要受三個(gè)方面因素控制：第一是在灌漿料中所采用的鋼筋的抗拉拔強(qiáng)度；第二是灌漿料的剪切破壞程度；第三是灌漿料中所采用混凝土的劈裂破壞程度。

2.2.3 接口防水處理技術(shù)

地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物由于構(gòu)件單元數(shù)量多，不可避免存在較多的結(jié)構(gòu)接縫，接縫的處理一方面影響小構(gòu)筑物的整體性、美觀性，另一方面，對(duì)于一些有防水要求的小構(gòu)筑物也影響其防水效果。裝配式小構(gòu)筑物單元接縫防水處理主要方式為：一是通過接縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；二是通過防水材料填充。

接縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可在預(yù)制小構(gòu)筑物單元接口處采用鋸齒形咬合卡槽，使得結(jié)構(gòu)間達(dá)到無縫銜接的效果，再對(duì)其整體接縫涂抹簡(jiǎn)單的防水膠便可達(dá)到較好的防水效果。比如，對(duì)于地鐵場(chǎng)段小構(gòu)筑物中的檢修平臺(tái)，其預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)單元接縫位于梁上，接縫處采用凹凸咬合卡槽無縫連接，安裝操作簡(jiǎn)單。安裝后，其整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性強(qiáng)，對(duì)接縫簡(jiǎn)單涂抹防水膠進(jìn)行細(xì)縫的防水處理，保證整體檢修平臺(tái)達(dá)到良好的防水效果。對(duì)于一些接縫間隙大，而通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或拼裝的方式均無法實(shí)現(xiàn)裝配式小構(gòu)筑物單元間完整貼合的小構(gòu)筑物，可采用防水材料填充的方式。比如，對(duì)于地鐵場(chǎng)段小構(gòu)筑物中排水明溝、電纜溝等，由于其接縫均為立體結(jié)構(gòu)，無法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)采用鋸齒形卡槽的方式貼合地安裝。常規(guī)安裝后，其兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元間接縫間隙較大，采用灌漿澆筑的方式處理難度大，防水效果差，對(duì)其采用較好的防水材料進(jìn)行填充處理往往能達(dá)到良好的防水效果。

3 裝配式小構(gòu)筑物相關(guān)新技術(shù)的應(yīng)用

3.1 BIM 技術(shù)的應(yīng)用

BIM 技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，特別是在處理工程管線排布、復(fù)雜結(jié)構(gòu)處理等方面發(fā)揮著突出作用。在地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物施工之前，使用BIM 技術(shù)將預(yù)制構(gòu)件模型化，按照設(shè)計(jì)安裝的要求，通過不同單元模型的組合來還原裝配式小構(gòu)筑物整體立體形式。在搭建立體模型的過程中可檢驗(yàn)該裝配式小構(gòu)筑物與其他建筑物是否存在空間沖突，并通過可視化BIM 模型進(jìn)行施工組織、工程籌劃等，提前預(yù)判施工過程中存在的重難點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)等。比如地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物中，排水明溝、綜合管溝、電纜溝均采用預(yù)制裝配式方式設(shè)計(jì)施工時(shí)，若各自獨(dú)立進(jìn)行裝配式設(shè)計(jì)，在交叉區(qū)域往往存在豎向標(biāo)高沖突等問題，在進(jìn)行施工安裝過程中也會(huì)出現(xiàn)裝配實(shí)施難、施工組織難度大等問題。通過BIM模型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提前進(jìn)行BIM 模型碰撞，避免施工中出現(xiàn)因設(shè)計(jì)問題而引起工程反復(fù)施工、重復(fù)施工等現(xiàn)象[4]。

地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物在施工過程中采用BIM 技術(shù)，可有效提高施工效率、減少成本、提高施工質(zhì)量水平。BIM 技術(shù)在地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物的應(yīng)用主要包括系統(tǒng)化場(chǎng)地管理、動(dòng)態(tài)化施工成本管理以及可視化施工管理方面。

3.1.1 系統(tǒng)化場(chǎng)地管理

在地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物施工組織的過程中，借助BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)提前對(duì)場(chǎng)地布置及施工過程進(jìn)行模擬，避免在實(shí)際施工過程中出現(xiàn)裝配式構(gòu)件的重復(fù)搬運(yùn)和搬運(yùn)路線沖突等。

3.1.2 動(dòng)態(tài)化施工成本管理

在地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物施工組織的過程中，將BIM 技術(shù)與時(shí)間、成本等因素有效結(jié)合、綜合考慮。通過虛擬現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)景來加快施工進(jìn)度和減少施工工期、進(jìn)行合理化的資源配置，對(duì)施工成本進(jìn)行動(dòng)態(tài)化高效管理。

3.1.3 可視化施工管理

在地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物施工之前，借助BIM 技術(shù)將各項(xiàng)施工工藝、復(fù)雜施工交叉點(diǎn)、預(yù)制裝配式構(gòu)件進(jìn)行系統(tǒng)化展示，使得現(xiàn)場(chǎng)管理實(shí)現(xiàn)可視化，管理更加客觀實(shí)際，避免一些主觀因素造成施工管理上的誤判，與此同時(shí)，也可通過可視化施工管理將不同關(guān)聯(lián)部門串聯(lián)起來，極大提升溝通效率[5]。

3.2 三維掃描技術(shù)

三維掃描技術(shù)是一種新型的多維建模技術(shù)，其應(yīng)用在裝配式小構(gòu)筑物中還處于探索階段。三維掃描技術(shù)的基本應(yīng)用思路是：首先，通過對(duì)不同尺寸的預(yù)制構(gòu)件建立實(shí)物模型；其次，通過三維掃描儀器對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行不同方位、不同角度的立體掃描，快速捕捉預(yù)制構(gòu)件的空間坐標(biāo)點(diǎn)；然后，將收集到的坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成預(yù)制構(gòu)件虛擬模型，并通過軟件將其組合成不同裝配式小構(gòu)筑物系統(tǒng)；最后，通過模型的受力計(jì)算、虛擬環(huán)境試驗(yàn)檢驗(yàn)等方式確定最終合理的裝配式小構(gòu)筑物系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于地鐵場(chǎng)段部分小構(gòu)筑物中[6]。

地鐵場(chǎng)段裝配式小構(gòu)筑物中，檢修平臺(tái)和圍墻系統(tǒng)應(yīng)用三維掃描技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。檢修平臺(tái)可以選取不同長(zhǎng)寬尺寸、不同厚度的預(yù)制構(gòu)件單元，并等比例分別制作一份實(shí)物模型，再通過三維掃描技術(shù)將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字模型，在軟件中對(duì)模型進(jìn)行多項(xiàng)重組，并進(jìn)行整體模型的受力分析，最終選取既經(jīng)濟(jì)又合理的裝配式檢修平臺(tái)系統(tǒng)。圍墻系統(tǒng)由于形式多樣，難以完成逐個(gè)單一模型的制作?？刹捎檬袌?chǎng)調(diào)研的方式，選取部分典型的圍墻樣式，通過三維掃描的方式，快速生成圍墻預(yù)制構(gòu)件的模型，最后通過軟件中裝配式構(gòu)件組合、多維場(chǎng)景模擬的方式，確定具體環(huán)境下的最佳裝配式圍墻系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于地鐵場(chǎng)段圍墻系統(tǒng)的建設(shè)安裝中[7]。

4 展望

地鐵場(chǎng)段小構(gòu)筑物采用裝配式建造的方式目前正處于探索和推廣階段。隨著未來地鐵場(chǎng)段內(nèi)裝配式構(gòu)筑物的應(yīng)用越來越廣泛，在鞏固預(yù)制構(gòu)件模型研究、安裝方案等方面的基礎(chǔ)上，將更多探索裝配式小構(gòu)筑物的新材料研發(fā)，使得裝配式技術(shù)與低碳節(jié)能緊密結(jié)合，進(jìn)一步節(jié)省裝配式小構(gòu)筑物成本，提高安裝效率，保證施工質(zhì)量。