“預(yù)制+現(xiàn)澆”疊合拱殼工藝在地鐵車站中的應(yīng)用*

楊 勇

(1.上海申通地鐵集團(tuán)有限公司，201100，上海； 2.上海軌道交通十五號(hào)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(jī)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(diǎn)，是地鐵車站施工產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的趨勢(shì)。

1 裝配式車站應(yīng)用現(xiàn)狀

北京地鐵6號(hào)線西延工程的金安橋站裝配式車站試驗(yàn)段為雙層三跨矩形斷面[1];濟(jì)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(chǎng)站兩個(gè)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(chǎng)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(hào)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(diǎn)是地下結(jié)構(gòu)中最薄弱的部分。施工過程中需要重點(diǎn)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(duì)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(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)?；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(diǎn)，上海軌道交通15號(hào)線吳中路站項(xiàng)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(chǎng)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(diǎn)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(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后組成三鉸拱底模，然后在其上進(jìn)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(yùn)輸、構(gòu)件吊裝等因素，先將混凝土拱殼分跨預(yù)制，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后再進(jìn)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(chǎng)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(diǎn)全部轉(zhuǎn)換成剛性節(jié)點(diǎn)，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(shí)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(chǎng)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(yùn)輸要求。

圖3 預(yù)制拱殼結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式及受力體系轉(zhuǎn)化

2.3.1 拱腳節(jié)點(diǎn)

預(yù)制拱殼的拱腳通過一對(duì)楔形止推支座實(shí)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。現(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(shí)，原三鉸拱的拱腳鉸節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為剛性連接，如圖4所示。

a) 拱腳節(jié)點(diǎn)連接模型

b) 拱腳節(jié)點(diǎn)連接圖(混凝土澆筑前)

c) 拱腳節(jié)點(diǎn)連接圖(混凝土澆筑后)

2.3.2 拱頂節(jié)點(diǎn)

預(yù)制拱殼拱頂鉸接點(diǎn)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(duì)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(diǎn)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(jì)預(yù)留間隙為50 mm，便于拼裝過程中精調(diào)。施工時(shí)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(diǎn)模型

b) 拱頂節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

a) 拱頂節(jié)點(diǎn)連接模型

b) 拱腳節(jié)點(diǎn)連接圖(混凝土澆筑前)

c) 拱腳節(jié)點(diǎn)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(duì)內(nèi)襯墻及拱座進(jìn)行測(cè)量定位，尤其是對(duì)拱座內(nèi)置預(yù)埋件進(jìn)行精細(xì)測(cè)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(duì)拱座預(yù)埋件進(jìn)行復(fù)核測(cè)量，定位準(zhǔn)確后再進(jìn)行混凝土澆筑，澆筑過程中需要注意對(duì)預(yù)埋件的保護(hù)。混凝土養(yǎng)護(hù)后拆除模板，拱座混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)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(yùn)架一體機(jī)進(jìn)行拼裝施工。運(yùn)架一體機(jī)由兩臺(tái)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(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后，利用履帶吊吊至運(yùn)架一體機(jī),通過運(yùn)架一體機(jī)進(jìn)行左右兩幅預(yù)制拱殼的組拼施工，完成后運(yùn)架一體機(jī)沿著車站縱向由遠(yuǎn)及近逐跨依次進(jìn)行平移、就位、精調(diào)，并固定拱腳節(jié)點(diǎn)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(jìn)行，在完成各連接縫構(gòu)造處理后，進(jìn)行鋼筋綁扎。混凝土澆筑按施工段分層對(duì)稱進(jìn)行，并按照要求循序振搗、及時(shí)養(yǎng)護(hù)。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(hào)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(tái)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(yùn)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(gè)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(jì)，則每天可完成4～5榀，10 d即可完成現(xiàn)場(chǎng)拼裝工作。通過該站的工程實(shí)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(qiáng)、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(diǎn)處理

d) 整垮運(yùn)輸?shù)轿?/p>

e) 拱腳節(jié)點(diǎn)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(chǎng)

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(jìn)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(chǎng)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(chǎng)管理；同時(shí),預(yù)制構(gòu)件的制作精度高，外觀質(zhì)量好，易于實(shí)現(xiàn)清水混凝土的感觀效果。該項(xiàng)技術(shù)有利于地鐵車站站廳層實(shí)現(xiàn)無柱大空間，帶給乘客更為寬敞、舒適的乘車體驗(yàn)，具有良好的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。