大斷面地下有軌電車裝配式結(jié)構(gòu)型式研究

朱智勇

(山東匯通建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

1 引 言

我國建筑全過程碳排放總量占全國碳排放的比重約50%，在碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略指引下，綠色建筑是建筑行業(yè)的重點發(fā)展趨勢。裝配式建筑能夠在工廠生產(chǎn)，施工速度較快，質(zhì)量高，可減小原材料浪費，降低碳排放量，被廣泛推廣。裝配式建筑比現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)在施工質(zhì)量、效率、經(jīng)濟(jì)性等方面更具優(yōu)勢，同時施工中對環(huán)境影響小，也更有利于操作人員身體健康。隨著裝配式建筑研究的深化，大量地下工程也采用了裝配式施工，例如盾構(gòu)隧道、裝配式地下車站、綜合管廊等，地下工程裝配式施工正逐步成為地下工程的重要發(fā)展趨勢[1]。地下工程面臨復(fù)雜的水文地質(zhì)環(huán)境，結(jié)構(gòu)的耐久性、抗?jié)B性要求高，且施工場地受限，大型設(shè)備使用難度大，這就造成了地下裝配式結(jié)構(gòu)施工難度大于地上裝配式結(jié)構(gòu)[2]。

地下交通結(jié)構(gòu)往往里程較長、斷面較大，受預(yù)制構(gòu)件尺寸及施工工藝影響，裝配式地下交通工程施工必然會存在大量接縫，極大的削弱了地下結(jié)構(gòu)整體性與防水性能[3]。采用較少的分塊型式可以提升結(jié)構(gòu)的整體性及防水能力，但會造成裝配式構(gòu)件體積過大，預(yù)制、拼裝等難度大、成型差等問題。對此，有必要開展大斷面地下交通結(jié)構(gòu)型式的研究，為地下結(jié)構(gòu)裝配式施工提供借鑒。

2 裝配式地下結(jié)構(gòu)型式

2.1 全預(yù)制結(jié)構(gòu)

裝配式地下結(jié)構(gòu)型式按照構(gòu)件的預(yù)制程度可分為全預(yù)制結(jié)構(gòu)和預(yù)制-現(xiàn)澆疊合結(jié)構(gòu)兩類。全預(yù)制結(jié)構(gòu)全部預(yù)制構(gòu)件在工廠內(nèi)生產(chǎn)完成，隨后運輸至現(xiàn)場通過拼裝形成完成結(jié)構(gòu)，構(gòu)件安裝時不再澆筑混凝土。全預(yù)制結(jié)構(gòu)預(yù)制化程度高、施工速度快、施工質(zhì)量可控。對于全預(yù)制結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)斷面可整體預(yù)制，也可采用分塊預(yù)制最后拼裝。整體預(yù)制結(jié)構(gòu)就是將地下結(jié)構(gòu)在縱向上進(jìn)行分段，每一段一次預(yù)制成型，在施工現(xiàn)場通過承插口或預(yù)應(yīng)力筋的形式縱向連接。整體預(yù)制的節(jié)段無橫向接縫，整體性及防水性好，但預(yù)制節(jié)段自重較大，運輸與吊裝難度大，通常適用于較小斷面的地下工程，例如地下綜合管廊。整體預(yù)制構(gòu)件多為單艙和雙艙，少部分為三艙，甚至是多艙。2010年上海世博會園區(qū)綜合管廊示范段長約200 m，管節(jié)采用單艙截面，管節(jié)的長度為2 m。結(jié)構(gòu)的分塊預(yù)制就是將結(jié)構(gòu)分成幾個小塊分別預(yù)制，盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)就是采用了分塊預(yù)制，結(jié)構(gòu)分塊運至施工場地先拼裝成為一個整環(huán)，隨后在環(huán)與環(huán)之間連接最終形成整體結(jié)構(gòu)。分塊預(yù)制結(jié)構(gòu)接縫較多，本身具有一定的柔性，結(jié)構(gòu)整體性相對較低，接頭處一旦施工不當(dāng)會出現(xiàn)張開、錯臺，防水性能下降[4]。接頭是分塊預(yù)制結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵部位，目前常用的接頭連接形式有螺栓連接、承插式連接等，地下結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行接頭選型。結(jié)構(gòu)的分塊數(shù)量也對結(jié)構(gòu)使用性能具有重要影響，分塊過多，結(jié)構(gòu)的整體剛度下降，整體性降低，過多的接縫也不利于管片防水。分塊較少必然會造成結(jié)構(gòu)重量過大，施工中預(yù)制、拼裝等難度大、成型差。結(jié)構(gòu)分塊設(shè)計時要結(jié)合受力與施工便捷性綜合確定。目前盾構(gòu)法建造的隧道多采用分塊預(yù)制結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)分塊型式根據(jù)斷面的大小差距較大。長春地鐵2#線共建成5座預(yù)制裝配地鐵車站，車站主體為單拱雙層馬蹄形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)總寬20.5 m、總高17.45 m，結(jié)構(gòu)由7個預(yù)制塊組成，每環(huán)長度2 m。長春地鐵預(yù)制車站全預(yù)制而成，避免了基坑內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)澆。預(yù)制結(jié)構(gòu)多個塊體之間以及相鄰環(huán)之間采用了“榫槽注漿式接頭”連接，同時為了保障結(jié)構(gòu)的防水能行，在接頭部位布置了多道防水構(gòu)件，整個車站外部除頂部外沒有再設(shè)置外部防水層。

2.2 全預(yù)制結(jié)構(gòu)

預(yù)制-現(xiàn)澆疊合結(jié)構(gòu)也是裝配式地下結(jié)構(gòu)常采用的結(jié)構(gòu)型式，預(yù)制-現(xiàn)澆疊合結(jié)構(gòu)由預(yù)制結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)通過一定的連接組合在一起，形成整體的地下結(jié)構(gòu)。例如疊合板式拼裝綜合管廊，該型式將側(cè)壁、頂板和底板進(jìn)行分塊，頂板一般采用疊合樓板構(gòu)造，底板則一般采用整體現(xiàn)澆或疊合構(gòu)造，各預(yù)制分塊之間通過后澆疊合層進(jìn)行連接。側(cè)壁和頂板等各預(yù)制分塊可自由組合，因此疊合板式拼裝綜合管廊的適用范圍較廣。

大體積地下結(jié)構(gòu)多采用明挖+裝配式的建造方式，例如長春地鐵先采用樁錨結(jié)構(gòu)施工基坑，基坑完成后在裝配預(yù)制構(gòu)件。明挖基坑建造中，混凝土灌注樁需預(yù)先施工。為了提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)的裝配式施工程度，濟(jì)南地鐵采用了預(yù)制方樁+現(xiàn)澆的疊合結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)臨時支護(hù)與永久支護(hù)結(jié)合?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)采用700 mm×700 mm的大尺寸預(yù)制方樁，方樁與主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻疊合。該型式進(jìn)一步提升了地下結(jié)構(gòu)的裝配化程度。

3 濟(jì)陽有軌電車結(jié)構(gòu)設(shè)計

新建至濟(jì)陽區(qū)有軌電車工程線路全長約35.5 km，是連接濟(jì)南城區(qū)至新舊動能起步區(qū)的重要交通線路，其中光明街站至工業(yè)北路站，全長6.3 km，設(shè)6站6區(qū)間，采用明挖施工，主體結(jié)構(gòu)采用裝配式施工。隧道穿越區(qū)主要為黃河沖積土層，沖積地層主要為粉質(zhì)粘土、粉土、砂土等，地層條件較差，地下水豐富，埋藏淺，具有微承壓性。主體裝配式結(jié)構(gòu)若分塊較多，結(jié)構(gòu)整體性及防水性降低，在富水地層中易出現(xiàn)滲漏水災(zāi)害，嚴(yán)重影響地下交通結(jié)構(gòu)的耐久性。

為了保證結(jié)構(gòu)的整體性，主體結(jié)構(gòu)采用了較小的分塊型式，預(yù)制結(jié)構(gòu)外框尺寸10.3 m×6.1 m，每節(jié)標(biāo)準(zhǔn)長2 m，采用上、下分體式裝配，上下結(jié)構(gòu)高度分別為2.85、3.25 m，結(jié)構(gòu)厚度50 cm，見圖1，采用C50混凝土澆筑。濟(jì)陽地區(qū)為黃河沖積地層，地下水豐富，較少的分塊型式可以保障結(jié)構(gòu)具有較高的防水性能。

圖1 濟(jì)陽有軌電車設(shè)計

預(yù)制節(jié)段上下部分采用承插口+預(yù)應(yīng)力鋼筋連接，結(jié)構(gòu)內(nèi)部預(yù)留槽口用以布置精軋螺紋鋼筋，豎向螺紋鋼筋施加永久預(yù)應(yīng)力后在進(jìn)行相鄰節(jié)段的連接。相鄰兩節(jié)連接分為臨時連接和永久連接，相鄰節(jié)段靠攏后通過臨時預(yù)應(yīng)力光圓鋼棒張拉連接，5環(huán)拼裝完成后進(jìn)行永久連接，采用鋼絞線連接，連接前先拆除光圓鋼棒，安裝鋼絞線，并進(jìn)行張拉，鋼絞線全部張拉完畢后進(jìn)行灌漿，形成管節(jié)段的永久連接。預(yù)應(yīng)力連接保證了結(jié)構(gòu)的整體性，有助于提升結(jié)構(gòu)防水性能。

斷面分上、下兩塊預(yù)制塊，縱向幅寬2 m，預(yù)制塊體積較大，重量近100 t。主體結(jié)構(gòu)分塊少、體積大，拼裝難度大。施工中，先采用龍門吊將試塊吊至基坑內(nèi)部專用平板運輸車上，并在平板運輸車上拼裝上、下兩塊結(jié)構(gòu)，并施作臨時連接。單段管段拼裝完成后。利用平板運輸車運輸至拼裝管段前方，并通過頂升裝置將預(yù)制管節(jié)安裝在既有管節(jié)上。整個施工過程安全可靠，現(xiàn)場結(jié)構(gòu)拼裝良好，接縫張開、錯臺較小，結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量高。

4 結(jié) 論

合理的選擇預(yù)制結(jié)構(gòu)型式對地下工程裝配建造具有重要意義，依托濟(jì)陽有軌電車項目，開展了裝配式結(jié)構(gòu)型式，得到了以下結(jié)論。

(1)配式地下結(jié)構(gòu)型式按照構(gòu)件的預(yù)制程度可分為全預(yù)制結(jié)構(gòu)和預(yù)制-現(xiàn)澆疊合結(jié)構(gòu)兩類，結(jié)構(gòu)型式不同，結(jié)構(gòu)的受力特征具有明顯差別。

(2)濟(jì)陽有軌電車項目地下水豐富，對結(jié)構(gòu)防水性能要求高，應(yīng)采用較少的分塊型式，研究給出了濟(jì)陽有軌電車項目上、下分塊的結(jié)構(gòu)型式。

(3)主體結(jié)構(gòu)分塊少、體積大，拼裝難度大，提出了先整環(huán)拼裝，后縱向拼裝的施工方式，建立了大噸位的預(yù)制構(gòu)件拼裝方法，保障了拼裝質(zhì)量。