“預制+現澆”疊合拱殼工藝在地鐵車站中的應用*

楊 勇

(1.上海申通地鐵集團有限公司，201100，上海； 2.上海軌道交通十五號線發展有限公司，200063，上海∥工程師)

在國家大力倡導發展裝配式建筑的背景下，地鐵建設施工中開始探索使用預制裝配式結構。預制裝配式結構具有機械化程度高、縮短施工工期、表觀質量好、綠色環保等優點，是地鐵車站施工產業化發展的趨勢。

1 裝配式車站應用現狀

北京地鐵6號線西延工程的金安橋站裝配式車站試驗段為雙層三跨矩形斷面[1];濟南地鐵某車站結構頂板采用預制板和現澆頂板疊合，將第一道混凝土支撐與預制梁板相結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站兩個地鐵車站也采用了單拱結構形式[3]；法國巴黎市星廣場地鐵站采用暗挖裝配式結構，開挖后利用液壓鋼拱架逐一裝配預制管片形成主體結構，其結構斷面形式為單拱結構[4]；我國長春地鐵2號線袁家店站[5]是國內首座采用預制裝配式的地鐵車站，采用了拱頂直墻、單拱無柱全預制式的結構形式。

裝配式結構的節點是地下結構中最薄弱的部分。施工過程中需要重點關注裝配式結構拼縫處的防水問題。在上海這種富水軟土環境下，地下水對結構的影響顯著，上海軌道交通車站施工中還沒有采用預制裝配式結構的先例，缺乏全預制車站結構的設計和施工經驗。基于大力倡導裝配式建筑的發展導向，結合無柱大跨度拱形車站的優點，上海軌道交通15號線吳中路站項目首次提出了一種“預制+現澆”疊合拱殼的工藝體系。該工藝體系不僅應用了預制裝配式構件，釋放了現場作業空間,提高了施工效率，而且通過現澆疊合層較好地解決了預制裝配式節點防水的問題。

2 “預制+現澆”疊合拱殼結構體系

2.1 結構組成及受力體系分析

“預制+現澆”疊合拱殼工藝，是指將工廠預制混凝土拱殼運輸至現場后組成三鉸拱底模，然后在其上進行鋼筋綁扎和混凝土澆筑，從而形成無鉸疊合的拱殼結構。其結構組成包括預制層、現澆層、拱座，如圖1所示。

圖1 “預制+現澆”疊合拱殼的結構組成示意圖

考慮預制模具制作、構件運輸、構件吊裝等因素，先將混凝土拱殼分跨預制，運輸至現場后再進行拼裝。一跨預制拱殼單元由左右兩幅半跨預制混凝土拱殼拼裝后再與拱座鉸接，從而形成了三鉸拱結構，如圖2 a)所示。該結構除了要承受自身的重力荷載外，后續還要承受現場澆筑混凝土時的施工荷載。疊合層混凝土澆筑后，拱腳和拱頂的鉸節點全部轉換成剛性節點，結構體系由預制三鉸拱結構轉化為無鉸拱結構，如圖2 b)所示，此時結構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化

2.2 預制拱殼結構形式

如圖3所示，預制層采用預制雙肋混凝土拱板，沿拱殼的跨度方向以固定間距滿跨布置鋼筋桁架，以滿足現場澆筑混凝土時兩側懸臂端的承載要求。該結構既能減輕構件質量，方便施工，又能提高構件的抗彎剛度，滿足吊裝和運輸要求。

圖3 預制拱殼結構示意圖

2.3 節點構造形式及受力體系轉化

2.3.1 拱腳節點

預制拱殼的拱腳通過一對楔形止推支座實現與拱座間的快速連接。楔形止推支座可適應預制件與拱座之間的間隙誤差，安裝完成后用電焊固定，以承受預制拱殼成拱后自重產生的拱腳反力。現澆層鋼筋與拱座預埋鋼筋接駁器相連，混凝土澆筑后，預制層與二次現澆層構成疊合拱殼，共同承受荷載。此時，原三鉸拱的拱腳鉸節點轉化為剛性連接，如圖4所示。

a) 拱腳節點連接模型

b) 拱腳節點連接圖(混凝土澆筑前)

c) 拱腳節點連接圖(混凝土澆筑后)

2.3.2 拱頂節點

預制拱殼拱頂鉸接點的構造包括預埋鋼板、抗剪裝置和連接螺栓等，如圖5所示。抗剪裝置定位承插于預埋鋼板的預留孔中，在連接螺栓的配合下左右兩側拱殼精確對合，現澆層鋼筋與預制拱殼預留鋼筋相連。混凝土澆筑后，預制層與二次現澆層構成疊合拱殼，共同承受荷載，原三鉸拱拱頂鉸節點轉化為剛性連接，如圖6所示。

2.3.3 相鄰預制拱殼單元間板縫構造

考慮預制拱殼制作、拼裝施工誤差，相鄰預制拱殼單元間設計預留間隙為50 mm，便于拼裝過程中精調。施工時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。相鄰預制拱殼單元間的板縫構造如圖7所示。

a) 拱頂節點模型

b) 拱頂節點結構

a) 拱頂節點連接模型

b) 拱腳節點連接圖(混凝土澆筑前)

c) 拱腳節點連接圖(混凝土澆筑后)

圖7 相鄰預制拱殼單元間板縫構造

3 “預制+現澆”疊合拱殼施工流程

3.1 拱座施工

地下車站站廳層內襯墻和拱座混凝土澆筑需一次完成，施工前需要對內襯墻及拱座進行測量定位，尤其是對拱座內置預埋件進行精細測量定位，以保證后續預制拱殼拼裝就位的精度。內襯墻和拱座模板鋪設、鋼筋綁扎及預埋件安裝完成后，需對拱座預埋件進行復核測量，定位準確后再進行混凝土澆筑，澆筑過程中需要注意對預埋件的保護。混凝土養護后拆除模板，拱座混凝土強度達到設計要求后，方可進行預制拱殼的拼裝施工。

3.2 “預制+現澆”疊合拱殼施工

預制拱殼采用運架一體機進行拼裝施工。運架一體機由兩臺無線遙控的液壓模塊車和一組大型桁架支撐組成。預制拱殼運輸至現場后，利用履帶吊吊至運架一體機,通過運架一體機進行左右兩幅預制拱殼的組拼施工，完成后運架一體機沿著車站縱向由遠及近逐跨依次進行平移、就位、精調，并固定拱腳節點連接，從而完成預制拱殼的安裝。現澆鋼筋混凝土疊合層在預制拱板安裝完成后進行，在完成各連接縫構造處理后，進行鋼筋綁扎。混凝土澆筑按施工段分層對稱進行，并按照要求循序振搗、及時養護。拱殼施工的具體流程如圖8所示。

4 工程應用

吳中路站是上海軌道交通15號線的一座地下二層島式車站，地下一層為站廳層，地下二層為站臺層，車站主體的7～18軸為無柱大跨結構，頂板采用“預制+現澆”疊合拱殼結構[6]。該站7～18軸無柱大跨預制段區域縱向長度約93.7 m，橫向跨度約18.8 m。結合預制拱殼單元的制作、運輸和吊裝等因素，預制拱殼單元的寬度模數為3 m，因而整個預制段共30跨，每跨分左右半幅預制，半跨長度為9.4 m，單元分割線與縱向軸線正交。該站無柱大跨度區域共有60榀預制拱殼單元，按照拼裝速度2.5 h/榀計，則每天可完成4～5榀，10 d即可完成現場拼裝工作。通過該站的工程實踐可知,“預制+現澆”疊合拱殼施工工藝減少了滿堂腳手架搭設及支模等繁重工作，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量好、空間感強、舒適性高，如圖9所示。

a) 組裝左半跨

b) 組裝右半跨

c) 拱頂節點處理

d) 整垮運輸到位

e) 拱腳節點處理

f) 現澆層鋼筋混凝土施工

圖9 吳中路站“預制+現澆”疊合拱殼拼裝現場

5 結語

“預制+現澆”疊合拱殼工藝將預制拱形裝配式結構應用到地下車站施工中，克服了富水軟土環境中拼裝接縫滲漏水的問題，是預制拱形裝配式結構應用于富水軟土環境地下車站的一種創新嘗試。相比滿堂支模澆筑的傳統施工方式，采用“預制+現澆”疊合拱殼工藝進行大跨度拱殼結構施工，既符合裝配式建筑的發展導向，提高工廠預制構件在結構中的比例，又可減少現場支模的繁重工作，優化工藝流程，釋放施工空間，便于現場管理；同時,預制構件的制作精度高，外觀質量好，易于實現清水混凝土的感觀效果。該項技術有利于地鐵車站站廳層實現無柱大空間，帶給乘客更為寬敞、舒適的乘車體驗，具有良好的推廣價值和應用前景。