地鐵車站裝配化設計研究

付志永

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210019）

1 地鐵車站裝配式設計的意義

軌道交通建設質量直接體現城市發展水平，因此在設計工作中需要優化地鐵車站建筑的規劃[1]。而很多國家將預制化作為技術發展的重要標志，當構件預制化程度越高時，技術水平越高，有助于加快修建速度。地鐵車站采用裝配式設計，有利于采用預制構件的工廠化趨勢，縮短工期進度、降低建設成本。同時能夠在很大程度上改善地下工程施工環境，提升工業化程度。我國各地對地鐵車站的設計均嘗試采用裝配式模式，如長春地鐵2號線、深圳地鐵1號線以及北京地鐵9號線等，為后續地鐵車站裝配式設計提供了重要參考。

2 地鐵車站裝配式設計存在的難點問題

由于我國對地鐵車站的裝配式設計研究起步較晚，從現有工程實例來看，主要存在3個難點。

2.1 軌頂風道設計存在難點

目前對該構件的設計施工大多采用現澆鋼筋混凝土軌頂風道，由于其所處的位置具有一定的特殊性，因此無法設計為與車站主體同時澆注。特別需要進行盾構施工的情況下，對通過車站的軌頂風道必須要采用后期澆注工藝。受該情況影響，將會出現土建施工二次進場的情況，占用后期機電設備安裝和裝修的時間，導致全線開通工期延后。另一方面，在后澆軌頂風道時，其施工空間相對較小，對混凝土的振搗和表面抹平工藝的實施難度較大，難以達到預期效果。

2.2 地鐵車站出入口設計存在難點

在地鐵車站的出入口設計中，傳統設計方式更注重梁與梁、梁與柱間的焊接、拼裝，除銹，涂裝（噴漆）等，現場工作量繁重，所需工期較長。以頂板模塊設計為例，如圖1所示。其對屋面板設計為鋁合金材質且厚度為3mm，通過設置分塊搭接的形式對屋面板進行連接，設計應用螺釘固定方法。同時在鋁板下部設計厚度為50mm的厚玻璃絲綿與單層鋁箔防潮層，避免出現滲水潮濕等情況，影響頂板使用性能。另外，對鋼板頂插芯的設計規格為6mm，并將方通鋼管焊接在鋼梁上部。最后在屋面板的尾部設計布置排水設施。因屋頂分塊搭接，有漏水隱患，且外觀整體性和觀感性不強。檐口采用3mm氟碳烤漆鋁板包邊，檐口內結構采用鋁合金方通與原有鋼結構焊接，拆卸不便，后期運營維護的難度較大。此外，外圍墻模塊的傳統設計方式，側重以不銹鋼駁接爪件的方法固定玻璃幕墻。具體形式如圖2所示。在設計中，選擇10mm+1.9PVB+10mm夾膠鋼化玻璃作為主材，利用不銹鋼駁接爪件將玻璃固定在鋼立柱上。該設計方式具有較為明顯的缺點，例如拆卸不便，后期玻璃替換難度大等，而且能夠清晰看到玻璃內側的固定爪件，影響通行視線及美觀性。

圖1 傳統出入口頂板模塊設計（單位：mm）

圖2 傳統出入口外圍墻模塊設計（單位：mm）

2.3 供變電所設計難點

供變電是地鐵車站的關鍵組成部分，直接關系到地下軌道列車的運行以及車站服務。對裝配式地鐵車站的供變電所設計來說，通常除了梁柱節點部分采用現澆方式外，對梁、柱、板、墻等均采用裝配式工藝。當進行供變電所設計時，通常選用膨脹螺栓進行設備固定和安裝。當結構板以及墻體等采用預制構件后，則會出現后錨固設計方式影響構件強度的情況。另一方面，在以往的地鐵車站設計方案中，預留孔洞的設計是在電纜夾層板上設置線孔和檢修人孔等，并且對不同設備需要確定不同的尺寸，制定進出線開孔要求。傳統地鐵變電所設計往往采用后澆處理方式，當設備開孔后再進行電纜基層板結構設計，該設計方法難以提升施工效率。

3 地鐵車站裝配化設計要點

3.1 軌頂風道裝配式設計

由于傳統的軌頂風道形式施工便利性存在限制，因此可將其改進為裝配式設計。采用全預制鋼筋混凝土軌頂風道形式，對底板和下掛梁等構件采用預制件。當盾構通過車站后，可安排在盾構施工的空閑時間進行下掛梁吊裝作業，并安裝側墻鋼制牛腿。當完成作業后可安排預制底板吊裝施工以及嵌縫處理。在該階段須注意吊裝預制板時，要協調避開區間掘進工序，保證渣車順利地通行。其中對預制下掛梁的具體設計參數，則是采用L型結構，高度一般設計為1230mm、單塊寬度應達到1000mm、厚度200mm，保證單塊下掛梁結構的自重約為452kg左右[2]。針對預制底板規格的控制，一般長度為4200mm、寬1000mm，如圖3所示。在設計安裝時保證相鄰底板間距為2mm。采用預埋角鋼的形式與底板焊接固定，再進行嵌縫處理。為了有效減輕規定風道底板的質量，底板厚度通常設計為50mm，單塊預制底板的質量在550kg左右，并在預制底板的邊緣結構梁處固定接觸網，有利于發揮裝配式軌頂風道的平整度高、結構耐久性好、維修費用低、防火以及環保性能優越等優勢。

3.2 出入口裝配式設計

出入口的功能可分為結構體系、頂板模塊、吊頂模塊。各模塊的材料、構件尺寸、連接方式從易于生產安裝等方面入手，考慮裝配式設計。

3.2.1 結構體系

采用裝配式鋼結構，各結構構件在工廠內進行加工制作，且部分構件已在工廠內采用高強螺栓拼接完成，運至現場后只需要進行部分高強螺栓拼裝即可，形成完整的結構受力體系：鋼結構工廠生產→結構構件工廠加工→部分螺栓拼裝→運至現場→部分螺栓拼裝→形成結構受力體系（圖4）。構件的表面涂裝工序大部分都可以在工廠內完成，如結構構件的除銹、涂裝（噴漆）等，運至現場安裝后只需要對安裝過程中損壞的部分進行現場補漆即可?？蓽p少現場工作量，減少工期。

3.2.2 頂板模塊

采用0.9mm鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面板，屋面板通長設置，杜絕搭接縫，杜絕螺釘穿透的固定方式，屋頂鋁鎂錳直立鎖邊自然排水，取消屋面排水溝，避免了漏水隱患，且外觀整體性和觀感性增強。檐口采用氟碳噴涂鋁型材檐口，檐口與原有鋼結構通過角鋼、螺栓連接，方便拆卸，降低后期運營維護的難度。大部分構件均可在工廠加工組裝完成，運至現場后部分拼接即可，現場工作量小，施工周期短，工程費用低[3]。

圖3 軌頂風道裝配式設計（單位：mm）

3.2.3 外圍墻模塊

基于裝配式設計，對外圍墻模塊的布置，主要采用 U 型鋼槽固定玻璃幕墻。并選用15mm+2.28PVB+15mm夾膠鋼化隔熱玻璃作為幕墻，具體設計形式如圖5所示。根據圖中所示，設計人員通過布置上下兩處通長的U型鋼槽來固定玻璃。該設計方式中的上端U型鋼槽具有拆卸性，便于后期進行玻璃維修、替換等作業，而且與傳統設計方式突出無遮擋、加強自然采光等特點。

3.2.4 吊頂模塊

采用鋁合金方通吊頂，在吊頂上設置LED條形燈，與吊頂平齊，在吊頂下方安裝廣播、監控等設備，導向、卷簾門等結合門頭設置。傳統、裝配式出入口設計中，吊頂模塊大同小異，均有靈活的可拆卸功能。

表1 傳統、裝配化出入口設計比選

圖4 裝配式鋼結構體系形成流程

圖5 裝配式出入口外圍墻模塊設計（單位：mm）

3.3 供變電裝配式設計

供變電部分是地鐵設計的關鍵內容之一。在具體設計工作中，應當在裝配式車站技術方向下，改變傳統的后錨固安裝方式，采用供變電設備裝配式安裝設計方案，促使地鐵變電所設計內容呈現模塊化、通用化的特點。具體設計要點如下。①合理設計設備包容性開孔和尺寸。按照變電所設備主流供貨商、柜型結構等設計開孔位置和尺寸，繪制可操作性較強的開孔圖，滿足電纜夾層板結構設計和預制構件生產要求。例如在保障變電所安全，保證智能的前提下，盡量選擇輕量化設備、小型化選型，對設備用房采用集中設計和標準化布置。例如針對卷鐵芯變壓器可縮小尺寸，將上網隔離開關、接地開關、柜體形式等設計在設備用房內[4]。②設備安裝預埋。將中壓GIS開關柜、DCI500V開關柜以及低壓開關柜等設備設計為成排布置形式，有利于設備基礎預埋件的模塊化和標準化設計。對直流牽引供電系統設備應當設計絕緣安裝方案，例如在直流開關柜安裝區域，設計使用絕緣材料取代設備用房內的地面裝修層，保證設備基礎與絕緣層形成一體化結構，極大的提高設備絕緣安裝效果。

4 結語

綜上所述，針對現有工程實例存在的難點以及傳統設計中出現的問題，須重點優化地鐵車站的結構選型、出入口以及供變電所等部分的設計內容。結合裝配式設計的模塊化和標準化特征，需要采用工廠生產預制構件、現場拼接安裝的方式，簡化設計流程，減少現場工作量，達到節約工期、降低成本的目標。在未來地下軌道交通建設項目中，對地鐵車站的裝配式設計將會成為重要發展趨勢。