大断面地下有轨电车装配式结构型式研究

2022-06-07朱智勇

黑龙江交通科技 2022年4期

朱智勇

(山东汇通建设集团有限公司，山东济南 250000)

1 引言

我国建筑全过程碳排放总量占全国碳排放的比重约50%，在碳达峰、碳中和战略指引下，绿色建筑是建筑行业的重点发展趋势。装配式建筑能够在工厂生产，施工速度较快，质量高，可减小原材料浪费，降低碳排放量，被广泛推广。装配式建筑比现浇结构在施工质量、效率、经济性等方面更具优势，同时施工中对环境影响小，也更有利于操作人员身体健康。随着装配式建筑研究的深化，大量地下工程也采用了装配式施工，例如盾构隧道、装配式地下车站、综合管廊等，地下工程装配式施工正逐步成为地下工程的重要发展趋势[1]。地下工程面临复杂的水文地质环境，结构的耐久性、抗渗性要求高，且施工场地受限，大型设备使用难度大，这就造成了地下装配式结构施工难度大于地上装配式结构[2]。

地下交通结构往往里程较长、断面较大，受预制构件尺寸及施工工艺影响，装配式地下交通工程施工必然会存在大量接缝，极大的削弱了地下结构整体性与防水性能[3]。采用较少的分块型式可以提升结构的整体性及防水能力，但会造成装配式构件体积过大，预制、拼装等难度大、成型差等问题。对此，有必要开展大断面地下交通结构型式的研究，为地下结构装配式施工提供借鉴。

2 装配式地下结构型式

2.1 全预制结构

装配式地下结构型式按照构件的预制程度可分为全预制结构和预制-现浇叠合结构两类。全预制结构全部预制构件在工厂内生产完成，随后运输至现场通过拼装形成完成结构，构件安装时不再浇筑混凝土。全预制结构预制化程度高、施工速度快、施工质量可控。对于全预制结构，其结构断面可整体预制，也可采用分块预制最后拼装。整体预制结构就是将地下结构在纵向上进行分段，每一段一次预制成型，在施工现场通过承插口或预应力筋的形式纵向连接。整体预制的节段无横向接缝，整体性及防水性好，但预制节段自重较大，运输与吊装难度大，通常适用于较小断面的地下工程，例如地下综合管廊。整体预制构件多为单舱和双舱，少部分为三舱，甚至是多舱。2010年上海世博会园区综合管廊示范段长约200 m，管节采用单舱截面，管节的长度为2 m。结构的分块预制就是将结构分成几个小块分别预制，盾构隧道管片结构就是采用了分块预制，结构分块运至施工场地先拼装成为一个整环，随后在环与环之间连接最终形成整体结构。分块预制结构接缝较多，本身具有一定的柔性，结构整体性相对较低，接头处一旦施工不当会出现张开、错台，防水性能下降[4]。接头是分块预制结构设计的关键部位，目前常用的接头连接形式有螺栓连接、承插式连接等，地下结构设计时应根据实际情况进行接头选型。结构的分块数量也对结构使用性能具有重要影响，分块过多，结构的整体刚度下降，整体性降低，过多的接缝也不利于管片防水。分块较少必然会造成结构重量过大，施工中预制、拼装等难度大、成型差。结构分块设计时要结合受力与施工便捷性综合确定。目前盾构法建造的隧道多采用分块预制结构，结构分块型式根据断面的大小差距较大。长春地铁2#线共建成5座预制装配地铁车站，车站主体为单拱双层马蹄形结构，结构总宽20.5 m、总高17.45 m，结构由7个预制块组成，每环长度2 m。长春地铁预制车站全预制而成，避免了基坑内部主体结构的现浇。预制结构多个块体之间以及相邻环之间采用了“榫槽注浆式接头”连接，同时为了保障结构的防水能行，在接头部位布置了多道防水构件，整个车站外部除顶部外没有再设置外部防水层。

2.2 全预制结构

预制-现浇叠合结构也是装配式地下结构常采用的结构型式，预制-现浇叠合结构由预制结构与现浇结构通过一定的连接组合在一起，形成整体的地下结构。例如叠合板式拼装综合管廊，该型式将侧壁、顶板和底板进行分块，顶板一般采用叠合楼板构造，底板则一般采用整体现浇或叠合构造，各预制分块之间通过后浇叠合层进行连接。侧壁和顶板等各预制分块可自由组合，因此叠合板式拼装综合管廊的适用范围较广。

大体积地下结构多采用明挖+装配式的建造方式，例如长春地铁先采用桩锚结构施工基坑，基坑完成后在装配预制构件。明挖基坑建造中，混凝土灌注桩需预先施工。为了提升围护结构的装配式施工程度，济南地铁采用了预制方桩+现浇的叠合结构，实现临时支护与永久支护结合。基坑围护结构采用700 mm×700 mm的大尺寸预制方桩，方桩与主体结构侧墙叠合。该型式进一步提升了地下结构的装配化程度。

3 济阳有轨电车结构设计

新建至济阳区有轨电车工程线路全长约35.5 km，是连接济南城区至新旧动能起步区的重要交通线路，其中光明街站至工业北路站，全长6.3 km，设6站6区间，采用明挖施工，主体结构采用装配式施工。隧道穿越区主要为黄河冲积土层，冲积地层主要为粉质粘土、粉土、砂土等，地层条件较差，地下水丰富，埋藏浅，具有微承压性。主体装配式结构若分块较多，结构整体性及防水性降低，在富水地层中易出现渗漏水灾害，严重影响地下交通结构的耐久性。

为了保证结构的整体性，主体结构采用了较小的分块型式，预制结构外框尺寸10.3 m×6.1 m，每节标准长2 m，采用上、下分体式装配，上下结构高度分别为2.85、3.25 m，结构厚度50 cm，见图1，采用C50混凝土浇筑。济阳地区为黄河冲积地层，地下水丰富，较少的分块型式可以保障结构具有较高的防水性能。

图1 济阳有轨电车设计

预制节段上下部分采用承插口+预应力钢筋连接，结构内部预留槽口用以布置精轧螺纹钢筋，竖向螺纹钢筋施加永久预应力后在进行相邻节段的连接。相邻两节连接分为临时连接和永久连接，相邻节段靠拢后通过临时预应力光圆钢棒张拉连接，5环拼装完成后进行永久连接，采用钢绞线连接，连接前先拆除光圆钢棒，安装钢绞线，并进行张拉，钢绞线全部张拉完毕后进行灌浆，形成管节段的永久连接。预应力连接保证了结构的整体性，有助于提升结构防水性能。

断面分上、下两块预制块，纵向幅宽2 m，预制块体积较大，重量近100 t。主体结构分块少、体积大，拼装难度大。施工中，先采用龙门吊将试块吊至基坑内部专用平板运输车上，并在平板运输车上拼装上、下两块结构，并施作临时连接。单段管段拼装完成后。利用平板运输车运输至拼装管段前方，并通过顶升装置将预制管节安装在既有管节上。整个施工过程安全可靠，现场结构拼装良好，接缝张开、错台较小，结构安装质量高。