采用型鋼混凝土組合結構的新型地鐵裝配式車站結構研究

鄔 澤，吳春冬，蔣小銳

中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055

新時代綠色發展觀在城市軌道交通建造領域的體現是應用綠色建造技術，其中裝配式車站建筑是地鐵車站建筑技術一體化的工業化產品，是決定軌道交通建設效率和效益能否最大化的關鍵。我國積極探索發展裝配式地下車站結構，文章在設計先行和全系統、全過程設計控制的理念下，統籌考慮技術的協同性、管理的系統性、資源的匹配性，提出一種新型裝配式地鐵車站建筑技術。

1 新型裝配式地下車站主體方案

1.1 技術特點

結合國內既有裝配式車站方案的優點，文章提出一種新型裝配式地下車站方案，其技術特點如下：

（1）高裝配率（全裝配結構）。該方案采用全裝配結構，裝配段除部分中板（樓扶梯開口部位）采用現澆施工外，其余部件均采用裝配式構件，標準段裝配率高達96.5%。

（2）構件一體化、標準化、輕量化。該方案裝配段標準斷面僅由頂板、中板、底板和左右側墻5大構件拼裝而成，最大程度上實現了構件的一體化和標準化。車站頂板采用型鋼-混凝土板組合結構，車站底板、側墻、中板均采用局部中空混凝土結構，最大限度地減輕了構件重量。

（3）結構抗震性能強。該方案采用榫槽連接、螺栓連接同預應力鋼絞線張拉相結合的接頭方案，無濕接頭，施工進度快，不用焊接，節省材料。同時采用高強螺栓及鋼絞線張拉法提高了裝配式結構節點受力的可靠性，增強了結構的抗震性能。

（4）車站淺覆土。該方案結構頂板采用平頂結構，在滿足限界及使用空間要求下，平頂結構保證了結構高度最小，減小了基坑開挖深度，有效減少了工程投資。

（5）增強防水設計。除了接縫防水，還增加了一道接縫外噴膜防水。

（6）建筑方案模塊化。建筑方案采用模塊化設計的形式，結合綜合管線，實現了內部裝配化安裝及裝修。

1.2 主要技術方案

文章以華南地區某地下兩層11m島式站臺無柱車站為例，進行新型裝配式車站方案設計。車站總長253.6m，其中標準段長224m，采用裝配式施工，標準段橫斷面寬20.9m、高 14.69m。

（1）結構總裝方案。車站標準段采用裝配化施工，為地下兩層無柱矩形框架結構，由頂板D塊、中板C塊、底板A塊和左右側墻B塊5塊預制構件拼裝而成，襯砌環寬2m，如圖1所示。

圖1 標準環結構總裝方案圖

（2）預制構件尺寸。①頂板D塊。車站頂板為型鋼-混凝土板組合結構。頂板上部為C50、P10鋼筋混凝土板，混凝土板長20.9m、寬2m、厚0.3m。頂板下部由3根長19.7m的H型鋼（H760mm×300mm×30mm×30mm）組合而成。H型鋼間距0.65m，下部焊接一塊寬1.6m、壁厚20mm的封底鋼板，如圖2所示。頂板所有鋼結構均采用Q345鋼，并對工字鋼進行防腐、2h防火處理。車站頂板組合構件總重59.7t，整體從預制廠運輸至現場安裝。②中板C塊。車站中板為長18.6m、寬2m、厚0.6m的局部中空鋼筋混凝土結構，采用C50混凝土，總重49.2t。③底板A塊。車站底板為長20.9m、寬2m、厚1.3m的局部中空鋼筋混凝土結構，為使側墻與底板連接處位于彎矩、剪力較小的部位，底板兩端墻角部位加高至3.15m。底板采用C50、P10混凝土，總重125.1t。④側墻B塊。車站標準環側墻為高10.48m、厚0.7m的鋼筋混凝土結構，構件編號B，總重37.8t。側墻局部中空，采用C50、P10混凝土。

圖2 頂板型鋼混凝土組合結構（單位：mm）

（3）主體結構節點方案。①底板A塊與側墻B塊連接。底板A塊與側墻B塊采用榫接接頭同預應力鋼絞線張拉相結合的接頭方式。接頭靠近側墻彎矩最小及剪力較小部位設置，于底板設置2道凸榫，接頭外側設置2根5×7φ5mm鋼絞線，對接縫進行后張拉拉緊。榫槽內預留注漿管，接頭緊固后灌注漿液。②頂板D塊與側墻B塊連接。頂板D塊與側墻B塊采用兩種方式連接，混凝土板與側墻采用榫接接頭同預應力鋼絞線張拉相結合的接頭方式；H型鋼下翼緣與側墻頂部預埋鋼板采用M24高強螺栓連接。此接頭連接部位寬1.1m，外側0.6m寬為混凝土連接面，于側墻設置一道凸榫，接頭外側設置2根5×7φ5mm鋼絞線，對接縫進行后張拉拉緊。榫槽內預留注漿管，接頭緊固后灌注漿液。接頭連接部位內側0.5m寬為H型鋼與側墻頂部預留鋼板連接，采用3排×8根M24高強螺栓緊固連接，螺栓強度為8.8級，其中蓋板采用槽孔，芯板采用標準圓孔。③中板C塊與側墻B塊連接。中板C塊與側墻B塊采用榫接接頭同高強螺栓相結合的接頭方式。于側墻B塊牛腿設置一道凸榫，同時在中板兩端各設置4根8.8級M24高強螺栓連接中板和牛腿。中板C塊與側墻B塊預留50mm空隙，緊固后澆筑C55微膨脹混凝土。榫槽內預留注漿管，接頭緊固后灌注改性環氧樹脂。④構件環縱向連接。構件環環向設置凹凸榫，底板設置2道，側墻和中板設置1道，頂板設置1道。構件環縱向通過多道預應力鋼絞線進行張拉緊固，每道縱向預制裝置孔槽設置1-7φ5mm鋼絞線，鋼絞線前端與上環襯砌環鋼絞線連接器連接，末端與千斤頂連接，通過千斤頂張拉鎖緊。接頭緊固后向榫槽和鋼絞線孔槽灌注漿液。根據預應力鋼絞線布置，底板對每道三元乙丙橡膠條能提供最大177kN/m壓緊力，側墻為80kN/m壓緊力，頂板為210kN/m壓緊力，滿足防水壓力要求。⑤防水設計。預制襯砌環以混凝土自防水為主，采用C50、P10防水混凝土；環向、縱向接縫設置44mm厚的三元乙丙橡膠密封墊，頂板設置1道，側墻、底板設置2道；側墻、頂板接縫外側噴涂丙烯酸鹽噴膜防水材料，噴涂范圍為接縫兩側各0.5m。⑥基坑設計。采用地連墻+三道內支撐支護體系，其中地連墻厚1m，第一道支撐為0.8m×1.0m鋼筋混凝土支撐，水平間距7m；第二、三道支撐為鋼支撐（直徑為φ800mm、厚度為20mm），水平間距為3.5m。底板A塊與側墻、中板、頂板BCD塊分作2單元組織施工，其中A塊單元超前逐段安裝，BCD塊單元逐環安裝，構件逐環安裝、肥槽分段回填、鋼（混凝土）支撐逐根拆除交替循環進行。

2 結構受力分析

2.1 整體受力、變形分析

對裝配式結構進行整體建模，進行承載力極限狀態和正常使用極限狀態驗收，均能滿足規范要求，如圖3、圖4所示。

圖3 三維計算模型

圖4 變形云圖

2.2 抗震分析

（1）反應位移法驗算E2地震作用抗震性能。經計算，E2地震作用下結構最大層間位移角為1/1519＜1/550，滿足規范要求，如圖5所示。

圖5 E2地震作用下層間位移

（2）時程分析法驗算E3地震作用抗震性能。由計算結果可見，2條天然地震波和1條人工地震波作用下的結構位移角最大值分別為1/317、1/390和1/656，均小于規范要求的1/250的限值，如圖6所示。

圖6 E3地震作用抗震性能

3 效益分析

3.1 裝配率

標準段除部分中板（樓扶梯開口部位）采用現澆外，均采用裝配式構件，標準段裝配率為96.5%。

3.2 工期對比

工期對比如表1所示。

表1 工期對比表

3.3 人工數量對比

人工數量對比如表2所示。

表2 人工數量對比表

4 結束語

文章提出的一種頂板采用型鋼混凝土組合結構的新型裝配式地鐵車站結構方案，具備高裝配率，構件一體化、標準化、輕量化，高抗震性能，淺覆土等特點，工期、人工數量對比傳統現澆明挖車站，分別節約30.3%和63.3%，整體效益提高顯著，值得推廣。