摘要

Abstract

以北京地鐵19號線一期新發地站為物件，探討裝配式技術在車站站臺板中的應用，重點討論了車站在明挖和暗挖兩種不同施工方案下裝配式站臺板的拆分設計、連線接頭構造及施工方案。結果表明：對於明挖順作的車站，可將站臺板及側牆作為整體拆分成2個預製段，利用底板預留杯口實現快速裝配；對於暗挖的車站，將站臺板橫向拆分成4段，站臺板的裝配率可達75%。裝配式站臺板能明顯減少施工人數，提高施工質量，為真正實現軌道交通綠色安全建造提供了思路。

引言

隨著城市化程序的加快，城市人口迅速增加，交通堵塞問題日益嚴峻。地鐵軌道交通執行速度快，運載能力強，是有效緩解城市交通壓力的重要手段。近20年，我國的軌道交通保持了高強度發展，2015年後，伴隨國家大力投入基礎設施建設政策的出臺，國內軌道交通建設進入新一輪繁榮的。

目前地鐵軌道交通的施工方法仍以淺埋礦山法、明挖順作法、暗挖逆作法和盾構法等傳統工藝為主，多倚重簡單勞動力的高強度使用，整體建設技術科技含量較低、建設效率偏低，且對環境的可持續發展考慮不足。如何實現地鐵軌道交通的綠色安全建造是亟需解決的難題。

裝配式技術是建造方式的變革，它利用預製部品部件的現場裝配形成建築，具有節能環保、施工進度快、工程造價低等優點。目前，裝配式技術已逐步應用於地鐵車站建造，如長春地鐵2號線袁家店站和北京地鐵6號線金安橋站等多個地鐵車站建造採用了裝配式技術。另外，眾多學者也開始研究裝配式技術在地鐵車站中的運用，如杜修力等對地鐵車站裝配式梁板柱中節點的抗震效能展開了研究；鍾春玲等利用有限元方法對裝配式地鐵車站的力學效能展開了研究；李兆平等對裝配式地鐵車站雙榫槽式接頭的抗彎效能進行了試驗研究。雖然裝配式技術在地鐵車站的建造中取得了較大的突破，但主要集中在車站主體結構的建造方面，而關於地鐵車站二次結構的裝配式技術應用與研究鮮有報道。如站臺板、隔牆、軌頂風道、樓梯和出入口等二次結構的建造工程量巨大，且施工工序多、生產環境複雜、施工質量難以控制，對周邊環境影響大。因此，如何將裝配式技術應用到地鐵車站二次結構的建造中具有重要意義。

本文將以北京地鐵19號線一期工程新發地站的站臺板為物件，對站臺板的裝配式技術展開探索研究。重點針對目前地鐵車站常用的明挖法和暗挖法，討論了適用於不同施工方案的裝配式站臺板的拆分方法、站臺板連線節點設計及具體施工方案，為後續地鐵車站的安全綠色建設提供參考。

Part 01

工程概況

新發地站是北京地鐵19號線一期工程的中間站，位於豐臺區京開高速新發地北橋東北象限綠地內，沿京開高速東側綠地南北向佈置，為地下3層13 m島式站。車站主體結構為3層雙柱3跨的框架結構，車站設計起(終)點裡程為：K33+178.623—K33+424.623，有效站臺中心裡程為 K33+291.623，總長246m，標準段寬22.3m，頂板覆土約厚3.3m，軌面埋深約22.388m。車站共設定3個出入口、4個安全出口，兩端各設定2組風亭（頂板頂出設計）。車站主體結構採用明挖法施工，兩端接盾構區間。車站主要構件的設計使用年限為100年，永久構件的安全等級為一級，二次結構構件在按荷載效應基本組合進行承載力計算時，結構重要性係數取1.1，按荷載效應的偶然組合進行承載力計算時，結構重要性係數取1.0。

新發地車站站臺板的典型剖面如圖1所示。站臺板有效寬度為13.0m，有效長度約為186.0m。板底距離底板高度為1.39m，兩端設定200mm厚端牆，跨中設定鋼筋混凝土梁，梁下為300mm×300mm鋼筋混凝土柱。

Part 02

裝配式站臺板拆分設計

拆分是裝配式技術的關鍵環節。構件拆分受多方面因素的影響，如建築功能性、結構合理性、製作運輸安裝環節的可行性和便利性。本車站站臺板的拆分原則大致如下：①拆分應考慮站臺板受力的合理性，如按單向還是雙向板考慮；②構件拆分接縫宜選在應力較小部位；③儘可能減少構件規格和連線節點種類；④宜與相鄰的相關構件拆分協調一致；⑤充分考慮預製構件的製作、運輸、安裝各環節對預製構件拆分設計的限制，遵循受力合理、連線簡單、施工方便、少規格、多組合的原則。

由於地鐵車站內不同位置站臺板建築功能的差異，整個站臺板的規格並不完全一致，公共區樓梯和裝置區開洞較多，如果所有站臺板均採用裝配式方案施工，則構件預製需要的模具種類繁多，生產成本較高，且難以實現標準化。綜合考慮，初步選取公共區（避讓樓扶梯）及裝置區未開洞部分的站臺板作為裝配式技術的施工物件。

2.1明挖順作法

由於該車站採用明挖順作法施工，有較大的構件運輸和吊裝空間，因此，在進行站臺板拆分時，儘可能減少站臺板的拆分數量，減少現場拼接工序。本方案將站臺板、左右邊側牆及中間樑柱視為整體，沿其中軸線對稱拆分成兩部分，具體如圖2所示。

每個預製節段包括站臺板和側牆，其橫斷面為槽形。由於主體結構框架柱的存在，部分站臺板需在框架柱位置開洞，因此，共存在4種規格的預製節段，如圖3所示。其中，預製塊A1為 2.565m×6.495m，重約11.36t；預製塊A2為2.565m×6.495m，重約11.61t；預製塊A3為3.03m×6.495m，重約13.73t；預製塊A4為3.03m×6.495m，重約13.48t。站臺板總面積2 980㎡，裝置區站臺板總面積831㎡，可裝配面積約86.1㎡，裝配率約10.4%；公共區站臺板總面積為2149㎡，可裝配面積1 338.3㎡，裝配率約62.3%。裝配式站臺板區域如圖4所示。

2.2暗挖法

如果車站位於繁華的城市中心區，明挖順作法受限，採用暗挖施工時，車站內施工空間有限，且不能採用大型吊裝機械，因此，方案1的站臺板拆分並不適用。本節考慮有限施工空間和吊裝能力，提出了第2種站臺板拆分方案，站臺板有效寬度範圍內橫向拆分如圖5所示。橫向拆分為4塊，共3種規格，綜合現場機械吊運能力及安裝要求，各預製塊的詳細尺寸及吊點設定如圖6所示。其中，預製塊A為0.99m×2.75m，重約1.36t；預製塊B1為0.99m×2.55m，重約1.26t；預製塊B2為0.99m×3.2m，重約1.58t。裝置區站臺板可裝配面積423.3㎡，裝配率約50.9%；公共區站臺板可裝配面積1 811.72㎡，裝配率約84.3%。裝配式站臺板區域如圖7所示。

Part 03

預製節段連線接頭設計

合理可靠的連線是裝配式建築的關鍵，是確保結構整體受力的前提。現階段，建築結構領域裝配式樓板的連線方式主要有兩種：①溼連線，透過在連線處預留一定範圍的混凝土後澆帶進行連線；②干連接，透過設定預埋的機械連線件進行連線。

對於適用於車站明挖順作法的方案1，站臺板拆分少，現場連線接頭少，僅包括預製塊間的接縫和與底板間的接縫。預製塊間的連線，採用企口砂漿擠密等連線方式；與底板間的連線，則採用預留杯形基礎後灌漿的連線方式，其構造形式如圖8所示。其中，杯底厚度應≥150mm，杯壁厚150~200mm。杯口基礎混凝土初凝後終凝前將芯模取出，並將杯口內側表面混凝土鑿毛。柱插入杯口的深度h不應小於柱截面高度的1.0~1.2倍，且柱插入杯口部分的表面應儘量鑿毛。柱與杯口之間的空隙，應用細石混凝土充填密實，其強度達到基礎設計強度等級的70%以上時，方能進行上部吊裝。

對於適用於車站暗挖法的方案2，由於受施工空間和吊裝能力的限制，站臺板拆分較細，連線接頭較多，主要可歸為兩大類：①板與板之間的連線，包括預製塊A和預製塊B1，B2的連線；②板與牆、梁的連線。

對於板間的連線，採用企口式後澆帶的連線方式，具體的構造措施如圖9所示。預製塊A和B擱置在主體結構底縱梁上，底縱梁表面鑿毛處理，且鑿毛凹凸深度≥6mm；預製塊端部預留凹形企口，企口深度約30mm，且端面鑿毛處理，其鑿毛凹凸深度≥4mm；後澆帶總長度為840mm；後澆帶內兩預製板鋼筋的搭接長度取10d(鋼筋直徑)。當後澆帶遇到主體結構中柱時，連線構造如圖9b所示。預製站臺板直接擱置在底縱梁上，板內鋼筋在中柱粗糙面處直接截斷，板端與柱間的縫隙約20mm，採用C40 CGM灌漿料封堵。

對於板與牆、梁的連線，則借鑑建築結構中預製梁與柱牛腿的連線方式。預製站臺板與現澆側牆的連線構造如圖10a所示，在側牆內預埋22螺紋鋼筋，同時在預製站臺板的相應位置預留直徑為40mm的孔洞，施工時，直接將預製站臺板穿過預埋鋼筋，並採用高強灌漿料對孔洞進行填充。預製站臺板與梁的連線如圖10b所示，在現澆梁內沿寬度方向預埋2排22螺紋鋼筋，預製站臺板內的預留孔洞直接穿過螺紋鋼筋。為避免兩預製塊在安裝時發生碰撞擠壓，中間預留10mm縫隙，並採用柔性材料填充。同樣，縱向預製站臺板之間也留10mm空隙，防止現場拼裝時預製板間擠壓碰撞。

為確保預製站臺板的正常使用，對公共區和裝置區預製站臺板的撓度和裂縫寬度進行了驗算。根據預製站臺板連線接頭構造形式，偏於安全地認為板的邊界條件為兩端簡支，且以跨度最大的預製塊B2作為驗算依據。不同厚度站臺板的撓度和裂縫寬度如表1所示。

根據GB 50010—2010《混凝土結構設計規範》要求，裂縫寬度不應超過0.3mm，撓度不應超過l/350（l為跨度）。預製塊B2的跨度為3200mm，即允許撓度值約為9.1mm。對比表1可知，當公共區板厚取≥180mm，裝置區板厚取200mm時能滿足正常使用的裂縫寬度和撓度要求。另外，為了進一步減少預製站臺板的模具，公共區和裝置區的預製站臺板厚度均取200mm，可使模具從12種規格減少至8種。

Part 04

預製站臺板施工方案

合理的施工方案是保障裝配式正常使用的前提。對於適用於車站明挖順作法的方案1，受施工場地和吊裝能力的限制小，其施工方案較簡單，當車站主體底板及框架柱施工完成後，直接利用龍門式起重機將預製站臺板吊裝就位，插入底板上預留的杯口內即可完成安裝。

對於適用於車站暗挖法的方案2，所有施工作業在車站內的封閉空間進行，運輸及吊裝空間有限。為達到施工要求和目的，綜合設計方案和施工環境，最終確定如下施工流程。

1）主體結構施工的同時，工廠開始站臺板預製。

2）預製站臺板塊運輸至施工現場。

3）利用起重機將各預製塊從車站預留吊裝孔吊裝至車站內部。

4）在站內利用改裝叉車將各預製塊運輸就位。

5）以每20m為一段，先進行跨中站臺板預製塊B1和B2安裝，再進行左右側站臺板預製塊A安裝，最後進行後澆帶施工。

由於站內運輸受到空間的限制，現有的裝置並不能實現構件的運輸和吊裝。為方便進行站內運輸、吊裝，根據各預製塊的質量和尺寸，本研究選取5t叉車進行改裝，主要包括：①為實現吊裝功能，在原來的叉車上增加吊臂；②為減少空氣汙染，對動力系統進行改裝，將原來的燃油動力改為電動力。

相比於現澆方案，裝配式方案可明顯減少施工現場工人數，節約人工成本；施工工序更簡潔，施工效率高，施工質量易控制；施工文明程度高，現場整潔。值得注意的是，由於裝配式站臺板需專門製作模具，當建設工程量較小時，其總成本相比於現澆方案並無優勢，但當大範圍使用裝配式站臺板時，構件拆分標準化，模具可反覆使用，裝配式方案具備明顯的成本優勢。

Part 05

結語

本文以北京地鐵19號線一期工程新發地站為物件，探討了裝配式技術運用於站臺板的可行性，提出了兩種適用於不同車站施工方法的站臺板裝配式方案，重點分析了兩種裝配式方案的拆分設計、連線方法及施工方案，初步得到以下結論與建議。

1）為減少模板數量，使預製構件標準化，建議選取開洞較少的裝置區和公共區的站臺板作為預製物件。

2）對於採用明挖法施工的車站，由於受施工空間和吊裝能力的限制小，可將站臺板和側牆視為整體，分成左右對稱的2段。透過在底板預留杯口，實現站臺板的快速拼裝。

3）對於採用暗挖法施工的車站，將站臺板沿橫向拆分成4段，其尺寸和質量均可滿足站內封閉空間的施工要求，且站臺板的裝配率約75%。企口式後澆帶和插筋灌漿的連線形式，施工簡便，受力合理，能使裝配式站臺板連成整體。

4）與現澆方案相比，裝配式站臺板方案能明顯減少施工人數，提高施工效率和質量，同時也能提高現場施工文明程度。

Part 06

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