预应力技术在北京地铁16号线北安河车辆段工程中的应用

申超飞

摘    要：本文通过预应力技术在北京地铁16号线北安河车辆段工程中的广泛应用，详述了该工程预应力在初步设计、深化设计、施工过程中的情况，分析了预应力在各阶段的具体情况并选择出最佳预应力实施方案。

关键词：地铁车辆段;预应力;设计;施工

1  工程概况

北京地铁16号线北安河车辆段占地31.42公顷，车辆段功能用地26.6公顷，落地开发4.84公顷。如图1所示，有11个单体建筑，总建筑面积达32.4万平方米。车辆段主体结构全部由预应力劲性混凝土构成。

作为目前我国地铁综合建筑规模最大的车辆段，北安河车辆段承担了地铁车辆的列车停放、检修、整备洗刷作业、架修作业、段内设备机具的维修及调车机车、轨道车辆的停放与维修等功能。各建筑单体与站场布置有机融合，单车（A型车）平均用地指标为国内最低，可停放国内目前最大载客量的新型8A编组车辆44列。

本文简要介绍北安河车辆段预应力的设计及施工，选择出最佳预应力实施方案。

2  预应力设计

钢筋混凝土由抗拉能力很强的钢筋和抗压能力很强的混凝土组合而成。在钢筋混凝土结构承受荷载后，结构内部随之产生抗力，并伴之以其它一些表象，如裂缝和变形。当结构跨度或荷载很大时，常常发生结构承载力满足规范要求，但变形和裂缝宽度超限的情况。通过施加预应力可以很好地改善钢筋混凝土的性能，提高抗裂性能，减小挠度，提高耐久性。预应力技术广泛应用于建筑、桥梁、水力和隧道等各种工程中。

对于大跨重载结构，常用的楼盖形式有劲性混凝土楼盖和预应力混凝土楼盖。劲性混凝土楼盖有结构承载力高，安全度储备高等优点。预应力混凝土楼盖除了有跨度大，承载力高等优点，还可以同时解决超长混凝土结构的收缩问题。而把预应力技术合理应用在劲性混凝土梁中，则兼具了承载力高、跨度大、安全度储备高，适应超长结构等优点。这种技术在已经在地铁16号线北安河车辆段的咽喉区、运用库和联检库中成功运用。效果非常完美。

地铁十六号线北安河车辆基地的咽喉区、运用库和联检库属于超长重载结构。为适应使用功能采用了预应力劲性混凝土结构。在混凝土剪力墙中布置钢板，在混凝土柱中布置钢骨形成钢骨柱，在混凝土梁中布置钢骨形成钢骨梁，又由于结构超长和荷载较大，在混凝土梁中又配置了预应力筋。该种结构体系，承载力高，结构冗余度高，但是施工难度较大，对深化设计提出了较高要求。由于在节点部位预应力筋、普通钢筋及钢骨构件相互交错，既要保证各构件连续通过，又不能对某构件严重削弱，且满足混凝土浇筑要求。具体操作上，预应力筋应做到连续，这样就需要在钢骨上开孔，钢骨开孔的尺寸和间距应满足相关规范要求。普通钢筋有绕过钢骨、在钢骨上开孔穿过或与钢骨相连等三种处理方式。对于钢骨来讲，如果削弱较大，还应进行补强。

在深化设计时，应确定好各构件的处理方式，避免现场再做调整，尤其控制现场在钢骨上开孔。对于相对复杂的构件，在深化设计时，应考虑合理的施工顺序，应在图上标注，以免由于安装顺序的问题，导致部分构件无法安装。例如预应力钢骨混凝土梁，应首先安装钢骨，然后安装纵向普通钢筋，箍筋安装与穿预应力筋应穿插进行。如果箍筋全部安装完成，就无法穿预应力筋了。本项目钢骨开孔率最大为27%。由于现场构件相对关系较复杂，在深化设计中特别注意开孔位置关系，同时，为控制钢结构开孔率，钢骨牛腿开洞采用水平长圆孔，分两束从钢柱两侧穿过。

3  预应力施工

3.1  预应力施工段划分

北安河车辆段施工段划分介于结构平面布置特点与约束情况、超长预应力施工与预应力损失、大面积混凝土施工与收缩变形，以及模板支撑投入量等因素。施工段的划分长度，一般为35m～40m;划分数量，咽喉区分为45个，运用库116个，联检库110个。

车辆段主体结构全部由预应力劲性混凝土构成。预应力施工分段应适应总体施工的部署和进度，根据总体施工的流水作业分段，调整施工方案，达到最优化。但是，总体绑扎钢筋的流水分段，必须要考虑预应力筋的分段和搭接位置。

此外，需要注意的是，预应力筋的铺设属主导工序，因此虚独占一定施工时间，但通过施工段上预应力构件的流水作业进行统筹作业，避开与梁板普通钢筋的绑扎同时进行，从而保证总体施工进度。其余预应力施工工序为非主导工序，可穿插进行。

3.2  预应力筋搭接布置

本工程属超长、超大混凝土结构为满足截面有效预应力的要求，预应力筋必须在一定长度内分段，进行搭接。一般预应力筋的搭接方式主要有两种：集中搭接和交错搭接。集中搭接即将预应力筋集中于梁柱节点处搭接。该搭接方式预应力筋布置简单，不受施工缝的影响，但搭接钢筋较为密集，施工有难度。交错搭接即将将预应力筋交错错开搭。该搭接方式施工质量较好，可在梁內形成较为均匀的预应力，克服了集中搭接区钢筋密集的问题。同时，在混凝土强度达到张拉要求后，可进行至少50%预应力筋的张拉，该张拉效果可基本平衡结构自重及施工活载，这样，梁模及支撑可提前拆除，从而达到缩短工期，降低施工造价的目的。

本工程根据施工缝位置、施工段的先后顺序以及具体部位的张拉条件，综合采用了两种搭接方式。具体措施主要有两个：第一，尽可能将后浇带设在预应力梁最少处;第二，对于预应力筋较多的梁，为防止搭接区钢筋过于密集，采用交错搭接方式。

3.3  材料厂家下料

预应力筋的制备，采用工厂下料及制作锚固端，能够保证下料尺寸及锚固端的制作质量，每根预应力筋都设有编号，分类包装成捆运输，即减少了现场施工的工作量，同时也有效地提高了现场的施工料率。预应力筋的铺设也保证了位置、数量、间距的准确性，同时锚垫板安装与预应力筋垂直，螺旋筋的安装与锚垫板贴合紧密。厂家下料满足了大面积建筑快速分段流水施工的要求，解决了施工现场用地紧张问题，准确定尺下料减少了不必要的下料损耗。

4  结语

预应力技术已经在房屋和桥梁上得到了广泛应用，技术非常成熟，而在地铁车辆段工程中的应用还属于新兴领域。北京地铁16号线北安河车辆段预应力技术的应用，使得结构层高降低，自重减轻，使用面积增大，建筑使用功能合理改善。目前，北安河车辆段预应力工程量已经顺利完成安装工程和验收工作，并且已投入使用。效果非常完美。综上所述，预应力技术在地铁车辆段工程中的应用具有广阔的发展前景。