采用型钢混凝土组合结构的新型地铁装配式车站结构研究

邬 泽，吴春冬，蒋小锐

中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055

新时代绿色发展观在城市轨道交通建造领域的体现是应用绿色建造技术，其中装配式车站建筑是地铁车站建筑技术一体化的工业化产品，是决定轨道交通建设效率和效益能否最大化的关键。我国积极探索发展装配式地下车站结构，文章在设计先行和全系统、全过程设计控制的理念下，统筹考虑技术的协同性、管理的系统性、资源的匹配性，提出一种新型装配式地铁车站建筑技术。

1 新型装配式地下车站主体方案

1.1 技术特点

结合国内既有装配式车站方案的优点，文章提出一种新型装配式地下车站方案，其技术特点如下：

（1）高装配率（全装配结构）。该方案采用全装配结构，装配段除部分中板（楼扶梯开口部位）采用现浇施工外，其余部件均采用装配式构件，标准段装配率高达96.5%。

（2）构件一体化、标准化、轻量化。该方案装配段标准断面仅由顶板、中板、底板和左右侧墙5大构件拼装而成，最大程度上实现了构件的一体化和标准化。车站顶板采用型钢-混凝土板组合结构，车站底板、侧墙、中板均采用局部中空混凝土结构，最大限度地减轻了构件重量。

（3）结构抗震性能强。该方案采用榫槽连接、螺栓连接同预应力钢绞线张拉相结合的接头方案，无湿接头，施工进度快，不用焊接，节省材料。同时采用高强螺栓及钢绞线张拉法提高了装配式结构节点受力的可靠性，增强了结构的抗震性能。

（4）车站浅覆土。该方案结构顶板采用平顶结构，在满足限界及使用空间要求下，平顶结构保证了结构高度最小，减小了基坑开挖深度，有效减少了工程投资。

（5）增强防水设计。除了接缝防水，还增加了一道接缝外喷膜防水。

（6）建筑方案模块化。建筑方案采用模块化设计的形式，结合综合管线，实现了内部装配化安装及装修。

1.2 主要技术方案

文章以华南地区某地下两层11m岛式站台无柱车站为例，进行新型装配式车站方案设计。车站总长253.6m，其中标准段长224m，采用装配式施工，标准段横断面宽20.9m、高 14.69m。

（1）结构总装方案。车站标准段采用装配化施工，为地下两层无柱矩形框架结构，由顶板D块、中板C块、底板A块和左右侧墙B块5块预制构件拼装而成，衬砌环宽2m，如图1所示。

图1 标准环结构总装方案图

（2）预制构件尺寸。①顶板D块。车站顶板为型钢-混凝土板组合结构。顶板上部为C50、P10钢筋混凝土板，混凝土板长20.9m、宽2m、厚0.3m。顶板下部由3根长19.7m的H型钢（H760mm×300mm×30mm×30mm）组合而成。H型钢间距0.65m，下部焊接一块宽1.6m、壁厚20mm的封底钢板，如图2所示。顶板所有钢结构均采用Q345钢，并对工字钢进行防腐、2h防火处理。车站顶板组合构件总重59.7t，整体从预制厂运输至现场安装。②中板C块。车站中板为长18.6m、宽2m、厚0.6m的局部中空钢筋混凝土结构，采用C50混凝土，总重49.2t。③底板A块。车站底板为长20.9m、宽2m、厚1.3m的局部中空钢筋混凝土结构，为使侧墙与底板连接处位于弯矩、剪力较小的部位，底板两端墙角部位加高至3.15m。底板采用C50、P10混凝土，总重125.1t。④侧墙B块。车站标准环侧墙为高10.48m、厚0.7m的钢筋混凝土结构，构件编号B，总重37.8t。侧墙局部中空，采用C50、P10混凝土。

图2 顶板型钢混凝土组合结构（单位：mm）

（3）主体结构节点方案。①底板A块与侧墙B块连接。底板A块与侧墙B块采用榫接接头同预应力钢绞线张拉相结合的接头方式。接头靠近侧墙弯矩最小及剪力较小部位设置，于底板设置2道凸榫，接头外侧设置2根5×7φ5mm钢绞线，对接缝进行后张拉拉紧。榫槽内预留注浆管，接头紧固后灌注浆液。②顶板D块与侧墙B块连接。顶板D块与侧墙B块采用两种方式连接，混凝土板与侧墙采用榫接接头同预应力钢绞线张拉相结合的接头方式；H型钢下翼缘与侧墙顶部预埋钢板采用M24高强螺栓连接。此接头连接部位宽1.1m，外侧0.6m宽为混凝土连接面，于侧墙设置一道凸榫，接头外侧设置2根5×7φ5mm钢绞线，对接缝进行后张拉拉紧。榫槽内预留注浆管，接头紧固后灌注浆液。接头连接部位内侧0.5m宽为H型钢与侧墙顶部预留钢板连接，采用3排×8根M24高强螺栓紧固连接，螺栓强度为8.8级，其中盖板采用槽孔，芯板采用标准圆孔。③中板C块与侧墙B块连接。中板C块与侧墙B块采用榫接接头同高强螺栓相结合的接头方式。于侧墙B块牛腿设置一道凸榫，同时在中板两端各设置4根8.8级M24高强螺栓连接中板和牛腿。中板C块与侧墙B块预留50mm空隙，紧固后浇筑C55微膨胀混凝土。榫槽内预留注浆管，接头紧固后灌注改性环氧树脂。④构件环纵向连接。构件环环向设置凹凸榫，底板设置2道，侧墙和中板设置1道，顶板设置1道。构件环纵向通过多道预应力钢绞线进行张拉紧固，每道纵向预制装置孔槽设置1-7φ5mm钢绞线，钢绞线前端与上环衬砌环钢绞线连接器连接，末端与千斤顶连接，通过千斤顶张拉锁紧。接头紧固后向榫槽和钢绞线孔槽灌注浆液。根据预应力钢绞线布置，底板对每道三元乙丙橡胶条能提供最大177kN/m压紧力，侧墙为80kN/m压紧力，顶板为210kN/m压紧力，满足防水压力要求。⑤防水设计。预制衬砌环以混凝土自防水为主，采用C50、P10防水混凝土；环向、纵向接缝设置44mm厚的三元乙丙橡胶密封垫，顶板设置1道，侧墙、底板设置2道；侧墙、顶板接缝外侧喷涂丙烯酸盐喷膜防水材料，喷涂范围为接缝两侧各0.5m。⑥基坑设计。采用地连墙+三道内支撑支护体系，其中地连墙厚1m，第一道支撑为0.8m×1.0m钢筋混凝土支撑，水平间距7m；第二、三道支撑为钢支撑（直径为φ800mm、厚度为20mm），水平间距为3.5m。底板A块与侧墙、中板、顶板BCD块分作2单元组织施工，其中A块单元超前逐段安装，BCD块单元逐环安装，构件逐环安装、肥槽分段回填、钢（混凝土）支撑逐根拆除交替循环进行。

2 结构受力分析

2.1 整体受力、变形分析

对装配式结构进行整体建模，进行承载力极限状态和正常使用极限状态验收，均能满足规范要求，如图3、图4所示。

图3 三维计算模型

图4 变形云图

2.2 抗震分析

（1）反应位移法验算E2地震作用抗震性能。经计算，E2地震作用下结构最大层间位移角为1/1519＜1/550，满足规范要求，如图5所示。

图5 E2地震作用下层间位移

（2）时程分析法验算E3地震作用抗震性能。由计算结果可见，2条天然地震波和1条人工地震波作用下的结构位移角最大值分别为1/317、1/390和1/656，均小于规范要求的1/250的限值，如图6所示。

图6 E3地震作用抗震性能

3 效益分析

3.1 装配率

标准段除部分中板（楼扶梯开口部位）采用现浇外，均采用装配式构件，标准段装配率为96.5%。

3.2 工期对比

工期对比如表1所示。

表1 工期对比表

3.3 人工数量对比

人工数量对比如表2所示。

表2 人工数量对比表

4 结束语

文章提出的一种顶板采用型钢混凝土组合结构的新型装配式地铁车站结构方案，具备高装配率，构件一体化、标准化、轻量化，高抗震性能，浅覆土等特点，工期、人工数量对比传统现浇明挖车站，分别节约30.3%和63.3%，整体效益提高显著，值得推广。