地鐵車站裝配式標準化研究

1、深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究目 錄第一章 研究的現狀，意義和建議§1.1 研究現狀 .31.1.1 國外裝配式結構的應用歷史和研究現狀 .31.1.2 國裝配式結構在地下工程中的應用和待解決的問題.5 §1.2 研究在實際工程中的重要意義 .9 §1.3 建議的研究方法和研究路線 .101.3.1 目前地鐵車站裝配式結構研究尚待解決的一些問題101.3.2 建議采用的研究方法和研究路線10第二章 結構選型、劃分和接頭方案§2.1 明挖裝配式地鐵車站的結構選型和結構劃分122.1.1 裝配式結構設計的基本原則. .122.1.2 車站結構

2、的選型方案和結構劃分.132.1.3 結構選型和結構劃分的建議.152.1.4 側墻連接形式的建議17§2.2 接頭位置選擇和節(jié)點連接方式.182.2.1 接頭位置的選擇原則.182.2.2 節(jié)點設計的一般原則182.2.3 目前國裝配式地下結構節(jié)點的受力特點302.2.5 單跨和雙跨車站結構可采用的普通裝配式構件連接方案.30 - 1 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究2.2.6 建議采用預壓裝配式接頭方案的必要性和節(jié)點構造適示意圖.33第三章 結構防水§3.1 防水設計的原則和設防標準.34§3.2 城市地鐵工程防水的一般要求.34§3

3、.3 明挖法施工的構造特點與防排水要求.35§3.4 車站的防水設計.363.4.1 主體結構的防水設計與施工.363.4.2 結構接頭、接縫等的防水設計與施工.37第四章 方案急待解決的問題和實驗項目建議§4.1 明挖裝配式地鐵車站抗震設計待解決的問題.384.1.1 裝配式地鐵車站抗震設計分析理論和設計方法研究的重要意義384.1.2 車站震動臺實驗的建議.384.1.3 地鐵車站結構地震反應數值模擬分析的建議.39 §4.2 裝配式結構節(jié)點剛度折減系數和節(jié)點延性的研究.394.2.1 裝配式結構節(jié)點力學行為研究的必要性.394.2.2 裝配式結構節(jié)點模型實驗

4、的建議.404.2.3 裝配式結構節(jié)點受力理論計算分析的建議.40§4.3 裝配式地鐵車站結構防水技術的研究.404.3.1 目前地鐵的防水現狀404.3.2 裝配式地鐵車站防水技術研究的必要性和緊迫性414.3.3 裝配式地鐵車站防水技術研究- 2 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究第一章 研究的現狀、意義和建議 §1.1 研究現狀1.1.1 國外裝配式結構的應用歷史和研究現狀1974年，聯合國經濟社會事務部在對歐洲各國建筑工業(yè)化狀況進行調查后指出:建筑工業(yè)化是本世紀不可逆轉的潮流。1989年國際建筑研究與文獻委員會(CIB )第十一屆大會將建筑工業(yè)化視為當

5、代建筑技術發(fā)展趨勢之一。各工業(yè)大國在住宅建筑方面都己大部分或全部走向工業(yè)化的道路。粘土燒制的小磚已基本被淘汰。前蘇聯非常重視預制裝配式結構的發(fā)展，早在20世紀70年代就己有預制構件廠家4500多家。目前，日本大部分房屋都是在工廠制造出來的.以大和房屋工業(yè)株式會社生產的鋼結構單門獨院的民用預制裝配式房屋為例，其制造工藝流程簡單快捷，每棟房屋從客戶訂貨到制造裝配完畢，全部過程只需要幾十天。裝配式建筑在其它東歐國家也得到了相當的發(fā)展，東歐各國利用預制裝配技術建造了大量的工業(yè)廠房和多層民用建筑。其中，前南斯拉夫的，" IMC”體系被成功引入我國。該結構體系的基本原理是用后張法將預制樓

6、板和柱子連接起來，在板柱之間形成預應力摩擦節(jié)點，樓板的垂直荷載依靠四角摩擦力傳給柱子，水平荷載則主要依靠剪力墻傳至基礎?！癐MC”體系經受了1969和1981年前南斯拉夫班亞·盧卡地區(qū)強烈地震的考驗，表現了良好的抗震性能，如今已在匈牙利、古巴、埃及和安哥拉等國得到廣泛應用。20世紀80年代初期,建筑業(yè)開展的這一系列新工藝,如大板、升板體系、南斯拉夫體系、預制裝配式框架體系等等,對建筑工業(yè)化發(fā)展起到了有益的推進作用。但這些有益的實踐之后,均未有大規(guī)模的推廣。究其原因,主要是因為當時的這些新工藝在高度、建筑型式、功能要求等方面有很大的局限。加之受到當時的經濟條件制約,機具設備和運輸工具落

7、后,運輸道路狹窄,無法滿足相應的工藝要求。另外,受技術 水平的限制,體系接頭處理不善,極易造成漏水,而且接頭構造處理不當,削弱了其受 - 3 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究力性能,在地震設防區(qū)產生的影響更大。這些客觀的技術經濟條件遏制了裝配式結構體系發(fā)展的勢頭。21世紀初，隨著經濟的高速增長，新技術、新材料已有長足發(fā)展,已不是20世紀70、80年代可以相比的,在現有的技術經濟條件下, 裝配式建筑又迎了新的發(fā)展契機。新型裝配式結構體系構想和新型裝配式結構體系與企業(yè)流程再造正在不斷取得長足發(fā)展。1.1.2 國- 4 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究住宅建設方面，我

8、國曾廣泛應用和推廣了裝配式大板建筑，并積累了豐富的科研成果和工程經驗。1976年的唐山地震后，我國整體板柱建筑“IMC”的研究和開發(fā)開始啟動。原國家建委原國家建工總局和國家科委相繼下達科研任務，下撥科研經費近200萬元，在北京、成都、唐山、重慶、廣州、沈陽、天津及蘭州等地推廣和應用這一體系數十萬平米。結合多年的科研成果和工程經驗積累，我國在1993年推出了整體預應力裝配式板柱建筑技術規(guī)程。 1.1.3 裝配式結構在地下工程中的應用和尚待解決的問題 從國內外預制技術的發(fā)展現狀看，隧道及地下工程的預制技術主要應用在盾構法修建的工程中，一般為圓形結構。在鐵路隧道和公路隧道中也有應用實例，例如在秦嶺特

9、長鐵路隧道中，仰拱就采用預制化的技術；日本曾在雙車道公路隧道中，進行了單跨矩形裝配式結構的試驗研究。日法曾聯合在公路的擴建工程中開發(fā)了大型拱形結構的預制技術，最大跨度已達到12m左右。在明挖法修建的地下鐵道中，預制技術也有一些研究和應用實例。如圖1-1是在地下鐵道明挖法中應用過的一種裝配式鋼筋混凝土襯砌結構，這種結構定型推廣在50年代中后期，在放坡基坑和工字鋼加木襯板維護的基坑中以及無水地層或配合降水的基坑中，都能成功的采用，而且進度亦比現澆混凝土快，它也需要一些讓構件整體化的現澆混凝土。這種結構共有8塊預制構件，都由構件廠生產。整個結構采用全包防水層防水。底板的防水層上做了保護層后拼裝預制構

10、件，灌注底板、邊墻的整體化混凝土，用砂漿灌豎縫，混凝土凝結后上頂板，之后完成頂板接縫間的混凝土，將頂部抹平，兩側倒圓角，閉合外包防水層。防水層保護層做好后，最后才可以實施回填。這種方法工程費用與盾構法比較起來，主要是沒有盾構的折舊費（約占整個工程費用的1/3）。- 5 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究 “成段襯砌”結構如圖1-2所示。這種結構是60年代提出，逐漸定型，70年代以后廣為采用的一種結構形式。它是象預制的大直徑下水道管段一樣的地鐵襯砌，不過它是矩形截面的空間結構。逐塊地將成段襯砌以明挖法接起來即可形成隧道。在烏茲別克斯坦，塔什干市地鐵二號線用這種襯砌修建了7.2km長

11、的隧道。施工進度達到每晝夜9m（一個工作面）。這種襯砌比用單塊預制件拼合的拼裝結構含鋼率小，而且完全可以滿足抗震要求。這種采用外包防水層來防水。 除此之外“殼式隧道”在荷蘭鹿特丹地鐵東西線上采用過的一種裝配式結構型式。采用這種預制方法，施工速度非常快，每周可以修建30m長的隧道，此種裝配式地下結構在交付使用數年后，仍然保持著良好的防水效果。日本在仙臺市地下鐵道工程中，曾采用預制雙跨箱型結構，構件的箱體尺寸是11.092m×7.440m，整個結構分成頂板、底板、側壁及中柱等5個預制構件，設計中主要解決了構件的劃分和輕量化，構件的縱向和橫向連接問題。前蘇聯曾在用明挖法施工的地鐵線上，包括

12、車站、區(qū)間隧道、以及車站附屬建- 6 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究筑和輔助隧道工程，均采用定型拼裝的統(tǒng)一規(guī)格的鋼筋混凝土結構。到80年代后期，在明挖法施工的區(qū)間隧道中，開始廣泛采用整體管段襯砌。白俄羅斯在地下鐵道工程中，大力推行將預制混凝土襯砌設計標準化的技術，而且取得了一定的成就。在裝配式地鐵車站結構的研究和應用上，俄羅斯取得了長足的發(fā)展。俄羅斯在工業(yè)化施工與長期使用的成功經驗上，通過實驗和現場測試等研究工作，采用單拱結構的基本原理和特點修建了俄羅斯第一個地鐵雙層換乘樞紐。在彼德堡地鐵伏龍芝濱海線花園站到挈卡諾夫站區(qū)間內，建成了伏龍芝濱海線到未來的環(huán)線的體育館換成站，后來

13、批準的名字為奧林匹克站。車站整體結構形式為裝配式層間樓板單拱結構，結構斷面具體形式如圖1-3所式。車站結構上拱半徑11.2m，由12個厚70cm，沿車站方向寬50cm的鋼筋混凝土構機組成。仰拱內徑15m由13個構件塊組成，它由兩個帶襯墊的鋼筋契形接頭擠壓緊而閉合。內部的裝配式鋼筋結構是作為上層站臺和道路下的支撐結構，該結構成梁柱組合形式，柱距4m，柱安設在縱向整體鋼筋混凝土構件的“杯子”中，構件是混凝土澆筑在剛性基礎界限內，剛性基礎鋪設在仰拱襯砌上。在柱的頂部安設裝配式鋼筋混凝土梁，這些梁聯成絎架。為了承接上層道路行駛列車的荷載，在路軌下設置了鋼筋混凝土裝配式梁，一端支撐在絎梁上，另一端支撐在

14、整體式混凝土支柱的托架上。車站上下兩層站臺都是由裝配式鋼筋混凝土建造而成的。上層站臺寬11.7m,由于下層中柱占去一部分空間，下層站臺寬度為13.2m.車站建成后于1996年交付使用。 圖1-3 裝配式層間樓板單拱結構地鐵車站- 7 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究除此之外，近年來在地鐵車站建設中使用裝配式結構亦出現了其它形式。 圣彼得堡地鐵車站也式采用單拱車站橫斷面，具體形式如圖1-4所示。車站埋設于不透水的致密粘土層中，拱圈和仰拱均由混凝土砌塊組成，并支撐在兩個圓形支墩上。由于該種結構形式沒有受拉接構件，所以只適用于有一定自穩(wěn)能力的地層。 圖1-4 圣彼得堡地鐵車站裝配結構

15、形式 在明挖法施工的裝配式地鐵車站結構中，結構多采用矩形斷面形式。如圖1-5所示，該地鐵車站結構的底板采用整體現澆的混凝土，邊墻和頂板預制，頂板采用的密肋板式結構，使得重量減輕且有利于拼裝。 圖1-5 明挖法裝配式地鐵車站結構形式 以上實例說明，地下結構的預制技術以有一定程度的發(fā)展。發(fā)展地下工程的預制技術所帶來的經濟、技術效益也是明顯的。然而近年來，裝配式結構主要應用在一些橋梁工程中，在地下工程方面，裝配式結構的發(fā)展速度非常緩慢。而且，目前地下鐵道裝配式結構還沒有成熟的計算理論可依，而且國內外對裝配式地下結構的計算理論研究不是很多,防水技術方面亦處 - 8 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構

16、預制技術研究于試驗摸索階段，在裝配式地下工程抗震理論方面的研究更是欠缺。 §1.2 研究在實際工程中的重要意義目前許多國家都把預制化作為技術發(fā)展的一個重要標志,構件預制化的程度越高技術水平也就越高。同時構件預制化也是使工廠化的一個必然趨勢，是加快修建速提高工程質量的有效辦法。采用預制構件不僅可以提高工程質量還可以縮短工期降低成本。同時提高地下工程施工的工業(yè)化程度。尤其對改善地下工程內的施工環(huán)境更是明顯。雖然國內對地鐵區(qū)間裝配式結構有一定的研究，但對地鐵車站以及其他地下鐵道附屬物裝配式結構的研究還處于起步階段。相對對于地上裝配式建筑而言，地下工程裝配式結構的相關設計理論和設計、施工規(guī)范

17、都十分欠缺。由于地下工程本身的復雜性，我們不可能將現有的地上工業(yè)與民用建筑裝配式結構設計和施工的計算理論和施工工藝照搬照用到地下結構中來。由于地下工程裝配式結構的應用，可以給我們帶來可觀時間、技術和經濟效益，同時又由于國內在此領域內技術的缺乏和研究的空白，這就迫使我們必須進行地下工程裝配式結構相關設計理論的研究。同時，在地下工程結構抗震設計方面，據國內設計單位介紹,在進行地鐵車站設計時,考慮到土的阻尼和約束作用,一般不進行抗震設計。然而,從1995年1月日本神戶地震的震害調查表明, 神戶的地鐵車站在這次地震中車站結構遭受了嚴重震害。這是第一起地下結構遭受的嚴重震害,因而引起人們的關注。研究地下

18、結構在地震作用下的反應,無論對研究地下結構的震害,還是對地下結構的抗震設計都有特殊的意義。同時，由于裝配式地下工程結構本身所具有的特殊性，對它抗震的研究更有必要性和工程意義。 - 9 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究1.3 建議的研究方法和研究路線1.3.1 目前地鐵車站裝配式結構研究尚待解決的一些問題在大型預制化技術的發(fā)展中，結合已有的工程實例來看，目前地鐵車站裝配式結構的研究要重點解決以下四個方面的問題。一構件的標準化的研究。構件預制化是與構件標準化緊密相關的。而地下鐵道中的構件是否能實現標準化，是采用構件預制化的前提條件，也是與效益相關的。二預制結構形式的選擇及構件的合理

19、劃分。結構型式選定后，構件的劃分不僅僅要考慮到結構合理的受力狀態(tài)，更要考慮構件的制造和安裝的可能性。三構件的接頭構造及防水。構件的接頭構造和防水處理是構件預制化的關鍵技術之一，影響到結構的使用環(huán)境和結構的耐久性。四構件的制作與安裝。構件預制化技術的成敗，是在施工管理上。嚴格的、良好的施工管理主要表現在構件的制造和安裝工藝上，這兩個環(huán)節(jié)應該給予充分的關注。1.3.2 議采用的研究方法和研究路線結合上述地鐵車站裝配式結構研究尚待解決的的這些主要問題，對本研究項目建議采用以下的研究路線和研究方法。一建議的研究路線：（1）、配合管線布置，對地鐵車站結構進行結構選型和構件劃分，提出裝配式雙層雙跨框架結構

20、和裝配式雙層單跨式預應力結構兩種方案。結構接縫設計，包括接縫構造和接縫防水；（2）、對兩種方案進行結構受力分析；（3）、根據分析結果進行結構形式比選、構件劃分的確定；（4）、對劃分后的構件進行縱向、橫向接頭的選型；（5）、結構接縫、接頭的防水設計；- 10 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究（6）、對該方案在施工方面的可行性，對環(huán)境的影響和經濟性等方面做出客觀評價。二建議的研究方法：首先通過有限元分析確定構件劃分的合理位置；再次通過模型試驗和數值分析、理論計算等方法，確定接頭受力特性和剛度折減系數；其次通過裝配式地鐵車站結構震動臺試驗和數值計算確定確定裝配式地鐵車站的地震反應機理

21、以及地震情況下可能造成的震害；通過對裝配式車站結構整體防水和接頭、接縫的防水試驗研究，得出適合裝配式地鐵車站結構的防水理論和防水工藝。以上研究為地鐵車站裝配式結構設計、施工提供合理依據。 - 11 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究第二章 結構選型、劃分和接頭方案§2.1 明挖裝配式地鐵車站的結構選型和結構劃分2.1.1 裝配式結構設計的基本原則預制裝配式結構設計的關鍵在于保證結構體系的整體性，為此裝配式結構必須合理地設計預制件間的連接，提高連接部位的整體連續(xù)性能，從而保證結構體系的整體性，使其具有盡可能多的贅余度，因為超靜定結構比靜定結構具有更高的安全性和更好的抗震性

22、能。因此，裝配式結構設計應遵循以下的一些基本設計原則：一裝配式結構宜用于平面規(guī)整對稱，豎向剛度均勻的建筑結構中。二裝配整體式框架剛性節(jié)點應滿足現澆結構的有關設計規(guī)定，其節(jié)點的承載力余延性不應低于現澆結構。三裝配式結構的連接，應能保證構件的連續(xù)性和結構的整體性。四構件連接部位的承載力，不應低于其連接構件的承載力。五裝配整體式接頭應滿足施工階段和使用階段的承載力、穩(wěn)定性和變形的要求。六對承受彎矩的剛性接頭，設計時應使接頭部位的截面剛度與鄰近接頭處的預制構件的截面剛度相接近，避免引起應力集中。七按剛性連接設計的柱與柱、梁與柱、梁與梁之間的接頭，鋼筋宜采用焊接或機械連接。當接頭的構造和施工措施能保證節(jié)

23、點的承載力和剛性要求時，接頭的鋼筋亦可采用其他的連接方法。八在保證結構整體受力性能的前提下，應力求連接形式簡單，傳力形式簡單，傳力直接，受力明確。九裝配式結構的設計應考慮安裝的方便，誤差易于調整，且連接后能較早承受荷載，以便上部結構的繼續(xù)施工。十預制梁、柱構件的截面設計和構造要求，應滿足混凝土結構的相關規(guī)范和 - 12 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究裝配式結構相關設計規(guī)范的規(guī)定。十一 裝配式框架使用階段，在豎向荷載作用下的內力計算，應考慮節(jié)點剛度降低對框架內力的影響。十二 裝配式框架結構中，砌體填充墻在平面和豎向的布置，宜均勻對稱，避免形成薄弱層或短柱。十三 在多遇地震作用下

24、，裝配式結構應考慮節(jié)點剛度降低對框架位移的影響，計算層間位移。2.1.2 車站結構的結構選型和劃分方案根據相關要求，在明挖地鐵車站預制技術研究中，選取了兩種裝配式結構方案，分別為雙層雙跨式框架結構和雙層單跨式預應力結構。一雙層雙跨式框架結構底板采用現澆方法制作，底板和柱通過榫式連接。為了達到梁與柱接頭處的彎矩較小的目的，可將梁和柱的接頭設置在梁上彎矩為零的地方。梁與柱的連接可采用疊合梁現澆式連接。除底板外，構件劃分為10塊，如圖2-1所示，其中側墻和板的縱向間距為2m，側墻厚度為0.7m，板厚為0.5m；柱距離為8m,柱子尺寸為0.8×0.8m;縱梁梁高為1.5m。- 13 -深圳地

25、鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究二、雙層單跨式預應力結構底板亦采用現澆方法制作，底板和柱通過榫式連接。由于跨中彎矩隨梁的跨度增加而增大，因此如果要取消中柱成為雙層單跨式結構，需要將預制梁做成預應力梁的形式。取消中柱后，梁與柱相交處的剪力也增大了。為了提高梁與柱接頭處的抗剪能力，采用預壓裝配式接頭。除底板外，構件劃分為4塊，如圖2-2所示，其中側墻和板的縱向間距為2m，側墻厚度為0.7m，板厚為0.5m；柱距離為8m,柱子尺寸為0.8×0.8m；橫梁梁高為1.5m。 圖2-2 雙層單跨式預應力結構構件劃分圖 - 14 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究2.1.3

26、結構選型和結構劃分的建議一橫斷面結構選型通過上述的計算分析，并考慮施工和吊裝的簡便，建議采用雙層雙跨式框架結構，底板現澆。如圖2-3所示。 對于雙層單跨裝配式車站結構，根據計算結果和分析，建議將改方案進行調整，頂層預制樓板采用變截面預應力樓板。調整后的方案如圖2-4所示。 - 15 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究圖2-4 雙層單跨式裝配框架結構（方案2） 同時，在考慮到雙層單跨、雙層雙跨結構裝配時候施工的方便，可采取將柱和底板的榫式連接改為柱與底板的剛性連接。預制柱底部和底板雙層單跨、雙跨柱與底板搭接方案圖（方案3） 2、縱向結構劃分在上述建議結構選型的基礎上，將雙層雙跨式框

27、架結構橫斷面分成柱、梁共分9塊，柱之間和梁之間通過預制板連接，預制構件的縱向間距為2.53.0m。具體劃分亦參見圖2-1所示；將雙層單跨式框架結構橫斷面分成柱、梁共分5塊，柱之間和梁之間通過預制板連接，預制構件的縱向間距為2m。具體劃分亦參見圖2-3至圖2-5。 - 16 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究2.1.4 側墻連接形式的建議裝配式地鐵車站預制側墻與地下連續(xù)墻以及預制側墻之間的連接，是裝配式地鐵車站設計的重點之一。一 側墻與連續(xù)墻的連接對于側墻與地下連續(xù)墻的連接，建議采用預應力連接和剛性連接兩種。具體參見圖2-6所示。 二 圖2-6 預制側墻與地下連續(xù)墻之間的預制連接和

28、剛性連接 側墻之間的連接 由于地下結構所處環(huán)境的特點，預制側墻之間的連接，不僅要考慮到連接穩(wěn)定，更重要的是要考慮到防水性能。因此，建議預制側墻板采用如圖2-7所示的連接方式。 - 17 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究§2.2 接頭位置選擇和節(jié)點連接方式2.2.1 接頭位置的選擇原則在第五章的計算分析的基礎上，最佳接頭位置的確定有三種方案：第一種設置方式就是將接頭設置在對整體結構受力影響最小的位置；第二種設置方式就是將接頭位置設置在對整體結構受力最有利的位置；第三種考慮構件裝配施工的方便。根據以往的工程經驗，建議將接頭設置在彎矩為零處，這是本著減少接頭處節(jié)點構造設計的

29、一般原則一節(jié)點形式應根據結構特點和施工條件確定；在保證結構整體受力性能的前提下，力求構造簡單、傳力直接、連接形式與靜力計算假定計算假定相符合。二要求施工方便，安裝固定簡單可靠，誤差易于調整，構件連接后能盡快承受部分或全部設計荷載。三盡量減少二次澆灌混凝土和焊接工作量，盡量減少鋼材用量。四滿足抗震節(jié)點設計的相關要求。 - 18 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究2.2.3 目前國 榫式連接示意圖連接構造的優(yōu)缺點：- 19 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究榫式連接式為框架結構中常用的接頭形式。其構造特點是鋼筋采用剖口焊接，然后在榫頭外邊進行混凝土二次澆灌，以形成整體。

30、其優(yōu)點是接頭受力性能較好，特別對于豎向荷載更是如此。而且能節(jié)省鋼材。 其缺點是由于剖口焊接工作量大，焊接應力大，二次澆灌工作量大且質量不易保證，冬季施工不方便。 （2） 插入式連接具體構造方式：插入式連接同樣適用于民用建筑和一般多層工業(yè)建筑，但不宜用于抗震設計的框架-剪力墻結構和實心磚填充墻框結構。如果是偏心受壓柱的接頭，應設置在軸向力對截面重心的偏心距e010.35h0處，且柱截面尺寸不應小于400×400mm。具體構造如圖2-9所示。 圖2-9 插入式連接示意圖 連接構造的優(yōu)缺點：剛性連接插入式接頭的構造特點是將上柱做成榫頭，下柱做成杯口，榫頭與杯 - 20 -深圳地鐵1號線續(xù)建

31、工程車站明挖結構預制技術研究口間的接縫用水泥砂漿填實，以形成整體。其優(yōu)點是免除了鋼筋焊接，后澆水泥砂漿少，冬季施工方便，不受氣候影響，施工簡便，安裝進度快。缺點是榫頭及杯口處鋼筋用量較多，另外，由于上下柱體鋼筋在水平接縫處斷開，拉力靠榫頭 漿錨式連接示意圖- 21 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究 連接構造的優(yōu)缺點：預制柱漿錨式連接用于非抗震和抗震設計的民用建筑，建筑高度不宜超過20m。而且漿錨式連接不得用于偏心受拉柱。雖然其裝配速度較快，但此中節(jié)點構造在整個結構體系中是受剪、受拉、偏心受壓的薄弱環(huán)節(jié)。因此在地下結構裝配式結構中不建議采用。 二梁柱節(jié)點連接（1） 整澆式節(jié)點具體

32、構造方式：整澆式梁柱節(jié)點式在節(jié)點區(qū)利用現場后澆混凝土，將預制梁和柱連接成為整體框架節(jié)點的一種連接構造，這種節(jié)點具有外形簡單、制作和安裝方便、節(jié)點整體性能良好等特點。整澆式節(jié)點按構造分為兩類：整澆式A型節(jié)點，梁下部縱向鋼筋在節(jié)點內采用焊接連接；整澆式B型節(jié)點，梁端下部的縱向鋼筋不宜多于二根，直徑不宜大于25mm。梁端下部縱向鋼筋在節(jié)點內采用搭接彎折錨固的作法。而整澆式節(jié)點預制柱的具體構造如圖2-11所示。- 22 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究 圖2-11 整澆式節(jié)點的預制柱連接示意圖 連接構造的優(yōu)缺點：梁、柱整澆裝配式連接的構造特點是短柱分層預制，梁擱在柱，柱與柱、梁與柱在同

33、一處連接。其優(yōu)點在于此種連接焊接工作量少，而且不需要剖口焊。構件安裝時不用大型起重機械，只需用塔式起重機吊裝。接頭整體性好，受力特性良好。其缺點在于對節(jié)點澆筑時候，鋼筋密集澆筑震搗密實困難，需要架設模板，且節(jié)點不能立即受力。 （2） 現澆柱預制梁節(jié)點具體構造方式： - 23 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究現澆柱預制梁框架是全裝配式結構的一種發(fā)展，由于節(jié)點與柱在現場同時澆筑混凝土，節(jié)點的整體性能較全裝配式框架有很大的改善?，F澆柱預制梁A型節(jié)點，梁端下部縱向鋼筋在節(jié)點內采用焊接連接；現澆預制梁B型節(jié)點，梁端下部縱向鋼筋不宜多于二根，直徑不宜大于25mm，梁端下部縱向鋼筋在節(jié)點內采

34、用搭接彎折錨固的做法?，F澆預制梁A型節(jié)點具體構造如圖2-12所示。 - 24 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究圖2-12 現澆柱預制梁A型節(jié)點構造示意圖連接構造的優(yōu)缺點：此種接頭的特點亦是節(jié)點整體性好，受力特性良好。其優(yōu)缺點與整澆式節(jié)點有相同之處，即對節(jié)點澆筑時候，鋼筋密集澆筑震搗密實困難，需要架設模板，節(jié)點不能立即受力。同時有一定的焊接工作量。但節(jié)點力學性能良好。 （3） 暗牛腿式節(jié)點具體構造方式：暗牛腿式節(jié)點適用于預制長柱體系施工的民用建筑和多層輕工業(yè)廠房。暗牛腿構造做法也可用于主、次梁間的連接。暗牛腿節(jié)點要求預制柱采用型鋼牛腿；節(jié)點部位預制柱和預制梁間的接縫寬度不宜小于8

35、0mm；梁端及柱相應部位應設置齒槽，以利于傳遞梁端剪力；預制梁梁端箍筋直徑不宜小于8mm、間距不大于100mm，梁端缺口處箍筋不應少于兩道。 連接構造的優(yōu)缺點：其優(yōu)點在于牛腿不外露，外形美觀，梁端截面削弱較小和施工方便等。其缺點在于接頭處的二次澆灌混凝土不易密實，能承受的節(jié)點豎向荷載較小。（4） 疊壓漿錨式節(jié)點具體構造方式：疊壓漿錨式節(jié)點構造適用于具有內廊和外挑廊的建筑物。構造時要求預制柱縱向鋼筋總數不宜多于4根，柱截面不宜大于400×400mm；預制柱縱向鋼筋在節(jié)點部位搭接總長度不應小于25d,在漿錨孔內的搭接長度不應小于20d,且應在搭接的上部加焊。具體構造如圖2-13所示。連接

36、構造的優(yōu)缺點：疊壓漿錨式節(jié)點在施工過程中，對焊接工藝復雜，施工工序繁瑣。 （5） 明牛腿式節(jié)點- 25 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究具體構造方式：明牛腿式節(jié)點用于框架結構時高度不宜超過40m，用于框架-剪力墻結構時高度不宜超過60m.構造要求預制柱截面不宜小于400×400mm；預制梁寬度不宜小于200mm，且不宜小于柱截面寬度的1/2；牛腿跳出的長度應根據梁端下部縱向鋼筋與牛腿間焊接時所需焊縫長度和梁端與柱間所留接縫寬度確定，且不得小于250mm；牛腿底面傾斜角不宜大于45度（與水平面夾角）；牛腿外邊緣高度不宜小于牛腿高度的1/3，且不應小于200mm.具體構造

37、如圖2-14所示。連接構造的優(yōu)缺點：明牛腿式節(jié)點優(yōu)點在于適用于樓面荷載較大的工業(yè)建筑。且此種連接接頭受力明確可靠，焊接工作量少，安裝方便。能承受較多的節(jié)點剪力。與暗牛腿相比，明牛腿節(jié)點形狀突出形象美觀。 圖2-14 明牛腿式節(jié)點構造示意圖 - 26 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究 圖2-13 疊壓漿錨式節(jié)點構造示意圖 （6） 齒槽式節(jié)點具體構造方式：齒槽式節(jié)點的適用高度按暗牛腿式節(jié)點的規(guī)定采用。適用于預制長柱的梁柱連接，也可用于主次梁連接。 - 27 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究由于齒槽要承受梁端剪力，所以齒槽構造應符合以下要求：齒型一個采用等腰三角形或梯

38、形，斜度取45度；具體構造如圖2-23所示。1)齒槽沿高度均勻布置，齒槽靜距不應小于齒高；2)齒深一般取40mm,齒高40100mm,但不宜大于齒深的3倍；3)齒槽數不應少于2個，且齒槽受剪面積不宜小于梁全截面面積的1/3。 圖2-15 齒槽式節(jié)點構造示意圖連接構造的優(yōu)缺點：齒槽式剛性連接優(yōu)點是構件安裝就位方便，牛腿不外露，不需要任何防腐處理。節(jié)點整體受力性能良好。但接頭處二次澆灌的混凝土不易密實。 三梁板連接（1） 疊合梁預制梁與板的連接，是通過疊合梁的疊合層后澆混凝土使其連成整體的。疊合梁的設計和構造應滿足相關規(guī)范要求。（2） 預制板與梁的連接非抗震設計時，預制板與梁的連接及預制板板縫配筋

39、構造，可分別采用圖2-16(a)和(b)所示連接構造。設計時候要注意加強構造措施，以增強體系的整體性；增加新老澆灌的混凝土的粘結。- 28 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究 圖2-16 非抗震板與梁的連接示意圖 二級抗震等級框架及二、三級抗震等級框架結構和框架-剪力墻結構，預制板與疊合梁的連接構造可按圖2-25(a)、(b)所示連接構造；三、四級抗震等級框架結構預制板與疊合梁的連接及板縫間設置焊網可按圖2-17(c)構造做法。 圖2-17 抗震設計預制板與疊合梁的連接及預制板板縫配筋構造示意圖 - 29 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究2.2.4 裝配式地下結構

40、節(jié)點的受力特點以及構造時的注意事項 裝配式地下結構的上部結構受到地層的重力作用；由于彈性地基梁的作用原理，其底部結構受到很大的地基反力；側墻部分又受到土層的側壓力。所以與地上結構相比，地下裝配式結構節(jié)點除了要承受彎矩外，還要承受很的大剪力。這就要求我們在構造裝配式地下結構節(jié)點時要保證結構體系的整體性，連續(xù)性，提高連接部位的抗剪能力，從而提高結構的安全性。2.2.5 單跨和雙跨車站結構可采用的普通裝配式構件連接方案一雙層雙跨裝配式地鐵車站普通接頭構造方案根據2.1節(jié)所述，接頭設置在彎矩為零處以減少接頭處內力的原則，將雙層雙跨頂板的接頭分別設置在居左右邊墻1.3m處和距離中柱2.0m處。根據工程具

41、體特點，接頭連接方式可以選擇普通連接方案。所有接縫、接頭均采用剛性連接，如圖2-3和圖2-18所示。 - 30 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究 圖2-18 剛性連接示意圖 二雙層單跨裝配式地鐵車站普通接頭構造方案雙層單跨裝配式地鐵車站普通接頭構造方案具體參見圖2-4和圖2-19所示。 - 31 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究 圖2-19 單跨結構預壓裝配式預應力連接示意圖2.2.6 采用預壓裝配式預應力接頭的必要性和節(jié)點構造適示意圖一 采用預壓裝配式預應力接頭的必要性發(fā)展裝配式結構體系是建筑工業(yè)化的必由之路，但由于裝配式結構節(jié)點連接可靠性差，往往難以滿足反復

42、荷載下的受力要求，在地震區(qū)的使用受到限制。預壓裝配式預應力框架，采用工廠化生產的預制柱和預制預應力梁，運至現場直接吊裝，梁柱就位后，將后張預應力筋穿過梁、柱預留孔道，對節(jié)點實施預應力張拉預壓。后張預應力筋可作為施工階段拼裝手段，又可以在使用階段承受梁端彎矩，構成整體受力節(jié)點和連續(xù)受力框架，克服了裝配式節(jié)點受力可靠性差的缺陷，解決了預應力混凝土框架難以裝配的問題，形成預制預應力混凝土裝配整體框架。由于地下結構受力的復雜性，以及施工的困難性，采用預壓裝配式預應力接頭更具有工程實際意義。 二 車站預壓裝配式接頭節(jié)點構造示意圖根據現在的工程實例和工程經驗，建議對雙層單跨裝配式車站結構采用預壓裝配式預應

43、力接頭的構造方案，如上圖7-11所示。對于雙層雙跨裝配式車站結構，建議采用以下預壓裝配式預應力接頭的構造方案，如下圖2-20所示。 - 32 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究 圖2-20 預壓裝配式預應力接頭連接示意圖 - 33 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究第三章 結 構 防 水§3.1 防水設計的原則和設防標準地下工程結構由于自身的結構特點以及所處空間的特殊性，防水設計的好壞，在對地下工程結構施工是否便利，交付使用后能否正常運營和結構使用壽命的長短都起著至關重要的作用。因此我們在進行地下工程防水設計時，必須確立正確的防水設計原則和設防標準。一設計

44、原則遵循“以防為主、剛柔結合、多道防線、因地制宜、綜合治理”的原則。以結構自防水為根本，接縫防水為重點，輔以附加防水層加強防水。二防水標準依據地下工程防水技術規(guī)范（GB50108-2001）及地鐵設計規(guī)范（GB50157-2003），并根據相關工程的經驗，防水標準擬定如下：車站（包括通道及風道）及機電集中區(qū)段：防水等級為一級，結構不允許滲水，結構表面無濕漬。強調結構自防水為本，采取有效措施增強混凝土抗?jié)B抗裂性，減小地下水對混凝土的滲透性，主體結構防水混凝土抗?jié)B等級為S8。 §3.2 城市地鐵工程防水的一般要求在進行城市地鐵工程防水設計時候，應遵循以下一些基本要求：一 地鐵工程防水設計

45、，首先應滿足技術先進、施工簡便、經濟合理、使用安全、確保質量的要求。二 地鐵工程的防水設計應綜合考慮地下水、地表水的作用，全方位考慮工程防水。三 地鐵工程的防水是一個系統(tǒng)工程，設計時候要綜合考慮各種因素與防排 - 34 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究水的關系，在保證結構安全可靠的基礎上，結構應能滿足防水的需要。四 地鐵工程防水應當采取綜合防水的措施，優(yōu)先考慮結構的自防水，根據需要采用附加防水層、注漿防水等附加防水措施。五 地鐵工程的施工縫、變形縫、后澆帶等都是地鐵防水的薄弱環(huán)節(jié)，這些部位應當采取多道防線進行加強防水處理。六 地鐵工程的防水材料應當優(yōu)先選擇質量可靠、耐久性好、物

46、理力學性能優(yōu)越的，符合環(huán)境保護要求、施工簡單的材料。七 地鐵工程具有防水要求高、滲漏治理難的特點，應當精心施工，嚴格控制防水材料質量和施工質量，層層把關，不留隱患。 §3.3 明挖法施工的構造特點與防排水要求明挖法施工與地面建筑施工技術相近，相對于暗挖法施工，具有技術成熟，施工較為方便，質量容易控制，便于防排水措施的實施等特點。對于采用明挖整體式的車站結構，結構自身具有很好的防水性，而且抗震性能也好，能適應結構體系的變化，有利于結構的防排水；而對于明挖裝配式結構，預制構件的防水等級一般容易達到，裝配件之間的連接式防水的薄弱環(huán)節(jié)，應采取加強防水措施。明挖法施工的防排水要求：一 基坑開挖

47、時，做好基坑坡頂的截水工作，防止邊坡頂的水流入基坑；基坑內如果有地下水，應采取基坑內降水或注漿堵水等措施。二 采用樁墻或地下連續(xù)墻支護的明挖結構，樁墻和地下連續(xù)墻應具有一定的抗?jié)B能力，其抗?jié)B標號不得小于S6。地下連續(xù)墻槽段之間應保證接頭部位具有良好的防水效果。三 墊層混凝土采用強度等級不小于C15的混凝土，厚度不小于150cm，要求墊層混凝土堅固密實，并基本平衡。四 結構宜采用全外包膨潤土防水板或柔性防水層。防水層板或防水層施工應做到材質優(yōu)、搭接牢固、完整無缺陷。- 35 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究五 對施工縫、變形縫、后澆帶等防水薄弱部位和施工拐角部位，應采取附加防水措

48、施的方法進行防水處理。 §3.4 車站的防水設計3.4.1 主體結構的防水設計與施工明挖結構應采用外貼全包防水。一結構底板防水。結構底板澆筑前，首先應在基底澆筑底板墊層，要保證澆筑質量以確保墊層滿足不小于S6的抗?jié)B等級。墊層此采用不小于C10等級的混凝土，厚度不小于10cm。要求墊層結構密實，并且基本平整。墊層上面敷設膨潤土防水板或柔性防水層，防水材料采用膨潤土防水板或兩層各4mm厚的聚脂胎體改性瀝青防水卷材。采用卷材時，施工應嚴格按照防水卷材敷設的施工工序和要求進行。防水層施工完畢后，應即使施作防水層的細石混凝土保護層。二側墻的防水設計與施工側墻防水層采用滿粘法施工，敷設防水層前應

49、在側墻外表面上抹厚度不小于2cm的水泥砂漿找平，側墻第二層（靠近回填土）鋪膨潤土防水板或防水卷材，在敷設完的防水層表面抹2cm厚的防水層的水泥砂漿保護層。側墻的保護層也可以采用厚度不小于5cm的聚乙烯泡沫塑料等材料。三頂板的的防水設計與施工頂板的膨潤土防火板或改性瀝青防水卷材也應采用滿鋪滿粘法施工，但應該注意頂板混凝土澆筑完畢后，要進行二次收水平抹實，不得在頂板表面抹水泥砂漿，以免找平層開裂將防水層拉斷。 - 36 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究3.4.2 接頭、接縫等的防水設計與施工構件接頭、接縫防水包括接縫間的彈性密封墊防水、隧道內側相鄰構件間的嵌縫防水以及必要時向接縫內

50、注入聚氨酯藥液等。1）密封墊防水，由扭緊連接螺栓、密封墊膨脹等因素產生接觸面應力來達到防水的效果。 2）接縫嵌縫防水，即隧道內側用防水材料進行鑲縫，諸如環(huán)氧類、聚硫橡膠類、尿素樹脂類為主的材料3）接縫注漿即在拚裝塊的四邊端面上設置灌注槽；構件拼裝后，由隧道內向構件的灌注槽內壓注砂漿或藥液。4）螺栓孔和壓漿孔防水一種方法是用塑性（合成樹脂類、石棉瀝青或鉛）和彈性（橡膠或聚氨酯水膨脹橡膠等）密封因墊在螺栓和螺孔口之間，在擰緊螺栓時，密封因受擠壓變形充填在螺栓與孔壁之間，達到止水效果。另一種方法是采用一種塑料螺栓孔套管，澆注混凝土預埋在構件內，與密封圈結合起來使用。5）變形縫防水- 37 -深圳地鐵

51、1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究變形縫防水構造型式和材料應根據工程特點、地基和主體結構變形情況以及水壓、水質和防水等級等因素確定。水壓較大的變形縫通常均采用埋入式塑料（橡膠）止水帶。另一種防水方式是采用鋼翼橡膠型止水帶，先澆注在底板里，在往底板上安置襯砌構件前，在基坑里將底板接縫上方的鋼翼止水帶全截面用焊接的方法聯接起來，使它嵌入到端頭接縫里。變形縫內側還有嵌縫橡膠條。 - 38 -深圳地鐵1號線續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究第四章 方案急待解決的問題和實驗項目建議§4.1 明挖裝配式地鐵車站抗震設計待解決的問題據國內設計單位介紹,在進行地鐵車站設計時,考慮到土的阻尼和約束作

52、用,一般不進行抗震設計。然而,從1995年1月日本神戶地震的震害調查表明,此次地震,除一般的建筑物受到不同程度的破壞外,神戶的地鐵車站也受到了嚴重的損壞,邊墻有的局部開裂或斷裂。由于這是第一起地下結構的嚴重震害，因而引起了人們的關注。因此，研究地下結構在地震作用下的反應，無論對研究地下結構的震害，還是對地下結構的抗震設計都有特殊的意義。4.1.1 裝配式車站抗震設計理論和設計方法研究的重要意義 地下結構的抗震設計及對策是城市工程抗震和防災減災研究的重要組成部分,然而迄今為止,我國尚沒有一套科學系統(tǒng)的地下結構抗震設計的規(guī)范體系。所以,對地下結構抗震理論和設計方法進行系統(tǒng)深入的研究是一個現實而又迫

53、切的課題。對于裝配式地下結構的抗震設計理論研究更式空白。4.1.2 建議的裝配式地鐵車站震動臺實驗對地下鐵道開展建立抗震設計方法的研究正逐漸得到人們的關注。由于目前國內地下結構抗震理論研究的空白，因此，建議通過對地鐵車站結構進行振動臺模型試驗,深入了解軟土地鐵結構動力反應的規(guī)律,以便為檢驗理論計算結果的正確性提供驗證,進而制定軟土地鐵抗震設計指南等提供依據建議的模型試驗分自由場振動臺模型試驗和地鐵車站結構振動臺模型試驗兩類,后者又分典型地鐵車站結構振動臺模型試驗和可反映考慮區(qū)間隧道與地鐵車站接頭結構相互影響的地鐵車站接頭結構振動臺模型試驗兩種。自由場振動臺模型試驗主 - 39 -深圳地鐵1號線

54、續(xù)建工程車站明挖結構預制技術研究要用于模擬自由場地土層的地震反應,據以獲得模型箱內不同位置處的土的動力響應,確定“邊界效應”的影響程度和鑒別模型箱構造設計的合理性,并為地鐵車站結構和車站接頭結構振動臺模型試驗作準備。通過典型地鐵車站結構振動臺模型試驗和地鐵車站接頭結構振動臺模型試驗,將得到的數據進行處理，以得到地鐵車站結構和車站接頭結構與土共同作用時地震動反應的規(guī)律與特征,并為建立分析理論和設計方法,以及了解車站結構的可能破壞方式積累資料。4.1.3 建議的地鐵車站結構地震反應數值模擬分析在建議裝配式地鐵車站結構震動臺試驗的同時，同時建議采用基于土-結構動力相互作用的有限元計算模型。該模型中間部分為地下結構及周圍地基土，兩側部分為自由場地。中間部分的地基采用平面應變單元，自由場地土采用層元，地下結構的梁柱按梁單元處理，內空形成空元。有限元部分與