地下空间概念设计-装配叠合整体式无柱地下车站概念设计

装配叠合整体式无柱地下车站概念设计

潘清1莫振泽1徐军林2 闫顺2许俊超2汪国良2潘正义2

(1.无锡地铁集团有限公司，江苏 无锡 214125;2.中铁第四勘察设计院集团有限公司， 湖北 武汉　473136)

摘要：为积极相应国家对绿色、集约、高效、环保与可持续的要求，建筑行业正在大力推进装配式技术发展。城市轨道交通地下车站的装配式技术，受制于地下水的影响，目前推广尚不普遍。提出的明挖装配整体式无柱地下车站采用装配整体式叠合结构，可在富水地区、常规带支撑基坑条件下推广，适用范围广泛。该方案节点设计为空腹式结构，结构体系力学性能优异，构件轻量化，同时可利用空腹等空间灵活布置风道或管线等，空间利用率高。车站利用大跨度结构形式，结合建筑一体化装修方案，达到最优空间效果。

关键词：装配叠合整体式;无柱;地下车站

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0.引言

具备绿色、集约、高效、环保与可持续发展诸多优势的预制装配式地下建造技术受到国家和行业决策者的关注与青睐，一系列鼓励促进建筑工业化、绿色、可持续发展的政策文件相继出台。地下车站的建造方法主要有：明挖法、暗挖法、盾构法及两种或多种以上结合的混合方法等，预制装配式地下车站结构技术即为混合方法之一。20 世纪60年代，法国开创了预制钢筋混凝土管片装配拱技术，并在地下车站施工中得到广泛应用，第一个使用该技术的车站是巴黎地下夏尔戴高乐-星广场站，结构横截面跨度为21m。20世纪70年代，前苏联圣彼得堡地下修建中出现了真正意义上的装配式地下车站，它利用拱承载原理，两侧过站隧道经加固作为拱脚支撑整个单拱，上拱和侧拱均预制的钢筋混凝土块体，采用专门的安装机械嵌入到隧道切槽中。其中，1997年建成并投入使用的圣彼得堡地下奥林匹克站最具装配式车站结构的代表性。

国内预制装配式技术起步相对较晚，20世纪50年代通过引进前苏联技术逐步建立了一系列装配式混凝土建筑体系;到20世纪90年代，预制装配式建筑逐步被现浇建筑体系取代;进入21世纪后，预制装配式技术又迎来了新的发展契机。20世纪90年代，我国在修建秦岭Ⅰ线铁路隧道时，首次运用了半预制衬砌施工技术，仰拱采用预制生产后现场拼装，拱和墙采用现浇施工。

在我国大力推进装配式建筑的政策背景下，随着建筑产业的不断转型升级，装配式建筑在轨道交通行业势必要推进。目前长春地铁、无锡地铁、深圳地铁、济南地铁等均进行了装配式地下车站的应用。

目前国内地铁采用的装配式结构有全预制装配式、叠合装配式等多种型式，其中叠合装配式又分为围护结构与主体结构叠合、主体结构预制与现浇叠合等多种形式。

在无锡地铁采用的装配整体式地下车站，能够满足适用于富水地区、围护结构设置内支撑体系的常用条件，使得装配式方案的设计不受地质条件、围护结构支撑方案的影响，同时也不受结构型式的影响。其节点采用新型环扣式节点连接方案，有效解决了各预制构件之间有效连接问题，降低了构件制作精度要求。

在既有装配整体式技术的基础上，进一步提出了装配叠合整体式无柱地下车站的概念设计，将该技术进行了推广与提升，并对大跨度无柱车站的设计思路、设计理念进行了创新。

1.设计理念

无柱地下车站具有视野开阔、装修方案灵活多变的优势，自带“地标车站”、“网红车站”属性，近年来深受乘客和各地业主方的青睐。无柱车站的主要优点有:

(1)功能引导性强，确保了轨道交通建筑空间的完整性，对建筑空间视线可达性和引导更为高效、便捷。

(2)空间效果好，可以很好的解决站厅、站台公共区域视线阻挡问题，空间一致性强，形成良好的空间形态，给乘客以无比舒适的空间感受，提升车站建筑品质。

考虑将地下车站设计的主要专业充分融合，既满足各专业的功能需求，同时达到各专业方案均为最优设计。

借鉴桥梁大跨结构(空腹拱桥、斜腿钢构桥)，结构体系力学性能优异，构件轻薄。通过对全新无柱地下车站体系的力学行为进行分析，研究结构体系的力学行为特性，优化结构形状。

结构受力构件可形成特殊空间通道，该空间的设计布局、充分利用，是建筑设计的直接前提。合理的功能布局、相宜的装修方案，将收到事半功倍的效果。

2.建筑设计方案

结合装配式结构特点，进行建筑、装修以及管线等的一体化设计，实现装配式结构精准预留预埋;采取针对同一构件的包容性预留预埋方案，包含预留点位、预埋件以及连接方式;采用空间装饰设计一体化的手法去打造极具现代感和创新的装配整体式地下车站的室内空间设计，与现场的机电共同配合布置各个机电管线的定位来实现和配合完成无柱车站最终的装饰一体化设计。如图1所示。

图1 装配叠合整体式无柱地下车站效果图

3.结构设计方案

装配叠合整体式无柱地下车站，在车站主体结构采用装配整体式结构，地下两层无柱单跨叠合装配式钢筋混凝土框架结构，顶、中、底板与侧墙形成闭合框架，底、中、顶板设计为梁板体系。主体结构与围护结构间设置柔性防水层，形成复合墙结构。如图2所示。

图2 装配叠合整体式无柱地下车站结构型式

为了保证结构后期使用过程中的防水效果，车站装配方案采用装配整体式结构方案，车站结构均采用湿接头，主体框架结构采用预制构件+现浇结构相结合的叠合构件方案，通过预制构件外层现浇混凝土形成整体性强的结构，确保在使用过程中结构整体稳定性。防水方案采用结构外全包防水+装配式整体式结构自防水，预制构件间采用细部节点方案。

4.主要创新

采用空间装饰设计一体化的手法去打造极具现代感和创新的装配整体式地下车站的室内空间设计，与现场的机电共同配合布置各个机电管线的定位来实现和配合完成无柱车站最终的装饰一体化设计。

利用装配叠合整体式及新型大跨度设计方案，提供全新的无柱地下车站设计、施工方法，解决富水地区装配式无柱车站的推广受限的问题;全预制构件采用空腔型式，构件轻量化，可有效降低工程造价;提出装配整体式无柱地下车站新型构件及节点，解决构件之间的有效连接问题，实现免模板施工，满足车站施工阶段及使用阶段的受力要求。

5.结论与建议

该明挖装配整体式无柱地下车站成套技术可在富水地区、常规带支撑基坑条件下推广，适用范围广泛。提出的装配式地下车站技术，极大减少现场支模及钢筋绑扎工序，现场施工作业量比现浇车站大幅减少，施工垃圾及粉尘大幅减少，机械化作业程度高、现场人工需求小，降低用工成本和安全生产风险，有效减少施工对城市环境的不良影响，缩短工期，减少地铁施工对城市交通的影响。

该装配式地下车站技术符合绿色智能建造发展理念，预制构件可实现工厂标准化、产业化生产，质量控制有保障，绿色、节能、低碳、环保、高效、智能，有利于节约资源能源、提升劳动生产效率、促进建筑业与信息化工业深度融合，促进建筑产业转型升级，社会效益显著。