北京城建将预制装备式工法应用于地铁车站建设

2018-08-08 08:13 首都建设报

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来源标题:北京城建将预制装备式工法应用于地铁车站建设

坐在办公室里,北京城建设计发展集团总工程师、全国勘察设计大师杨秀仁仔细翻阅着即将通车的长春地铁2号线的图纸。“这条线是国内首个采用预制装配技术建造车站的项目,5座车站的装配技术难题基本都是由我们团队攻克的。”杨秀仁的眼中透着欣喜和自豪。

今年8月底,长春市地铁2号线即将通车运营。说这条线与其它轨道交通线一样,是因为它将成为一条城市交通运输的大动脉,服务于广大市民;说它不同则是因为整条线路上的5座车站为100%全预制装配式结构,也就是说地铁车站是拼装而成的。

一座车站省出1/4工期

长春市地处我国东北的严寒气候区域,地铁施工每年有四五个月的冬歇期,工程工期压力巨大。针对传统工法施工时间长、资源消耗大、作业风险高、结构质量不易保证、劳动力需求难满足等问题,杨秀仁领衔的研究团队以长春地铁2号线袁家店站为试验段,在国内首次对明挖条件下的地铁车站预制装配技术进行了系统研发。

“每个车站可以比传统方式节省4—6个月的工期,几乎占到一座车站施工时间的1/4—1/5。对东北这样高寒地区,在不过多增加整体经济成本的情况下,工期很重要。在现场作业工人数量方面,现浇混凝土车站,高峰期每班需要130-150名工人作业,而采用预制装配技术后,每班的人数仅为20人左右,在建筑工人短缺的环境下,尤其具有诱惑力。”杨秀仁说。

据介绍,这种建造方法最重要的特点是施工速度快、现场作业人数少、工程质量高;而装配现场不再有钢筋绑扎和混凝土湿作业,极大降低了噪声和粉尘对城市环境的污染;装配好的结构空间开阔、漂亮,且具备良好的抗震性能。整套体系实现了绿色环保、智慧建造的理念,有望成为未来轨道交通建造技术的重要组成部分。

插销设计减振又防水

袁家店车站的预制装配试验段全长176米,车站高近18米、宽度近21米,由609块预制构件组成的88环拼装而成,单个构件最重达55吨。

从施工中的照片可以看到,每一环由大小不一的7个构件拼成一个拱形结构。而常规地铁车站基本为矩形。最初设计时研发团队也并非一步到位,他们对矩形、拱形、装配+现浇结构……多种方案都讨论过。

团队最终决定采用拱形车站的方案,原因一是拱形是受力更加合理的地下结构型式,二是拱形可以带来车站内部无柱的建筑效果,开阔明亮的大型空间,加上预制装配自然形成的美轮美奂的结构“肌理”,给车站后期的利用提供了更多的想象空间。

对研发团队而言,装配式车站核心技术难题很多,而预制构件之间的连接接头就是关键之一。如何将构件严丝合缝地拼装起来?在构件设计时,研发团队巧妙地在构件中间设计了一组纺锤状的导向定位销棒,如同给构件安装了一个尖头的插销,安装时只要尖头对准另外一构件端的开孔,顺势插进去就可以保证混凝土构件对接到位,不会出现磕碰,而且对位精度很高。

为了防止两块坚硬的混凝土对接在一起时个别点的接触,他们在接触面上设置了两道隔离橡胶垫,防止混凝土硬接触,同时起到接缝防水的作用。这种接头连接方式被杨秀仁命名为“变刚度接头”,一旦遇到地震等高破坏性作用,整个结构体系可以更加柔韧,减少构件损伤。

从一座车站到一个产业

一座车站的装配式建造技术攻关并非高不可攀,但杨秀仁和研发团队瞄准的绝不是仅仅一两座车站的建设。

由于装配式车站的预制构件精度要求控制在毫米级,即便研发团队已经减轻了材料的自重,但是几十吨的大家伙依然极易在工厂生产中发生变形。

要解决这个问题,常规的办法是把模板的厚度加大,这样模板的造价就会大幅度增加。即便这样,也不能完全避免浇筑混凝土时的模板“鼓肚子”的现象。既然靠模板自身无法解决变形的问题,那么不妨通过外力限制其变形,一种全新的理念在杨秀仁的脑子里萌生:利用柔性模具生产高精度构件。于是,杨秀仁团队开始对这种新理念的生产工艺进行研究,随后诞生了“隧道窑式大型预制构件生产线”。

智慧建造是当前建筑领域的热门。杨秀仁率领的团队除研发了预制装配技术所配套的关键施工装备之外,还在国内首次自主研发了一套“构件拼装自动控制系统”,把以往由人工操作和控制的拼装工作,由自动控制系统替代。以往人工很难控制的“拼缝宽度”、“千斤顶拉力”、“液压站压力”、“多点同步控制”等多项工作,完全交给系统自动控制,提高施工质量的同时,大大提高了效率。

从技术方案、产业实用性,到生产加工、智能化建造,再到装配式车站的装修和维修保养,杨秀仁的团队不仅完成了一个装配式车站的建设,还延伸出一套轨道交通装配产业体系。这套体系不仅可以为北方高寒地区轨道交通建设提供整体方案,还特别适合环保要求较高的城市,实现绿色建造。

责任编辑:李继业(QF0004)  作者:谢峰