地铁车站装配式标准化研究

1、深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究目 录第一章 研究的现状，意义和建议§1.1 研究现状 .31.1.1 国外装配式结构的应用历史和研究现状 .31.1.2 国装配式结构在地下工程中的应用和待解决的问题.5 §1.2 研究在实际工程中的重要意义 .9 §1.3 建议的研究方法和研究路线 .101.3.1 目前地铁车站装配式结构研究尚待解决的一些问题101.3.2 建议采用的研究方法和研究路线10第二章 结构选型、划分和接头方案§2.1 明挖装配式地铁车站的结构选型和结构划分122.1.1 装配式结构设计的基本原则. .122.1.2 车站结构

2、的选型方案和结构划分.132.1.3 结构选型和结构划分的建议.152.1.4 侧墙连接形式的建议17§2.2 接头位置选择和节点连接方式.182.2.1 接头位置的选择原则.182.2.2 节点设计的一般原则182.2.3 目前国装配式地下结构节点的受力特点302.2.5 单跨和双跨车站结构可采用的普通装配式构件连接方案.30 - 1 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究2.2.6 建议采用预压装配式接头方案的必要性和节点构造适示意图.33第三章 结构防水§3.1 防水设计的原则和设防标准.34§3.2 城市地铁工程防水的一般要求.34§3

3、.3 明挖法施工的构造特点与防排水要求.35§3.4 车站的防水设计.363.4.1 主体结构的防水设计与施工.363.4.2 结构接头、接缝等的防水设计与施工.37第四章 方案急待解决的问题和实验项目建议§4.1 明挖装配式地铁车站抗震设计待解决的问题.384.1.1 装配式地铁车站抗震设计分析理论和设计方法研究的重要意义384.1.2 车站震动台实验的建议.384.1.3 地铁车站结构地震反应数值模拟分析的建议.39 §4.2 装配式结构节点刚度折减系数和节点延性的研究.394.2.1 装配式结构节点力学行为研究的必要性.394.2.2 装配式结构节点模型实验

4、的建议.404.2.3 装配式结构节点受力理论计算分析的建议.40§4.3 装配式地铁车站结构防水技术的研究.404.3.1 目前地铁的防水现状404.3.2 装配式地铁车站防水技术研究的必要性和紧迫性414.3.3 装配式地铁车站防水技术研究- 2 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究第一章 研究的现状、意义和建议 §1.1 研究现状1.1.1 国外装配式结构的应用历史和研究现状1974年，联合国经济社会事务部在对欧洲各国建筑工业化状况进行调查后指出:建筑工业化是本世纪不可逆转的潮流。1989年国际建筑研究与文献委员会(CIB )第十一届大会将建筑工业化视为当

5、代建筑技术发展趋势之一。各工业大国在住宅建筑方面都己大部分或全部走向工业化的道路。粘土烧制的小砖已基本被淘汰。前苏联非常重视预制装配式结构的发展，早在20世纪70年代就己有预制构件厂家4500多家。目前，日本大部分房屋都是在工厂制造出来的.以大和房屋工业株式会社生产的钢结构单门独院的民用预制装配式房屋为例，其制造工艺流程简单快捷，每栋房屋从客户订货到制造装配完毕，全部过程只需要几十天。装配式建筑在其它东欧国家也得到了相当的发展，东欧各国利用预制装配技术建造了大量的工业厂房和多层民用建筑。其中，前南斯拉夫的，" IMC”体系被成功引入我国。该结构体系的基本原理是用后张法将预制楼

6、板和柱子连接起来，在板柱之间形成预应力摩擦节点，楼板的垂直荷载依靠四角摩擦力传给柱子，水平荷载则主要依靠剪力墙传至基础。“IMC”体系经受了1969和1981年前南斯拉夫班亚·卢卡地区强烈地震的考验，表现了良好的抗震性能，如今已在匈牙利、古巴、埃及和安哥拉等国得到广泛应用。20世纪80年代初期,建筑业开展的这一系列新工艺,如大板、升板体系、南斯拉夫体系、预制装配式框架体系等等,对建筑工业化发展起到了有益的推进作用。但这些有益的实践之后,均未有大规模的推广。究其原因,主要是因为当时的这些新工艺在高度、建筑型式、功能要求等方面有很大的局限。加之受到当时的经济条件制约,机具设备和运输工具落

7、后,运输道路狭窄,无法满足相应的工艺要求。另外,受技术 水平的限制,体系接头处理不善,极易造成漏水,而且接头构造处理不当,削弱了其受 - 3 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究力性能,在地震设防区产生的影响更大。这些客观的技术经济条件遏制了装配式结构体系发展的势头。21世纪初，随着经济的高速增长，新技术、新材料已有长足发展,已不是20世纪70、80年代可以相比的,在现有的技术经济条件下, 装配式建筑又迎了新的发展契机。新型装配式结构体系构想和新型装配式结构体系与企业流程再造正在不断取得长足发展。1.1.2 国- 4 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究住宅建设方面，我

8、国曾广泛应用和推广了装配式大板建筑，并积累了丰富的科研成果和工程经验。1976年的唐山地震后，我国整体板柱建筑“IMC”的研究和开发开始启动。原国家建委原国家建工总局和国家科委相继下达科研任务，下拨科研经费近200万元，在北京、成都、唐山、重庆、广州、沈阳、天津及兰州等地推广和应用这一体系数十万平米。结合多年的科研成果和工程经验积累，我国在1993年推出了整体预应力装配式板柱建筑技术规程。 1.1.3 装配式结构在地下工程中的应用和尚待解决的问题 从国内外预制技术的发展现状看，隧道及地下工程的预制技术主要应用在盾构法修建的工程中，一般为圆形结构。在铁路隧道和公路隧道中也有应用实例，例如在秦岭特

9、长铁路隧道中，仰拱就采用预制化的技术；日本曾在双车道公路隧道中，进行了单跨矩形装配式结构的试验研究。日法曾联合在公路的扩建工程中开发了大型拱形结构的预制技术，最大跨度已达到12m左右。在明挖法修建的地下铁道中，预制技术也有一些研究和应用实例。如图1-1是在地下铁道明挖法中应用过的一种装配式钢筋混凝土衬砌结构，这种结构定型推广在50年代中后期，在放坡基坑和工字钢加木衬板维护的基坑中以及无水地层或配合降水的基坑中，都能成功的采用，而且进度亦比现浇混凝土快，它也需要一些让构件整体化的现浇混凝土。这种结构共有8块预制构件，都由构件厂生产。整个结构采用全包防水层防水。底板的防水层上做了保护层后拼装预制构

10、件，灌注底板、边墙的整体化混凝土，用砂浆灌竖缝，混凝土凝结后上顶板，之后完成顶板接缝间的混凝土，将顶部抹平，两侧倒圆角，闭合外包防水层。防水层保护层做好后，最后才可以实施回填。这种方法工程费用与盾构法比较起来，主要是没有盾构的折旧费（约占整个工程费用的1/3）。- 5 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究 “成段衬砌”结构如图1-2所示。这种结构是60年代提出，逐渐定型，70年代以后广为采用的一种结构形式。它是象预制的大直径下水道管段一样的地铁衬砌，不过它是矩形截面的空间结构。逐块地将成段衬砌以明挖法接起来即可形成隧道。在乌兹别克斯坦，塔什干市地铁二号线用这种衬砌修建了7.2km长

11、的隧道。施工进度达到每昼夜9m（一个工作面）。这种衬砌比用单块预制件拼合的拼装结构含钢率小，而且完全可以满足抗震要求。这种采用外包防水层来防水。 除此之外“壳式隧道”在荷兰鹿特丹地铁东西线上采用过的一种装配式结构型式。采用这种预制方法，施工速度非常快，每周可以修建30m长的隧道，此种装配式地下结构在交付使用数年后，仍然保持着良好的防水效果。日本在仙台市地下铁道工程中，曾采用预制双跨箱型结构，构件的箱体尺寸是11.092m×7.440m，整个结构分成顶板、底板、侧壁及中柱等5个预制构件，设计中主要解决了构件的划分和轻量化，构件的纵向和横向连接问题。前苏联曾在用明挖法施工的地铁线上，包括

12、车站、区间隧道、以及车站附属建- 6 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究筑和辅助隧道工程，均采用定型拼装的统一规格的钢筋混凝土结构。到80年代后期，在明挖法施工的区间隧道中，开始广泛采用整体管段衬砌。白俄罗斯在地下铁道工程中，大力推行将预制混凝土衬砌设计标准化的技术，而且取得了一定的成就。在装配式地铁车站结构的研究和应用上，俄罗斯取得了长足的发展。俄罗斯在工业化施工与长期使用的成功经验上，通过实验和现场测试等研究工作，采用单拱结构的基本原理和特点修建了俄罗斯第一个地铁双层换乘枢纽。在彼德堡地铁伏龙芝滨海线花园站到挈卡诺夫站区间内，建成了伏龙芝滨海线到未来的环线的体育馆换成站，后来

13、批准的名字为奥林匹克站。车站整体结构形式为装配式层间楼板单拱结构，结构断面具体形式如图1-3所式。车站结构上拱半径11.2m，由12个厚70cm，沿车站方向宽50cm的钢筋混凝土构机组成。仰拱内径15m由13个构件块组成，它由两个带衬垫的钢筋契形接头挤压紧而闭合。内部的装配式钢筋结构是作为上层站台和道路下的支撑结构，该结构成梁柱组合形式，柱距4m，柱安设在纵向整体钢筋混凝土构件的“杯子”中，构件是混凝土浇筑在刚性基础界限内，刚性基础铺设在仰拱衬砌上。在柱的顶部安设装配式钢筋混凝土梁，这些梁联成绗架。为了承接上层道路行驶列车的荷载，在路轨下设置了钢筋混凝土装配式梁，一端支撑在绗梁上，另一端支撑在

14、整体式混凝土支柱的托架上。车站上下两层站台都是由装配式钢筋混凝土建造而成的。上层站台宽11.7m,由于下层中柱占去一部分空间，下层站台宽度为13.2m.车站建成后于1996年交付使用。 图1-3 装配式层间楼板单拱结构地铁车站- 7 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究除此之外，近年来在地铁车站建设中使用装配式结构亦出现了其它形式。 圣彼得堡地铁车站也式采用单拱车站横断面，具体形式如图1-4所示。车站埋设于不透水的致密粘土层中，拱圈和仰拱均由混凝土砌块组成，并支撑在两个圆形支墩上。由于该种结构形式没有受拉接构件，所以只适用于有一定自稳能力的地层。 图1-4 圣彼得堡地铁车站装配结构

15、形式 在明挖法施工的装配式地铁车站结构中，结构多采用矩形断面形式。如图1-5所示，该地铁车站结构的底板采用整体现浇的混凝土，边墙和顶板预制，顶板采用的密肋板式结构，使得重量减轻且有利于拼装。 图1-5 明挖法装配式地铁车站结构形式 以上实例说明，地下结构的预制技术以有一定程度的发展。发展地下工程的预制技术所带来的经济、技术效益也是明显的。然而近年来，装配式结构主要应用在一些桥梁工程中，在地下工程方面，装配式结构的发展速度非常缓慢。而且，目前地下铁道装配式结构还没有成熟的计算理论可依，而且国内外对装配式地下结构的计算理论研究不是很多,防水技术方面亦处 - 8 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构

16、预制技术研究于试验摸索阶段，在装配式地下工程抗震理论方面的研究更是欠缺。 §1.2 研究在实际工程中的重要意义目前许多国家都把预制化作为技术发展的一个重要标志,构件预制化的程度越高技术水平也就越高。同时构件预制化也是使工厂化的一个必然趋势，是加快修建速提高工程质量的有效办法。采用预制构件不仅可以提高工程质量还可以缩短工期降低成本。同时提高地下工程施工的工业化程度。尤其对改善地下工程内的施工环境更是明显。虽然国内对地铁区间装配式结构有一定的研究，但对地铁车站以及其他地下铁道附属物装配式结构的研究还处于起步阶段。相对对于地上装配式建筑而言，地下工程装配式结构的相关设计理论和设计、施工规范

17、都十分欠缺。由于地下工程本身的复杂性，我们不可能将现有的地上工业与民用建筑装配式结构设计和施工的计算理论和施工工艺照搬照用到地下结构中来。由于地下工程装配式结构的应用，可以给我们带来可观时间、技术和经济效益，同时又由于国内在此领域内技术的缺乏和研究的空白，这就迫使我们必须进行地下工程装配式结构相关设计理论的研究。同时，在地下工程结构抗震设计方面，据国内设计单位介绍,在进行地铁车站设计时,考虑到土的阻尼和约束作用,一般不进行抗震设计。然而,从1995年1月日本神户地震的震害调查表明, 神户的地铁车站在这次地震中车站结构遭受了严重震害。这是第一起地下结构遭受的严重震害,因而引起人们的关注。研究地下

18、结构在地震作用下的反应,无论对研究地下结构的震害,还是对地下结构的抗震设计都有特殊的意义。同时，由于装配式地下工程结构本身所具有的特殊性，对它抗震的研究更有必要性和工程意义。 - 9 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究1.3 建议的研究方法和研究路线1.3.1 目前地铁车站装配式结构研究尚待解决的一些问题在大型预制化技术的发展中，结合已有的工程实例来看，目前地铁车站装配式结构的研究要重点解决以下四个方面的问题。一构件的标准化的研究。构件预制化是与构件标准化紧密相关的。而地下铁道中的构件是否能实现标准化，是采用构件预制化的前提条件，也是与效益相关的。二预制结构形式的选择及构件的合理

19、划分。结构型式选定后，构件的划分不仅仅要考虑到结构合理的受力状态，更要考虑构件的制造和安装的可能性。三构件的接头构造及防水。构件的接头构造和防水处理是构件预制化的关键技术之一，影响到结构的使用环境和结构的耐久性。四构件的制作与安装。构件预制化技术的成败，是在施工管理上。严格的、良好的施工管理主要表现在构件的制造和安装工艺上，这两个环节应该给予充分的关注。1.3.2 议采用的研究方法和研究路线结合上述地铁车站装配式结构研究尚待解决的的这些主要问题，对本研究项目建议采用以下的研究路线和研究方法。一建议的研究路线：（1）、配合管线布置，对地铁车站结构进行结构选型和构件划分，提出装配式双层双跨框架结构

20、和装配式双层单跨式预应力结构两种方案。结构接缝设计，包括接缝构造和接缝防水；（2）、对两种方案进行结构受力分析；（3）、根据分析结果进行结构形式比选、构件划分的确定；（4）、对划分后的构件进行纵向、横向接头的选型；（5）、结构接缝、接头的防水设计；- 10 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究（6）、对该方案在施工方面的可行性，对环境的影响和经济性等方面做出客观评价。二建议的研究方法：首先通过有限元分析确定构件划分的合理位置；再次通过模型试验和数值分析、理论计算等方法，确定接头受力特性和刚度折减系数；其次通过装配式地铁车站结构震动台试验和数值计算确定确定装配式地铁车站的地震反应机理

21、以及地震情况下可能造成的震害；通过对装配式车站结构整体防水和接头、接缝的防水试验研究，得出适合装配式地铁车站结构的防水理论和防水工艺。以上研究为地铁车站装配式结构设计、施工提供合理依据。 - 11 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究第二章 结构选型、划分和接头方案§2.1 明挖装配式地铁车站的结构选型和结构划分2.1.1 装配式结构设计的基本原则预制装配式结构设计的关键在于保证结构体系的整体性，为此装配式结构必须合理地设计预制件间的连接，提高连接部位的整体连续性能，从而保证结构体系的整体性，使其具有尽可能多的赘余度，因为超静定结构比静定结构具有更高的安全性和更好的抗震性

22、能。因此，装配式结构设计应遵循以下的一些基本设计原则：一装配式结构宜用于平面规整对称，竖向刚度均匀的建筑结构中。二装配整体式框架刚性节点应满足现浇结构的有关设计规定，其节点的承载力余延性不应低于现浇结构。三装配式结构的连接，应能保证构件的连续性和结构的整体性。四构件连接部位的承载力，不应低于其连接构件的承载力。五装配整体式接头应满足施工阶段和使用阶段的承载力、稳定性和变形的要求。六对承受弯矩的刚性接头，设计时应使接头部位的截面刚度与邻近接头处的预制构件的截面刚度相接近，避免引起应力集中。七按刚性连接设计的柱与柱、梁与柱、梁与梁之间的接头，钢筋宜采用焊接或机械连接。当接头的构造和施工措施能保证节

23、点的承载力和刚性要求时，接头的钢筋亦可采用其他的连接方法。八在保证结构整体受力性能的前提下，应力求连接形式简单，传力形式简单，传力直接，受力明确。九装配式结构的设计应考虑安装的方便，误差易于调整，且连接后能较早承受荷载，以便上部结构的继续施工。十预制梁、柱构件的截面设计和构造要求，应满足混凝土结构的相关规范和 - 12 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究装配式结构相关设计规范的规定。十一 装配式框架使用阶段，在竖向荷载作用下的内力计算，应考虑节点刚度降低对框架内力的影响。十二 装配式框架结构中，砌体填充墙在平面和竖向的布置，宜均匀对称，避免形成薄弱层或短柱。十三 在多遇地震作用下

24、，装配式结构应考虑节点刚度降低对框架位移的影响，计算层间位移。2.1.2 车站结构的结构选型和划分方案根据相关要求，在明挖地铁车站预制技术研究中，选取了两种装配式结构方案，分别为双层双跨式框架结构和双层单跨式预应力结构。一双层双跨式框架结构底板采用现浇方法制作，底板和柱通过榫式连接。为了达到梁与柱接头处的弯矩较小的目的，可将梁和柱的接头设置在梁上弯矩为零的地方。梁与柱的连接可采用叠合梁现浇式连接。除底板外，构件划分为10块，如图2-1所示，其中侧墙和板的纵向间距为2m，侧墙厚度为0.7m，板厚为0.5m；柱距离为8m,柱子尺寸为0.8×0.8m;纵梁梁高为1.5m。- 13 -深圳地

25、铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究二、双层单跨式预应力结构底板亦采用现浇方法制作，底板和柱通过榫式连接。由于跨中弯矩随梁的跨度增加而增大，因此如果要取消中柱成为双层单跨式结构，需要将预制梁做成预应力梁的形式。取消中柱后，梁与柱相交处的剪力也增大了。为了提高梁与柱接头处的抗剪能力，采用预压装配式接头。除底板外，构件划分为4块，如图2-2所示，其中侧墙和板的纵向间距为2m，侧墙厚度为0.7m，板厚为0.5m；柱距离为8m,柱子尺寸为0.8×0.8m；横梁梁高为1.5m。 图2-2 双层单跨式预应力结构构件划分图 - 14 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究2.1.3

26、结构选型和结构划分的建议一横断面结构选型通过上述的计算分析，并考虑施工和吊装的简便，建议采用双层双跨式框架结构，底板现浇。如图2-3所示。 对于双层单跨装配式车站结构，根据计算结果和分析，建议将改方案进行调整，顶层预制楼板采用变截面预应力楼板。调整后的方案如图2-4所示。 - 15 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究图2-4 双层单跨式装配框架结构（方案2） 同时，在考虑到双层单跨、双层双跨结构装配时候施工的方便，可采取将柱和底板的榫式连接改为柱与底板的刚性连接。预制柱底部和底板双层单跨、双跨柱与底板搭接方案图（方案3） 2、纵向结构划分在上述建议结构选型的基础上，将双层双跨式框

27、架结构横断面分成柱、梁共分9块，柱之间和梁之间通过预制板连接，预制构件的纵向间距为2.53.0m。具体划分亦参见图2-1所示；将双层单跨式框架结构横断面分成柱、梁共分5块，柱之间和梁之间通过预制板连接，预制构件的纵向间距为2m。具体划分亦参见图2-3至图2-5。 - 16 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究2.1.4 侧墙连接形式的建议装配式地铁车站预制侧墙与地下连续墙以及预制侧墙之间的连接，是装配式地铁车站设计的重点之一。一 侧墙与连续墙的连接对于侧墙与地下连续墙的连接，建议采用预应力连接和刚性连接两种。具体参见图2-6所示。 二 图2-6 预制侧墙与地下连续墙之间的预制连接和

28、刚性连接 侧墙之间的连接 由于地下结构所处环境的特点，预制侧墙之间的连接，不仅要考虑到连接稳定，更重要的是要考虑到防水性能。因此，建议预制侧墙板采用如图2-7所示的连接方式。 - 17 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究§2.2 接头位置选择和节点连接方式2.2.1 接头位置的选择原则在第五章的计算分析的基础上，最佳接头位置的确定有三种方案：第一种设置方式就是将接头设置在对整体结构受力影响最小的位置；第二种设置方式就是将接头位置设置在对整体结构受力最有利的位置；第三种考虑构件装配施工的方便。根据以往的工程经验，建议将接头设置在弯矩为零处，这是本着减少接头处节点构造设计的

29、一般原则一节点形式应根据结构特点和施工条件确定；在保证结构整体受力性能的前提下，力求构造简单、传力直接、连接形式与静力计算假定计算假定相符合。二要求施工方便，安装固定简单可靠，误差易于调整，构件连接后能尽快承受部分或全部设计荷载。三尽量减少二次浇灌混凝土和焊接工作量，尽量减少钢材用量。四满足抗震节点设计的相关要求。 - 18 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究2.2.3 目前国 榫式连接示意图连接构造的优缺点：- 19 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究榫式连接式为框架结构中常用的接头形式。其构造特点是钢筋采用剖口焊接，然后在榫头外边进行混凝土二次浇灌，以形成整体。

30、其优点是接头受力性能较好，特别对于竖向荷载更是如此。而且能节省钢材。 其缺点是由于剖口焊接工作量大，焊接应力大，二次浇灌工作量大且质量不易保证，冬季施工不方便。 （2） 插入式连接具体构造方式：插入式连接同样适用于民用建筑和一般多层工业建筑，但不宜用于抗震设计的框架-剪力墙结构和实心砖填充墙框结构。如果是偏心受压柱的接头，应设置在轴向力对截面重心的偏心距e010.35h0处，且柱截面尺寸不应小于400×400mm。具体构造如图2-9所示。 图2-9 插入式连接示意图 连接构造的优缺点：刚性连接插入式接头的构造特点是将上柱做成榫头，下柱做成杯口，榫头与杯 - 20 -深圳地铁1号线续建

31、工程车站明挖结构预制技术研究口间的接缝用水泥砂浆填实，以形成整体。其优点是免除了钢筋焊接，后浇水泥砂浆少，冬季施工方便，不受气候影响，施工简便，安装进度快。缺点是榫头及杯口处钢筋用量较多，另外，由于上下柱体钢筋在水平接缝处断开，拉力靠榫头 浆锚式连接示意图- 21 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究 连接构造的优缺点：预制柱浆锚式连接用于非抗震和抗震设计的民用建筑，建筑高度不宜超过20m。而且浆锚式连接不得用于偏心受拉柱。虽然其装配速度较快，但此中节点构造在整个结构体系中是受剪、受拉、偏心受压的薄弱环节。因此在地下结构装配式结构中不建议采用。 二梁柱节点连接（1） 整浇式节点具体

32、构造方式：整浇式梁柱节点式在节点区利用现场后浇混凝土，将预制梁和柱连接成为整体框架节点的一种连接构造，这种节点具有外形简单、制作和安装方便、节点整体性能良好等特点。整浇式节点按构造分为两类：整浇式A型节点，梁下部纵向钢筋在节点内采用焊接连接；整浇式B型节点，梁端下部的纵向钢筋不宜多于二根，直径不宜大于25mm。梁端下部纵向钢筋在节点内采用搭接弯折锚固的作法。而整浇式节点预制柱的具体构造如图2-11所示。- 22 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究 图2-11 整浇式节点的预制柱连接示意图 连接构造的优缺点：梁、柱整浇装配式连接的构造特点是短柱分层预制，梁搁在柱，柱与柱、梁与柱在同

33、一处连接。其优点在于此种连接焊接工作量少，而且不需要剖口焊。构件安装时不用大型起重机械，只需用塔式起重机吊装。接头整体性好，受力特性良好。其缺点在于对节点浇筑时候，钢筋密集浇筑震捣密实困难，需要架设模板，且节点不能立即受力。 （2） 现浇柱预制梁节点具体构造方式： - 23 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究现浇柱预制梁框架是全装配式结构的一种发展，由于节点与柱在现场同时浇筑混凝土，节点的整体性能较全装配式框架有很大的改善。现浇柱预制梁A型节点，梁端下部纵向钢筋在节点内采用焊接连接；现浇预制梁B型节点，梁端下部纵向钢筋不宜多于二根，直径不宜大于25mm，梁端下部纵向钢筋在节点内采

34、用搭接弯折锚固的做法。现浇预制梁A型节点具体构造如图2-12所示。 - 24 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究图2-12 现浇柱预制梁A型节点构造示意图连接构造的优缺点：此种接头的特点亦是节点整体性好，受力特性良好。其优缺点与整浇式节点有相同之处，即对节点浇筑时候，钢筋密集浇筑震捣密实困难，需要架设模板，节点不能立即受力。同时有一定的焊接工作量。但节点力学性能良好。 （3） 暗牛腿式节点具体构造方式：暗牛腿式节点适用于预制长柱体系施工的民用建筑和多层轻工业厂房。暗牛腿构造做法也可用于主、次梁间的连接。暗牛腿节点要求预制柱采用型钢牛腿；节点部位预制柱和预制梁间的接缝宽度不宜小于8

35、0mm；梁端及柱相应部位应设置齿槽，以利于传递梁端剪力；预制梁梁端箍筋直径不宜小于8mm、间距不大于100mm，梁端缺口处箍筋不应少于两道。 连接构造的优缺点：其优点在于牛腿不外露，外形美观，梁端截面削弱较小和施工方便等。其缺点在于接头处的二次浇灌混凝土不易密实，能承受的节点竖向荷载较小。（4） 叠压浆锚式节点具体构造方式：叠压浆锚式节点构造适用于具有内廊和外挑廊的建筑物。构造时要求预制柱纵向钢筋总数不宜多于4根，柱截面不宜大于400×400mm；预制柱纵向钢筋在节点部位搭接总长度不应小于25d,在浆锚孔内的搭接长度不应小于20d,且应在搭接的上部加焊。具体构造如图2-13所示。连接

36、构造的优缺点：叠压浆锚式节点在施工过程中，对焊接工艺复杂，施工工序繁琐。 （5） 明牛腿式节点- 25 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究具体构造方式：明牛腿式节点用于框架结构时高度不宜超过40m，用于框架-剪力墙结构时高度不宜超过60m.构造要求预制柱截面不宜小于400×400mm；预制梁宽度不宜小于200mm，且不宜小于柱截面宽度的1/2；牛腿跳出的长度应根据梁端下部纵向钢筋与牛腿间焊接时所需焊缝长度和梁端与柱间所留接缝宽度确定，且不得小于250mm；牛腿底面倾斜角不宜大于45度（与水平面夹角）；牛腿外边缘高度不宜小于牛腿高度的1/3，且不应小于200mm.具体构造

37、如图2-14所示。连接构造的优缺点：明牛腿式节点优点在于适用于楼面荷载较大的工业建筑。且此种连接接头受力明确可靠，焊接工作量少，安装方便。能承受较多的节点剪力。与暗牛腿相比，明牛腿节点形状突出形象美观。 图2-14 明牛腿式节点构造示意图 - 26 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究 图2-13 叠压浆锚式节点构造示意图 （6） 齿槽式节点具体构造方式：齿槽式节点的适用高度按暗牛腿式节点的规定采用。适用于预制长柱的梁柱连接，也可用于主次梁连接。 - 27 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究由于齿槽要承受梁端剪力，所以齿槽构造应符合以下要求：齿型一个采用等腰三角形或梯

38、形，斜度取45度；具体构造如图2-23所示。1)齿槽沿高度均匀布置，齿槽静距不应小于齿高；2)齿深一般取40mm,齿高40100mm,但不宜大于齿深的3倍；3)齿槽数不应少于2个，且齿槽受剪面积不宜小于梁全截面面积的1/3。 图2-15 齿槽式节点构造示意图连接构造的优缺点：齿槽式刚性连接优点是构件安装就位方便，牛腿不外露，不需要任何防腐处理。节点整体受力性能良好。但接头处二次浇灌的混凝土不易密实。 三梁板连接（1） 叠合梁预制梁与板的连接，是通过叠合梁的叠合层后浇混凝土使其连成整体的。叠合梁的设计和构造应满足相关规范要求。（2） 预制板与梁的连接非抗震设计时，预制板与梁的连接及预制板板缝配筋

39、构造，可分别采用图2-16(a)和(b)所示连接构造。设计时候要注意加强构造措施，以增强体系的整体性；增加新老浇灌的混凝土的粘结。- 28 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究 图2-16 非抗震板与梁的连接示意图 二级抗震等级框架及二、三级抗震等级框架结构和框架-剪力墙结构，预制板与叠合梁的连接构造可按图2-25(a)、(b)所示连接构造；三、四级抗震等级框架结构预制板与叠合梁的连接及板缝间设置焊网可按图2-17(c)构造做法。 图2-17 抗震设计预制板与叠合梁的连接及预制板板缝配筋构造示意图 - 29 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究2.2.4 装配式地下结构

40、节点的受力特点以及构造时的注意事项 装配式地下结构的上部结构受到地层的重力作用；由于弹性地基梁的作用原理，其底部结构受到很大的地基反力；侧墙部分又受到土层的侧压力。所以与地上结构相比，地下装配式结构节点除了要承受弯矩外，还要承受很的大剪力。这就要求我们在构造装配式地下结构节点时要保证结构体系的整体性，连续性，提高连接部位的抗剪能力，从而提高结构的安全性。2.2.5 单跨和双跨车站结构可采用的普通装配式构件连接方案一双层双跨装配式地铁车站普通接头构造方案根据2.1节所述，接头设置在弯矩为零处以减少接头处内力的原则，将双层双跨顶板的接头分别设置在居左右边墙1.3m处和距离中柱2.0m处。根据工程具

41、体特点，接头连接方式可以选择普通连接方案。所有接缝、接头均采用刚性连接，如图2-3和图2-18所示。 - 30 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究 图2-18 刚性连接示意图 二双层单跨装配式地铁车站普通接头构造方案双层单跨装配式地铁车站普通接头构造方案具体参见图2-4和图2-19所示。 - 31 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究 图2-19 单跨结构预压装配式预应力连接示意图2.2.6 采用预压装配式预应力接头的必要性和节点构造适示意图一 采用预压装配式预应力接头的必要性发展装配式结构体系是建筑工业化的必由之路，但由于装配式结构节点连接可靠性差，往往难以满足反复

42、荷载下的受力要求，在地震区的使用受到限制。预压装配式预应力框架，采用工厂化生产的预制柱和预制预应力梁，运至现场直接吊装，梁柱就位后，将后张预应力筋穿过梁、柱预留孔道，对节点实施预应力张拉预压。后张预应力筋可作为施工阶段拼装手段，又可以在使用阶段承受梁端弯矩，构成整体受力节点和连续受力框架，克服了装配式节点受力可靠性差的缺陷，解决了预应力混凝土框架难以装配的问题，形成预制预应力混凝土装配整体框架。由于地下结构受力的复杂性，以及施工的困难性，采用预压装配式预应力接头更具有工程实际意义。 二 车站预压装配式接头节点构造示意图根据现在的工程实例和工程经验，建议对双层单跨装配式车站结构采用预压装配式预应

43、力接头的构造方案，如上图7-11所示。对于双层双跨装配式车站结构，建议采用以下预压装配式预应力接头的构造方案，如下图2-20所示。 - 32 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究 图2-20 预压装配式预应力接头连接示意图 - 33 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究第三章 结 构 防 水§3.1 防水设计的原则和设防标准地下工程结构由于自身的结构特点以及所处空间的特殊性，防水设计的好坏，在对地下工程结构施工是否便利，交付使用后能否正常运营和结构使用寿命的长短都起着至关重要的作用。因此我们在进行地下工程防水设计时，必须确立正确的防水设计原则和设防标准。一设计

44、原则遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则。以结构自防水为根本，接缝防水为重点，辅以附加防水层加强防水。二防水标准依据地下工程防水技术规范（GB50108-2001）及地铁设计规范（GB50157-2003），并根据相关工程的经验，防水标准拟定如下：车站（包括通道及风道）及机电集中区段：防水等级为一级，结构不允许渗水，结构表面无湿渍。强调结构自防水为本，采取有效措施增强混凝土抗渗抗裂性，减小地下水对混凝土的渗透性，主体结构防水混凝土抗渗等级为S8。 §3.2 城市地铁工程防水的一般要求在进行城市地铁工程防水设计时候，应遵循以下一些基本要求：一 地铁工程防水设计

45、，首先应满足技术先进、施工简便、经济合理、使用安全、确保质量的要求。二 地铁工程的防水设计应综合考虑地下水、地表水的作用，全方位考虑工程防水。三 地铁工程的防水是一个系统工程，设计时候要综合考虑各种因素与防排 - 34 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究水的关系，在保证结构安全可靠的基础上，结构应能满足防水的需要。四 地铁工程防水应当采取综合防水的措施，优先考虑结构的自防水，根据需要采用附加防水层、注浆防水等附加防水措施。五 地铁工程的施工缝、变形缝、后浇带等都是地铁防水的薄弱环节，这些部位应当采取多道防线进行加强防水处理。六 地铁工程的防水材料应当优先选择质量可靠、耐久性好、物

46、理力学性能优越的，符合环境保护要求、施工简单的材料。七 地铁工程具有防水要求高、渗漏治理难的特点，应当精心施工，严格控制防水材料质量和施工质量，层层把关，不留隐患。 §3.3 明挖法施工的构造特点与防排水要求明挖法施工与地面建筑施工技术相近，相对于暗挖法施工，具有技术成熟，施工较为方便，质量容易控制，便于防排水措施的实施等特点。对于采用明挖整体式的车站结构，结构自身具有很好的防水性，而且抗震性能也好，能适应结构体系的变化，有利于结构的防排水；而对于明挖装配式结构，预制构件的防水等级一般容易达到，装配件之间的连接式防水的薄弱环节，应采取加强防水措施。明挖法施工的防排水要求：一 基坑开挖

47、时，做好基坑坡顶的截水工作，防止边坡顶的水流入基坑；基坑内如果有地下水，应采取基坑内降水或注浆堵水等措施。二 采用桩墙或地下连续墙支护的明挖结构，桩墙和地下连续墙应具有一定的抗渗能力，其抗渗标号不得小于S6。地下连续墙槽段之间应保证接头部位具有良好的防水效果。三 垫层混凝土采用强度等级不小于C15的混凝土，厚度不小于150cm，要求垫层混凝土坚固密实，并基本平衡。四 结构宜采用全外包膨润土防水板或柔性防水层。防水层板或防水层施工应做到材质优、搭接牢固、完整无缺陷。- 35 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究五 对施工缝、变形缝、后浇带等防水薄弱部位和施工拐角部位，应采取附加防水措

48、施的方法进行防水处理。 §3.4 车站的防水设计3.4.1 主体结构的防水设计与施工明挖结构应采用外贴全包防水。一结构底板防水。结构底板浇筑前，首先应在基底浇筑底板垫层，要保证浇筑质量以确保垫层满足不小于S6的抗渗等级。垫层此采用不小于C10等级的混凝土，厚度不小于10cm。要求垫层结构密实，并且基本平整。垫层上面敷设膨润土防水板或柔性防水层，防水材料采用膨润土防水板或两层各4mm厚的聚脂胎体改性沥青防水卷材。采用卷材时，施工应严格按照防水卷材敷设的施工工序和要求进行。防水层施工完毕后，应即使施作防水层的细石混凝土保护层。二侧墙的防水设计与施工侧墙防水层采用满粘法施工，敷设防水层前应

49、在侧墙外表面上抹厚度不小于2cm的水泥砂浆找平，侧墙第二层（靠近回填土）铺膨润土防水板或防水卷材，在敷设完的防水层表面抹2cm厚的防水层的水泥砂浆保护层。侧墙的保护层也可以采用厚度不小于5cm的聚乙烯泡沫塑料等材料。三顶板的的防水设计与施工顶板的膨润土防火板或改性沥青防水卷材也应采用满铺满粘法施工，但应该注意顶板混凝土浇筑完毕后，要进行二次收水平抹实，不得在顶板表面抹水泥砂浆，以免找平层开裂将防水层拉断。 - 36 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究3.4.2 接头、接缝等的防水设计与施工构件接头、接缝防水包括接缝间的弹性密封垫防水、隧道内侧相邻构件间的嵌缝防水以及必要时向接缝内

50、注入聚氨酯药液等。1）密封垫防水，由扭紧连接螺栓、密封垫膨胀等因素产生接触面应力来达到防水的效果。 2）接缝嵌缝防水，即隧道内侧用防水材料进行镶缝，诸如环氧类、聚硫橡胶类、尿素树脂类为主的材料3）接缝注浆即在拚装块的四边端面上设置灌注槽；构件拼装后，由隧道内向构件的灌注槽内压注砂浆或药液。4）螺栓孔和压浆孔防水一种方法是用塑性（合成树脂类、石棉沥青或铅）和弹性（橡胶或聚氨酯水膨胀橡胶等）密封因垫在螺栓和螺孔口之间，在拧紧螺栓时，密封因受挤压变形充填在螺栓与孔壁之间，达到止水效果。另一种方法是采用一种塑料螺栓孔套管，浇注混凝土预埋在构件内，与密封圈结合起来使用。5）变形缝防水- 37 -深圳地铁

51、1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究变形缝防水构造型式和材料应根据工程特点、地基和主体结构变形情况以及水压、水质和防水等级等因素确定。水压较大的变形缝通常均采用埋入式塑料（橡胶）止水带。另一种防水方式是采用钢翼橡胶型止水带，先浇注在底板里，在往底板上安置衬砌构件前，在基坑里将底板接缝上方的钢翼止水带全截面用焊接的方法联接起来，使它嵌入到端头接缝里。变形缝内侧还有嵌缝橡胶条。 - 38 -深圳地铁1号线续建工程车站明挖结构预制技术研究第四章 方案急待解决的问题和实验项目建议§4.1 明挖装配式地铁车站抗震设计待解决的问题据国内设计单位介绍,在进行地铁车站设计时,考虑到土的阻尼和约束作

52、用,一般不进行抗震设计。然而,从1995年1月日本神户地震的震害调查表明,此次地震,除一般的建筑物受到不同程度的破坏外,神户的地铁车站也受到了严重的损坏,边墙有的局部开裂或断裂。由于这是第一起地下结构的严重震害，因而引起了人们的关注。因此，研究地下结构在地震作用下的反应，无论对研究地下结构的震害，还是对地下结构的抗震设计都有特殊的意义。4.1.1 装配式车站抗震设计理论和设计方法研究的重要意义 地下结构的抗震设计及对策是城市工程抗震和防灾减灾研究的重要组成部分,然而迄今为止,我国尚没有一套科学系统的地下结构抗震设计的规范体系。所以,对地下结构抗震理论和设计方法进行系统深入的研究是一个现实而又迫

53、切的课题。对于装配式地下结构的抗震设计理论研究更式空白。4.1.2 建议的装配式地铁车站震动台实验对地下铁道开展建立抗震设计方法的研究正逐渐得到人们的关注。由于目前国内地下结构抗震理论研究的空白，因此，建议通过对地铁车站结构进行振动台模型试验,深入了解软土地铁结构动力反应的规律,以便为检验理论计算结果的正确性提供验证,进而制定软土地铁抗震设计指南等提供依据建议的模型试验分自由场振动台模型试验和地铁车站结构振动台模型试验两类,后者又分典型地铁车站结构振动台模型试验和可反映考虑区间隧道与地铁车站接头结构相互影响的地铁车站接头结构振动台模型试验两种。自由场振动台模型试验主 - 39 -深圳地铁1号线

54、续建工程车站明挖结构预制技术研究要用于模拟自由场地土层的地震反应,据以获得模型箱内不同位置处的土的动力响应,确定“边界效应”的影响程度和鉴别模型箱构造设计的合理性,并为地铁车站结构和车站接头结构振动台模型试验作准备。通过典型地铁车站结构振动台模型试验和地铁车站接头结构振动台模型试验,将得到的数据进行处理，以得到地铁车站结构和车站接头结构与土共同作用时地震动反应的规律与特征,并为建立分析理论和设计方法,以及了解车站结构的可能破坏方式积累资料。4.1.3 建议的地铁车站结构地震反应数值模拟分析在建议装配式地铁车站结构震动台试验的同时，同时建议采用基于土-结构动力相互作用的有限元计算模型。该模型中间部分为地下结构及周围地基土，两侧部分为自由场地。中间部分的地基采用平面应变单元，自由场地土采用层元，地下结构的梁柱按梁单元处理，内空形成空元。有限元部分与