装配式地下结构发展技术综述

李冬，吕鸣鹤

装配式地下结构发展技术综述

李冬，吕鸣鹤*

（国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心，湖北 武汉 430205）

装配式建筑结构以及施工流程在地上建筑中被广泛应用，其通过“搭积木”的方式使现场施工效率更加高效，也使建筑结构件在质量上更加可控。针对复杂的地下施工环境，提高合适预制件的施工效率显得尤为重要，而更加合理的装配式施工形式也是节能减排大环境下地下建筑建造的发展趋势，从装配式地下建筑的发源对该技术的发展进行了梳理。

地下；装配式地下结构；预制件；发展技术

1 引言

由于环保、绿色、高效的理念不断在现代化施工中普及，建筑行业的模块化搭建形式已然推广，预制形式的建筑构件已在地上建筑中大规模使用，其质量可控、高效施工的优点使装配式施工形式得到各方施工者的青睐。而地下施工时往往面临着各种施工条件的约束，施工更为困难，但如果合理有效地采用装配式施工方式，必然会更好地体现出其高工程质量、短施工周期的优势。因此本文对地下建筑建造的施工技术发展进行了分析。

2 地下装配式结构的发展

建筑工业化是一个国家施工业发达程度的重要标志，大多数西方国家在建筑工业化的道路上都进行了广泛而深入的尝试与研究。

自1891年巴黎Ed.Coigent公司在Biarritz的俱乐部建筑中首次使用预制混凝土梁以来，预制混凝土结构便开始在美国、西欧、日本等国家和地区开始频繁使用，且构件工厂化的生产模式不仅提高了构件的质量控制问题，同时在现场的规则有序化施工使施工速度大大提升，大幅度提高了整体工程的施工效率。因此大型的预制混凝土结构应用也逐渐从地上结构延伸至地下结构，并开始长足发展。

而地下管沟、管廊作为一个城市发展必要的地下建筑结构，自19世纪欧洲开始兴建后便成为装配式地下结构的发源地，不少欧洲国家基于管沟、管廊出台了一系列相关规程，也促使了装配式结构在管沟、管廊的建造中开始针对性地广泛应用。

由于管沟、管廊的横截面为规则化形状，预制件的整体筑模与制作上并不会存在较大困难，技术人员只要在重量与强度上进行均衡与优化，即可设计出较为理想的预制件形状，因此管沟、管廊的装配式地下结构已经较为成熟且应用场景较多。

同时公路隧道、铁路隧道的修建作为大型城市市政建设中必不可少的环节，其施工覆盖量以及总里程数要远远超出管沟、管廊，因此更为复杂与完善的装配式技术在公路、铁路隧道修建中逐渐被学者们更加深入研究并且大规模使用。其中日本在仙台市地下铁道工程中，采用了预制箱型结构，其整个结构分成顶板、底板、侧壁以及中柱等5个预制构件，如图1所示。

图1 预制箱型结构

在单独预制后，独立预制件被运输至施工现场进行现场施工组装，同时日本还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，并获得了成功。中国在公路、铁路隧道建设中多使用大型盾构机，采用盾构法进行环环推进的预制施工流程，如小型隧道直接采用预制管片构造主体结构，而大型隧道则在盾构后的大空间内仰拱采用预制构件的建筑体系，配合侧墙现浇混凝土以保证整个建筑的结构强度。上述地下结构多见于较为规则的截面形式，如圆形、矩形，且内部结构简单，多为小跨度模式，因此在预制件设计与装配施工方面存在的困难较小。

而地铁车站作为大型结构，地下结构也更为复杂，其施工难度更高，对装配式施工的方法要求以及预制件的结构合理性要求更为严苛。俄罗斯第一个地铁双层换乘枢纽奥林匹克站，其整体结构为装配式层间楼板单拱结构。车站结构上拱半径为11.2 m，由12个厚0.7 m、宽0.5 m的钢筋混凝土预制件组成，仰拱内径为15 m，由13个预制构件组成，如图2所示。

图2 奥林匹克地铁站（单位：mm）

圣彼得堡地铁车站同样也采用类似的单拱形式，但其采用矿山法施工，车站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。而明斯克地铁站则采用明挖法建造了大跨坦拱装配式结构，其预制构件之间采用现浇钢筋混凝土的方式连接。

明斯克地铁站如图3所示。

图3 明斯克地铁站（单位：mm）

目前国内首例采用装配式技术建成并投入使用的地铁车站则是长春市地铁2号线一期工程袁家店站，其先采用明挖法施工预留深基坑，而后将七块大型管片形式预制件通过吊车进行拼接。

袁家店地铁站如图4所示。

图4 袁家店地铁站（单位：m）

由此可见，对于更为大型且综合结构更复杂的地下建筑形式，需要高质量的预制件设计以及高效率的施工工法给以支撑，只有这样才能使装配式施工的结构工艺得以实现。

3 结语

预制装配式建筑在全球风靡，其相较于传统施工具有更高的效率以及更有优势的成本控制力，但地下装配式建筑仍未形成较为成熟的制造、施工体系，特别是针对大型地下空间结构仍面临着许多亟待解决的技术难点。如何基于预制件的结构优化等做到节能减排、高效施工、成本控制三者的结合，如何基于现有的地下施工方法局限性实现预制件的合理运输、装配等，均是研究人员需要深入研究的。地下结构不同于地上，其不仅仅要考虑受力、防水、抗震等问题，还需要兼顾构件体积、施工难易，但若合理应用则可获得具体的经济效益。因此装配式地下结构必然朝着大型地下空间的施工方向发展，而大型地下结构的装配式构件通用性、统一性带来的施工简易性是必然的发展趋势，在推崇绿色环保、节能减排的大环境下，其必然具有大好前景。

［1］钱七虎.俄罗斯地铁建设考察［J］.地下空间，2001（4）：241-253，337.

U231.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.061

2095－6835（2019）20－0136－02

李冬（1983—），男，河南郑州人，硕士，助理研究员，专利审查员，主要从事制冷冰箱领域的专利审查。吕鸣鹤（1988—），男，湖北武汉人，硕士，助理研究员，专利审查员，主要从事建筑领域的专利审查。

＊对本文贡献等同于第一作者

〔编辑：严丽琴〕