装配式建筑在地下空间开发的探索与应用

文章来源：城市地下空间

本篇文章整理自广州地铁设计研究院股份有限公司董事长、院长农兴中在全球城市地下空间开发利用上海峰会暨2019第七届中国（上海）地下空间开发大会上的精彩报告《装配式建筑在地下空间开发的探索与应用》。

地下空间开发包括地下商城、地下停车场、轨道交通、矿井、防护工程等建筑空间。

开发现状

2015年，我国47个主要城市地下空间面积约6.3亿㎡。“十二五”期间，我国城市地下空间建设年平均增速20%以上，至2020年预计规划新开发4.7亿㎡。目前国内地下空间利用功能较为单一，地下轨道交通、人防设施等占据了地下空间开发的绝大多数。

交通是未来地下空间开发利用的重点，轨道交通建设将地下空间的内容和范围大大拓宽，从布置上分散，功能单一的孤立的地下建筑物发展成功能复杂的大型综合空间。

城市轨道交通发展现状

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从1969年我国第一条地铁（北京地铁1号线）建成运营，截止2018年年底，轨道交通总里程运营总里程5767公里（不含港澳台）。

开发模式

1.地下轨道交通导向的开发利用模式

典型案例：香港地铁九龙站的高强度开发，容积率是11，通过上部开发权的招标，协调了多个开发商，共同建设完成了近168万 ｍ２、共22栋超高层塔楼的超大型综合体。

地铁站点周边的地下公共空间主要由通行、商业及停车功能构成港地铁的独特之处在于采用“地铁＋物业”的发展模式 。

2.全功能、全深度的立体化开发利用模式

典型案例：新加坡的地下空间规划和利用是分层进行的，其最大的规划利用深度已达到地下100ｍ。通过分层开发、功能分区，实现了有限的、不可再生的地下空间资源的最优化配置，发挥了最佳功能 。

由地铁、地下城市综合体、共同沟、地下输变电工程（包括地下变电站）、人工地下河（下水道系统）及大深度地下空间开发等组成的地下空间开发模式。

3.紧凑型、集约化的开发利用模式

典型案例：名古屋“荣”地下空间街充分利用了带状城市广场的地下空间，分层布置了商业、餐饮、康体娱乐、观光、交通枢纽、停车等功能，集约地下空间的使用。

紧凑型城市建设的总体目标是大力开发城市地下空间，减少城市对土地的消耗，最大限度降低能耗，最大限度地缩短交通距离，使城市工作生活更为便捷。

4.绿色环保型开发利用模式

典型案例：波士顿中央大道高架改造成隧道工程历时15年，于2004年全面完工，工程的复杂程度和难度都被世界公认，其对城市建设遇到旧城改造具有深远影响。

为了改善人居环境，降低城市汽车尾气污染，更重要的是提供便捷的城市交通，减轻交通拥堵大城市病 ，通过利用地下空间以解决雾霾与空气污染、绿地不足与生态环境问题。

开发趋势

1.绿色环保型地下空间开发

例如：广州花城广场

营造良好的地下光照环境和地下空气环境，突出人居体验，构造环境友好型宜居地下空间。

2.智慧型地下空间开发

建设智慧型城市地下基础设施数据平台，也是实现宜居“科技城市”的最有力工具 。

3.“全功能、全资源、全深度”的地下空间开发利用

例如：北京CBD地下空间

当前以实现“全功能、全资源、全深度”的地下空间开发利用，已成为全球各大城市进行地下空间开发利用的总体趋势 。

政策支持

建筑产业化现状

粗放劳动密集型产业：目前城轨车站、车辆段建造模式以现场作业为主，即搭脚手架-支模板-绑扎钢筋-现浇混凝土的施工模式。

痛点：未来城轨建造出路在哪？

关键技术

装配式建筑可以解决人工、环保等问题，受防水、机械装备、构件标准化等问题困扰，在地下空间开发方面发展缓慢。

应用情况

除上海、广州、长春、哈尔滨、济南等城市外，还有深圳、无锡等城市正在陆续开展相关技术研究和应用。

上涌公园站装配式方案

车站概况：上涌公园站总长度221.7m、标准段宽度22.3m，深度约25.27m，主体建筑面积15234.21m2，为地下岛式三层站。

问题分析：

• 南方地下水位埋深浅，结构防水问题突出。

• 节点受力复杂、梁开孔等问题，抗震及内力力学机理需研究。

• 工期紧、现浇筑质量不可靠，急需要构件标准化、设备安装机械化。

• 设备安装现场专业打孔多，作业环境差。

• 城区作业施工，环境保护要求高。

技术路径：

通过对国内外的装配式建筑技术的研究，借助数值仿真计算与节点结构足尺试验，针对装配式车站的主体、内部和附属结构开展基于BIM的结构、建筑、装修、环控和机电等多专业的系统研究。

探索了一种适用于南方富水地区，基坑支护采用地下连续墙加内支撑，围护与主体相结合的矩形断面的装配式车站结构体系。基于安全可靠的原则，通过足尺模型试验验证并优化节点连接方式，减少避免灌浆套筒使用。采用合理的分块模式，与现场施工紧密结合，方便运输，快速吊装。

结构体系：

采用单墙+预制的永临结合装配体系：

• 现浇连续墙兼做外墙

• 支撑兼作横梁

• 中板、顶板、支撑预制

适应南方富水区支撑+连续墙围护结构要求。

无需再做侧墙和支撑拆除，免除支模。

减少现场钢筋绑扎与浇筑。

降低造价，节省工期，绿色环保。

防排水方案

防水与有组织排水相结合满足富水地区地铁运营要求。

连接节点

节点研究

连续墙-腰梁-支撑-节点 通过预埋钢筋接驳器和钢板2种方案实现钢筋连接。

经计算分析和模型试验，钢板方案具有较大延性和误差包容性，解决节点受力和施工误差问题。

开洞梁研究

抗震研究

完成了装配式车站结构抗震性能研究。

E2地震作用下，

结构构件承载力满足要求。

E3地震作用下

负一层最大层间位移角为1/834

负二层最大层间位移角为1/1021负三层最大层间位移角为1/1201均小于规范限值1/250

满足规范要求

结构体系安全可靠

预制构件

站台板

轨顶风道

施工步骤

工艺研究

隔墙系统

吊挂系统

装修方案

通风系统

自适应性

全生命监测

赤沙地下车辆段上盖装配式方案

创新点

设计背景

广州市轨道交通十一号线赤沙车辆段，北侧为黄埔涌，东部紧邻华南快速干线，西面紧邻赤沙涌，总用地为49.37 公顷 。

计划拆除现状车辆段后扩大规模新建，新建车辆段距黄埔涌约90～120m，距华南快速约60m。

现状车辆段为地面一层，改造后车辆段共设地下两层，盖板面积18.4万㎡，总建筑面积100.97万㎡。

上盖结构预留条件：

• 结构体系采用全框支剪力墙结构体系，剪力墙不落地

• 转换层采用梁式转换结构进行全转换

• 车辆段层顶预留二次开发上盖结构连接条件

该工程项目迫切需要一个

安全、高质、高效、绿色的建设方案。

原设计施工方案全部采用现浇工艺，存在以下问题：

• 现场施工支架及模板较多，搭设及拆除工作量大，高支模作业风险较高。

• 现场浇筑圬工量大，浇筑、养护时间长，混凝土浇筑质量不稳定。

• 基础结构施工时间长，总体施工时间长，工期不满足工程需求。

• 施工现场“三废”、噪音污染严重，对周边环境影响巨大。

问题分析

• 咽喉区轨道及道岔分布密集，柱网不一致，构件标准化困难。

• 为满足车辆段正常使用功能，盖板结构跨度大。

• 盖板构件重量大，施工作业困难。

• 城区作业施工，环境保护要求高。

针对地下车辆段上盖大跨度结构体系、咽喉区复杂柱网结构等关键技术问题开展全专业深入研究，探求适用于地下车辆段上盖物业开发的装配式案。

总体方案

▲首次在车辆段采用大跨度预应力纵横梁体系

根据车辆段层数、平面分布特性，将整体区域按咽喉区、调机车库区和停车库区细分为14个分区，各分区之间自然形成连接分区。

划分以后，区块相对独立，各分区可平行作业，同时可高效统一管理。除第14分区外，均采用预制拼装结构。

▲标准区域及高层区域（库区）

▲西侧超高层区域（库区）

构件划分

• 围护结构采用双排支护形式，内排采用1.0m地下连续墙，外排采用1.5m@1.7m钻孔灌注桩。

• 侧墙采用1.0m结构墙，外包防水层。

节点构造

梁-柱节点

预应力构件接缝连接方式：

-普通钢筋：钢筋接驳器等常规连接方式

-预应力钢束：波纹管接驳，预应力钢束连续布置

普通钢筋构件连接方式：

-湿接缝

-钢筋接驳器+卡扣等常规连接方式

梁-柱节点构造-施工工序▼

纵向小箱梁-主梁节点▼

纵向小箱梁-主梁节点构造施工工序▼

施工方案

▲施工方案特点

施工区域划分：根据停车线咽喉区线路条件、结构柱网布置、及结构体系分块特点，将场址区域共分为14个区，各分区场内滚动式平行流水线作业实施，有效节省施工时间。

▲典型区域（标准区域）施工步骤图

现场工装，首次将桥梁施工工法运用地铁车辆段建设中。

• 场内轮胎龙门吊：预制主梁吊运、定位安装等

• 基坑侧龙门吊：预制构件进场运输等

• 架梁机：小箱梁吊运与安装作业

预制场地布置

构件预制：预制场总面积15000㎡，存放区总面积32500㎡。场内预制与存放满足施工流水需求。

咽喉区方案

• 咽喉区混凝土装配式方案有部分技术问题需进一步解决，建议采用钢结构方案。

• 双向钢框架+压型钢板组合楼板体系。

• 钢筋混凝土圆柱（直径1600mm）。

• 垂轨向柱网跨度提高至11m~19m，柱数量比传统现浇方案减少约30%。

创新点

▲图为农兴中精彩报告现场

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东合南是装配式钢结构基坑支护技术专家，

该技术适用于三层以内地下室开挖（15米挖深），

具有高安全、工期短（节约工期30%以上）、

造价低（节省造价10%以上）、循环使用等优势。

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