新型装配叠合整体式地下车站环扣及裂隙应力应变曲线参数试验研究

摘要：无锡S1线南门站采用了一种新型装配叠合整体式结构体系，预制装配率达到90%，实现了软土富水地区带内支撑地下车站装配叠合结构国内首次应用。由于该结构体系在我国应用尚处于起步阶段，缺少完整的设计和施工参数依据，本文主要通过试验监测数据，对该结构体系环扣、裂隙及接缝局部应力应变曲线进行研究，以期为相关施工和结构设计优化提供参考。

关键词：装配叠合整体式地下车站；环扣；裂隙；接缝；应力应变

Abstract： The Nanmen Station of Wuxi S1 Line adopts a new type of assembled composite integral structural system， with a prefabricated assembly rate of 90%， achieving the first domestic application of assembled composite structures for underground stations with internal support in soft soil and water rich areas. Due to the fact that the application of this structural system in China is still in its infancy and lacks complete design and construction parameter basis， this article mainly studies the local stress-strain curves of the buckle， crack， and joint of the structural system through experimental monitoring data， in order to provide reference for related construction and structural design optimization.

Keywords： assembly and stacking integrated underground station; Ring buckle; fracture; Seam; stress strain

1 项目概况

南门站为地下二层岛式车站，沿南北走向，车站有效站台长度为120m，车站外包总长为198.7m，有效站台宽11m，车站总宽度为19.7m，主体结构标准段为装配整体式结构（底板及部分侧墙为现浇混凝土结构），结构形式如图1所示。地下工程的预制拼装结构不同于地上建筑，地下工程施工环境及工艺复杂[1]。

南门站标准段装配式范围：主体段150m内的顶板/中板/侧墙/钢管柱/顶、中纵梁。结构板墙采用“预制+现浇叠合”的施工方法，中板450（100现浇，350预制），侧墙700（350现浇，350预制），顶板800（300现浇，500预制），柱子850（700钢管）。车站柱距除盾构井外其余主体部分均为9米柱距。预制装配段位于车站中部，主体宽度为19.7m，总长度为150m，基坑深约17.74m，沿车站纵向共分50环。

2 监测部位及布设原则

本项目结构（元件）监测部位及布设原则具体如下：1.应将应力应变测点布置于截面类型相同但应力较大的部位，以及安全储备较大但重要的部位[1]。2.对于结构变形监测，重点监控预制件接缝处的相对变形情况。3.根据结构特点选择测量区域，如在结构拼接处集中位置；也能利用对称性反映整体结构的状态。4.为减少数据传输节点，重点监控区域应接近。采用具有相同测量原理和接口技术的测量仪器[2]。

3 监测内容

根据以上监测原则，结合南门站结构形式及受力特点，共设置3个特征监测断面2-2断面（4轴），3-3断面（8轴），4-4断面（10轴）。对环扣、裂隙及接缝局部应力应变进行全方位监测。

4 传感器布置

目前所有监测断面的顶板、中板以及负一层、负二层侧墙均已完成传感器的安装工作，自动化采集箱也已设置完成，板体传感器布置如下图4至图6所示。

5 监测数据采集

监测数据设置为每6个小时采集一次数据。主要目的为研究各个测试截面关键位置应力应变变化情况，传感器测试初值未调零，本次监测数据分析以最初工况测试值为初始值，分析各个测点在整个施工周期内的变化趋势。

6 监测数据分析

6.1 环扣监测数据分析

6.1.1中板环扣监测数据分析

4轴2-2断面处中板处环扣安装埋入式混凝土应变计，监测环扣关键位置处应力应变数据变化。

根据监测数据以及下图曲线进行分析，得到以下结论：

①4轴2-2断面中板4个环扣测点HK1～HK4应变变化趋势基本一致；

②自安装至2022年4月，环扣测点HK1～HK4应变增大，变化方向一致，之后趋于稳定；

③2022年12月至2023年3月，4-4断面中板4个环扣测点HK1～HK4的应变发生小幅波动，变化方向一致，随后回落并保持稳定。

6.1.2负二层侧墙环扣监测数据分析

4轴2-2断面处负二层侧墙处环扣安装埋入式混凝土应变计，监测环扣关键位置处应力应变数据变化。

根据监测数据以及下图曲线进行分析，得到以下结论：

①4轴2-2断面负二层侧墙4个环扣测点HK1～HK4变化趋势基本一致；在浇筑时应变变化方向一致，浇筑后月3个月趋于稳定。

②2022年12月，4个环扣的应变均发生变化，其中HK2变化方向与HK1、HK3、HK4相反，其应变减小，其他环扣点应变增加，增加幅度达到100με左右，于2023年3月趋于稳定。

6.2 裂缝监测数据分析

根据上述8轴3-3断面中板裂缝3个测点的监测数据图表进行分析，得到如下分析结论：

①8轴3-3断面中板裂缝3个测点LF1～LF3变化趋势基本一致；

②浇筑后，裂缝测点LF1～LF3数据变化较大，约3个月后趋于稳定；2022年11月底，3个测点均出现小幅波动，LF1测点变化幅度最大，分析是由于受其他施工工况影响较大，2023年3月以后趋于稳定；

③3月至今，裂缝测点LF1～LF3受施工影响变化较小，基本稳定。

6.3 接缝局部应力监测数据分析

接缝传感器安装在中板端部，采用应变传感器监测，其中中板与负一层侧墙接缝处的传感器编号为JF1～JF4；中板与负二层侧墙接缝处的传感器编号为JF1`～JF4`。

6.3.1中板与负一层接缝

对比10轴4-4断面中板接缝局部应力4个测点的应变。

根据监测数据以及下图曲线进行分析，得到以下结论：

①10轴4-4断面中板与负一层侧墙接缝局部应力4个测点变化趋势基本一致；

②自浇筑后至3个月后，接缝局部应力4个测点所受应力变化一致，均呈现增加趋势，3个月后逐渐趋于稳定；之后工况对接缝影响较小，各测点变量均较小，整体较稳定。

6.3.2中板与负二层接缝

根据监测数据以及下图曲线进行分析，得到以下结论：

①10轴4-4断面中板与负二层侧墙接缝局部应力4个测点变化趋势基本一致；

②自浇筑后至3个月后，接缝局部应力4个测点所受应力变化一致，均呈现增加趋势，3个月后逐渐趋于稳定；之后工况对接缝影响较小，各测点变量均较小，整体较稳定。

6.4 监测数据总结分析

对4轴2-2断面中板、负二层侧墙的环扣监测数据以及10轴4-4断面中板与侧墙接缝进行分析，得出以下初步结论：

①4轴2-2断面中板4个环扣测点HK1～HK4应变变化趋势基本一致；自安装至2022年4月，环扣测点HK1～HK4应变增大，变化方向一致，之后趋于稳定； 2022年12月至2023年3月，4-4断面中板4个环扣测点HK1～HK4的应变发生小幅波动，变化方向一致，随后回落并保持稳定。

②4轴2-2断面负二层侧墙4个环扣测点HK1～HK4变化趋势基本一致；在浇筑时应变变化方向一致，浇筑后月3个月趋于稳定。2022年12月，4个环扣的应变均发生变化，其中HK2变化方向与HK1、HK3、HK4相反，其应变减小，其他环扣点应变增加，增加幅度达到100με左右，于2023年3月趋于稳定。

③10轴4-4断面中板与负一层侧墙接缝局部应力4个测点变化趋势基本一致；自浇筑后至3个月后，接缝局部应力4个测点所受应力变化一致，均呈现增加趋势，3个月后逐渐趋于稳定；之后工况对接缝影响较小，各测点变量均较小，整体较稳定。

7 研究结论

环扣处应力应变监测结果表明，二次结构施工阶段，环扣处结构应力变化较小，整体变化趋势稳定，在顶部填土回填阶段，出现小幅波动，后续基本保持稳定。各监测断面处环扣的应力变化趋势基本一致。环扣处应力应变响应小于应力限值，结构强度满足要求。

裂缝监测数据表明，二次结构施工阶段对结构裂缝的开展影响较小，基本可以忽略不计。

接缝局部应力监测数据表明，二次结构施工阶段，板体接缝局部应力变化较小，结构内力状态稳定，在顶部填土回填阶段，应力应变出现小幅增加，但应力应变值远小于限值，接缝处结构强度满足要求。

各参数监测数据表明，环扣应力、接缝局部应力及裂缝应变均小于结构应力应变限值，结构强度均满足要求，结构应力变化曲线有明显规律。随着现场施工，应力与应变均产生变化，但最终逐渐趋于稳定，反映了结构之间良好的传力性能，符合工程安全要求。

参考文献：

[1]薛彬.装配式地铁车站结构应力智能监测现场试验研究[J].江苏建筑，2023，（02）：57-62.

[2]GB 50911-2013 城市轨道交通工程监测技术规范[M].中国建筑工业出版社，2014.