【交通創新匯】地鐵車站預制裝配建造技術

城市軌道交通綠色與安全建造技術國家工程研究中心于2016年由國家發改委批復建設（發改辦高技[2016]581號），2021年12月國家統一優化整合后納入國家發改委研究機構新序列進行管理(發改辦高技[2021]1022號)，是國內城市軌道交通領域唯一一家從事綠色與安全建造技術研究的國家級工程研究中心。工程研究中心由北京城建設計發展集團股份有限公司牽頭,采用“產學研用”協同創新模式,聯合北京交通大學、清華大學和南京地鐵集團等3家國內行業優勢單位共同建設。

地下工程積木世界

技術起源

創新技術起源于一個寒冷的世界，中國的東北地區長春市，冬季冰天雪地，最低氣溫可達-25 ℃，工程建設冬歇期4-6個月，需要想辦法解決寒冷季無法施工的問題。從小朋友玩的積木搭建游戲中得到啟發，想到了一種全新的工業化建造模式，即工程所需的全部構件均在工廠批量生產，運至現場基坑內，像“搭積木”一樣進行拼裝，快速組裝成車站結構，最大限度地減少現場建筑活動。

“搭積木”裝配

以長春地鐵西湖站為例，車站除兩端區間工作井之外，中部的標準段采用裝配式結構，裝配段長246m。車站為地下兩層單拱大跨隧道結構，結構寬度20.5m，高度17.45m，襯砌標準結構環由環寬2m的7塊大型預制構件裝配而成。構件之間采用榫槽式接頭，干式、快速、可靠連接，并進行接縫密封防水。環內構件之間設置螺栓進行輔助連接，縱向環與環之間采用預應力鋼筋逐環張拉鎖緊

施工步序：

?在開挖好的基坑底部施工精平條帶作為底板構件的拼裝基面，安裝首環拼裝定位鋼結構框架。

?首環構件拼裝。

?首先拼裝底板中部構件，再拼裝底板角部構件，底板肥槽填充，拼裝若干環底板構件，肥槽同步填充。

?安裝臺車。

?拼裝側墻構件加側向限位支撐，頂拱兩塊構件在臺車上組合后拼裝，施作側向限位支撐，首環構件封閉。

?依次推進拼裝作業，至一定長度后，啟動接頭注漿工作、側墻肥槽和拱頂回填工作；

?車站出入口開口部位采用預制環框結構，隨主體結構裝配同步拼裝。

?同步推進構件裝配、接頭注漿和肥槽回填作業，直至車站襯砌結構裝配結束。

?車站內部的立柱、縱梁和中板結構，根據工程具體情況，可采用預制構件，隨襯砌結構的裝配同步安裝；也可采用現澆混凝土結構，在襯砌結構裝配完成后施工。

這樣，一座龐大的地下二層裝配式車站結構就快速建成了。

技術創新性

①首次研發基于干式接頭連接的全預制裝配式地鐵車站結構理論和設計方法，創建了明挖裝配式隧道結構應用力學理論和設計技術體系。

②突破全預制裝配化建造關鍵技術瓶頸，首次系統性研發高精度快速拼裝、接縫高性能防水、新型隧道窯式構件生產系統等一系列關鍵技術，構建了預制裝配建造關鍵技術體系。

③首次研發基于工業化建造模式的集拼裝、精度檢測及健康監測等系列專用裝備，極大支撐了裝配建造全過程的機械化、自動化和智能化。

④創新成果獲得行業和國際學術界的充分認可：已獲授權歐洲國際專利1件、國家發明專利23件、軟件著作權16項、國家級工法1項，形成行業和地方標準4部，出版專著2部，國內外主流期刊發表論文71篇。榮獲中國城市軌道交通協會科技進步特等獎；榮獲國際隧道協會年度唯一技術創新大獎，此獎項被公認是國際隧道行業的“奧斯卡獎”。

應用效果

已建和在建的裝配式地鐵車站施工期間未發生任何安全事故，車站運營后結構安全可靠，未出現結構滲漏水現象，使用效果很好，其中長春地鐵興隆堡站被評為中國十大最美車站。

這項創新技術最初是為解決長春市嚴寒冬季無法施工的問題而研發的地鐵車站工業化建造方法，但工程實踐證明，在其他各種環境條件下，創新技術在高質、高效、安全、綠色環保和可持續發展等方面均具有不可替代的優勢。與一座同等規模的現澆車站相比：結構不滲不漏，工程質量高，耐久性好；施工工期可節省25%~30%，施工現場工人減少85%~90%，節省鋼材25%，綜合碳排放減少19.6%；現場無鋼筋綁扎、模板架立、混凝土澆筑等作業，施工噪聲和粉塵污染得到有效控制，環保優勢突出。

創新技術已大規模成功應用，技術成果得到充分的驗證：截止目前，創新技術已建和在建的裝配式車站數量達68座，成為中國乃至世界規模最大的裝配式車站集群。該項技術還在公路隧道、鐵路隧道、大直徑電力隧道、深大豎井等其他工程領域得到拓展應用。

契合國家高質量和可持續發展需求、促進建筑產業優化升級

“地鐵車站預制裝配建造技術”體系龐大，團隊進行了系統性研發，并注重每一個環節的安全、質量、效率和環保的提升，是隧道工業化建造模式的創新和變革。

①提高了工程建設的安全性：工廠化高質量生產、現場機械化高精度拼裝，使得裝配式結構具有更高的質量保證和耐久性；現場高風險作業環節減少，施工作業人數減少，方便工程管理，工程事故風險降低。

②創新的注漿式榫槽接頭：實現基坑里面“搭積木”，最關鍵的核心就是接頭連接技術，團隊研發了一種獨特的接頭連接方式，接頭設置凸凹榫面直接對接，接縫設置密封防水墊，并注入專門漿液，可實現現場干式、快速、可靠拼裝，同時確保了隧道結構的承載、抗震及防水性能。接縫之間不用通過鋼筋和澆筑混凝土連接，裝配施工無澆筑混凝土濕作業，隧道結構無需設置外包防水層。

③突破傳統裝配建造模式，將車站隧道結構全部拆分成模塊化、標準化構件，構件在工廠生產，運至現場，通過干式連接工藝，完成構件的快速、可靠連接，以“搭積木”方式拼裝形成結構，成功建造了世界上首座全預制裝配式地鐵車站，開創了我國地鐵車站預制裝配化建造的先河。取得了覆蓋結構理論、結構設計、構件生產、裝配施工、系列化專用裝備等支撐裝配化建造全過程、具有自主知識產權的關鍵技術體系，創建了全新的工業化建造模式。

結語

創新技術可以幫助世界嚴寒地區解決工程建設難題，與此同時，自然資源的有效利用和環境保護是全世界共同面臨的重大課題，21世紀，開發環保型結構物、延長建筑物的使用壽命、大膽研發可持續的創新技術成為我們工程建設者的使命和努力的目標，相信城市軌道交通綠色與安全建造技術國家工程研究中心將不斷努力，繼續探索，讓這項優勢技術發揮更大的作用，創造更高的價值。

來源|城市軌道交通綠色與

安全建造技術國家工程研究中心供稿

編輯 |吳菲

《探索·交通》紀錄片

一部關注交通強國建設的數字檔案

投稿→：tougao@tsjt.org.cn

選題→ ：xuanti@tsjt.org.cn