【交通创新汇】地铁车站预制装配建造技术

城市轨道交通绿色与安全建造技术国家工程研究中心于2016年由国家发改委批复建设（发改办高技[2016]581号），2021年12月国家统一优化整合后纳入国家发改委研究机构新序列进行管理(发改办高技[2021]1022号)，是国内城市轨道交通领域唯一一家从事绿色与安全建造技术研究的国家级工程研究中心。工程研究中心由北京城建设计发展集团股份有限公司牵头,采用“产学研用”协同创新模式,联合北京交通大学、清华大学和南京地铁集团等3家国内行业优势单位共同建设。

地下工程积木世界

技术起源

创新技术起源于一个寒冷的世界，中国的东北地区长春市，冬季冰天雪地，最低气温可达-25 ℃，工程建设冬歇期4-6个月，需要想办法解决寒冷季无法施工的问题。从小朋友玩的积木搭建游戏中得到启发，想到了一种全新的工业化建造模式，即工程所需的全部构件均在工厂批量生产，运至现场基坑内，像“搭积木”一样进行拼装，快速组装成车站结构，最大限度地减少现场建筑活动。

“搭积木”装配

以长春地铁西湖站为例，车站除两端区间工作井之外，中部的标准段采用装配式结构，装配段长246m。车站为地下两层单拱大跨隧道结构，结构宽度20.5m，高度17.45m，衬砌标准结构环由环宽2m的7块大型预制构件装配而成。构件之间采用榫槽式接头，干式、快速、可靠连接，并进行接缝密封防水。环内构件之间设置螺栓进行辅助连接，纵向环与环之间采用预应力钢筋逐环张拉锁紧

施工步序：

Ø在开挖好的基坑底部施工精平条带作为底板构件的拼装基面，安装首环拼装定位钢结构框架。

Ø首环构件拼装。

Ø首先拼装底板中部构件，再拼装底板角部构件，底板肥槽填充，拼装若干环底板构件，肥槽同步填充。

Ø安装台车。

Ø拼装侧墙构件加侧向限位支撑，顶拱两块构件在台车上组合后拼装，施作侧向限位支撑，首环构件封闭。

Ø依次推进拼装作业，至一定长度后，启动接头注浆工作、侧墙肥槽和拱顶回填工作；

Ø车站出入口开口部位采用预制环框结构，随主体结构装配同步拼装。

Ø同步推进构件装配、接头注浆和肥槽回填作业，直至车站衬砌结构装配结束。

Ø车站内部的立柱、纵梁和中板结构，根据工程具体情况，可采用预制构件，随衬砌结构的装配同步安装；也可采用现浇混凝土结构，在衬砌结构装配完成后施工。

这样，一座庞大的地下二层装配式车站结构就快速建成了。

技术创新性

①首次研发基于干式接头连接的全预制装配式地铁车站结构理论和设计方法，创建了明挖装配式隧道结构应用力学理论和设计技术体系。

②突破全预制装配化建造关键技术瓶颈，首次系统性研发高精度快速拼装、接缝高性能防水、新型隧道窑式构件生产系统等一系列关键技术，构建了预制装配建造关键技术体系。

③首次研发基于工业化建造模式的集拼装、精度检测及健康监测等系列专用装备，极大支撑了装配建造全过程的机械化、自动化和智能化。

④创新成果获得行业和国际学术界的充分认可：已获授权欧洲国际专利1件、国家发明专利23件、软件著作权16项、国家级工法1项，形成行业和地方标准4部，出版专著2部，国内外主流期刊发表论文71篇。荣获中国城市轨道交通协会科技进步特等奖；荣获国际隧道协会年度唯一技术创新大奖，此奖项被公认是国际隧道行业的“奥斯卡奖”。

应用效果

已建和在建的装配式地铁车站施工期间未发生任何安全事故，车站运营后结构安全可靠，未出现结构渗漏水现象，使用效果很好，其中长春地铁兴隆堡站被评为中国十大最美车站。

这项创新技术最初是为解决长春市严寒冬季无法施工的问题而研发的地铁车站工业化建造方法，但工程实践证明，在其他各种环境条件下，创新技术在高质、高效、安全、绿色环保和可持续发展等方面均具有不可替代的优势。与一座同等规模的现浇车站相比：结构不渗不漏，工程质量高，耐久性好；施工工期可节省25%~30%，施工现场工人减少85%~90%，节省钢材25%，综合碳排放减少19.6%；现场无钢筋绑扎、模板架立、混凝土浇筑等作业，施工噪声和粉尘污染得到有效控制，环保优势突出。

创新技术已大规模成功应用，技术成果得到充分的验证：截止目前，创新技术已建和在建的装配式车站数量达68座，成为中国乃至世界规模最大的装配式车站集群。该项技术还在公路隧道、铁路隧道、大直径电力隧道、深大竖井等其他工程领域得到拓展应用。

契合国家高质量和可持续发展需求、促进建筑产业优化升级

“地铁车站预制装配建造技术”体系庞大，团队进行了系统性研发，并注重每一个环节的安全、质量、效率和环保的提升，是隧道工业化建造模式的创新和变革。

①提高了工程建设的安全性：工厂化高质量生产、现场机械化高精度拼装，使得装配式结构具有更高的质量保证和耐久性；现场高风险作业环节减少，施工作业人数减少，方便工程管理，工程事故风险降低。

②创新的注浆式榫槽接头：实现基坑里面“搭积木”，最关键的核心就是接头连接技术，团队研发了一种独特的接头连接方式，接头设置凸凹榫面直接对接，接缝设置密封防水垫，并注入专门浆液，可实现现场干式、快速、可靠拼装，同时确保了隧道结构的承载、抗震及防水性能。接缝之间不用通过钢筋和浇筑混凝土连接，装配施工无浇筑混凝土湿作业，隧道结构无需设置外包防水层。

③突破传统装配建造模式，将车站隧道结构全部拆分成模块化、标准化构件，构件在工厂生产，运至现场，通过干式连接工艺，完成构件的快速、可靠连接，以“搭积木”方式拼装形成结构，成功建造了世界上首座全预制装配式地铁车站，开创了我国地铁车站预制装配化建造的先河。取得了覆盖结构理论、结构设计、构件生产、装配施工、系列化专用装备等支撑装配化建造全过程、具有自主知识产权的关键技术体系，创建了全新的工业化建造模式。

结语

创新技术可以帮助世界严寒地区解决工程建设难题，与此同时，自然资源的有效利用和环境保护是全世界共同面临的重大课题，21世纪，开发环保型结构物、延长建筑物的使用寿命、大胆研发可持续的创新技术成为我们工程建设者的使命和努力的目标，相信城市轨道交通绿色与安全建造技术国家工程研究中心将不断努力，继续探索，让这项优势技术发挥更大的作用，创造更高的价值。

来源|城市轨道交通绿色与

安全建造技术国家工程研究中心供稿

编辑 |吴菲

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