地铁车站装配式结构建造技术

装配式地面建筑以其高效率、高质量、高寿命、绿色环保等优势，在欧美及日本等发达国家得到了非常广泛的应用，且技术成熟、体系完整；在我国，经过骨干企业持续多年的潜心研究和应用，也取得了可喜的成绩，相关的技术和管理体系初步建立，应用广泛。

采用预制装配技术建造明挖法地下结构则起源于上世纪的80年代，前苏联联邦国家为了解决严寒冬季现浇混凝土施工困难问题，在明挖地铁车站和区间隧道工程中首次研究和应用了预制装配技术，随后在荷兰、法国、日本等国家的地铁工程中也有所应用。应用较多的前苏联联邦国家，所采用的装配式结构型式有矩形框架结构，也有单拱大跨结构，其装配结构基本为预制构件+现浇混凝土结构相混合的方式，部分结构预制、部分结构现浇，最突出的是预制构件之间采用了现场钢筋连接并现浇混凝土的刚性接头，见图1所示。混合式装配结构的施工效率优势不明显，尤其钢筋连接的现浇混凝土接头，对于构件大、钢筋含量多的地铁地下结构，接头连接施工困难，且在接头处形成密集的纵横向现浇施工缝，在一定程度上影响了施工速度和地下结构的防水性能。

目前，在我国地下工程领域，预制装配式结构的应用主要集中在盾构法修建的铁路、公路、地铁区间等地下工程中，以单一的圆形结构为主。除盾构隧道外，部分小型地下管廊也采用了预制装配技术，而对于规模较大，型式复杂的地下结构，尤其是地铁车站结构，预制装配技术的研究和应用尚属空白。

2012年起，依托长春地铁2号线工程研发并成功应用了全预制装配技术建造地铁车站。工程应用实践证明，预制装配建造技术这一工业化的建造模式，在高质、高效、安全、环保及严寒冬季施工等方面具有显著的优势，对推动我国建筑产业的优化升级和可持续发展意义重大。

1.4.1技术简介

“地铁车站装配式结构建造技术”的研发始于长春地铁2号线工程，目前长春已经建成装配式车站8座，正在建设10座；青岛地铁在建装配式车站6座，深圳地铁在建装配式车站6座。

长春地铁装配式车站为地下二层单拱大跨隧道结构，桩+锚体系下明挖法施工，车站两端的风道与区间的盾构工作井相结合，采用现浇混凝土结构，中部的标准结构段均采用装配式结构，见图3。装配式结构为单拱大跨断面，宽20.5m、高17.45m。将车站结构纵向分成若干标准结构环，环宽2m；每环结构再拆分成7块标准构件。全部构件在工厂制作，运至现场，机械化拼装组成结构。构件之间采用注浆式榫槽接头，快速、可靠连接，并进行接缝密封防水。结构拼装完成后，进行基坑覆土回填，一座庞大的明挖车站结构就这样快速形成了。装配式车站结构无需设置外包防水层，整个装配施工期间无混凝土湿作业。

青岛地铁装配式车站结构也是地下二层单拱大跨隧道结构，但在长春地铁装配式方案的基础上进行了优化调整，衬砌标准结构环由5块、环宽2m的预制构件组成，其中底板由长春的3块调整为1块，内部结构板、梁、柱由长春的现浇结构调整为装配结构。另外，青岛地铁6座装配式车站，有5座车站为桩+锚体系下明挖法施工，而其中1座车站首次研发了桩+内支撑体系下的明挖装配施工。

深圳地铁则在青岛地铁设计方案的基础上，根据当地的建设条件进行了进一步的优化调整，首先装配式结构明挖基坑支护均为地下连续墙+内支撑体系，装配式车站为地下二层单拱大跨隧道结构，衬砌标准结构环仅由4块大型预制构件拼装而成，结构环宽2m，即在青岛地铁装配式方案的基础上将拱顶2块构件调整为1块连续构件，内部板、梁、柱仍为装配结构。另外，还研发了预制轨道风道结构和预制站台板结构。

长春、青岛、深圳地铁装配式车站结构型式示意见图4。

1.4.2主要技术特点

在基坑内采用“搭积木”的方式建造地铁车站，与传统的现场模板架立、钢筋绑焊及混凝土浇筑的建造技术有根本性的区别，其主要特点：①将车站结构纵向分割成若干标准结构环，再根据建设条件，将标准结构环拆分成若干个标准构件；②车站结构内部的梁、板、柱结构，根据工程需要，可采用现浇混凝土结构、叠合结构或装配式结构；③全部预制构件均在工厂高精度、高强度预制；④预制好的构件运至基坑现场，通过机械自动化拼装、张拉工艺，将构件组装形成车站结构；⑤构件与构件之间采用榫槽式接头，快速、可靠连接，并进行接缝密封防水，车站结构无需设置外包防水层。

接头结构是装配式车站结构的核心，注浆式榫槽接头是以榫槽式连接为基础，通过空隙内灌注浆液弥合接缝，以可靠传递咬合剪力，强化弯曲抵抗作用及抗变形能力，是典型的变刚度结构，在不同的荷载氛围下呈现不同的刚度属性，这一特性可有效调节和优化结构体系的内力幅值和抗震性能。研究团队通过多年大量的理论分析和原型试验研究，以及实际工程应用检验，注浆式榫槽接头在受力特性、抗震性能、防水性能和方便拼装等方面优势突出，达到预期的使用效果，是实现整体无现浇混凝土湿作业的“全装配式结构”的关键。

1.4.3主要技术创新点

经过长达10年的系统性研究和实践，取得了覆盖工程设计、构件制作、施工工艺和辅助施工装备、技术标准等多方面的成套技术成果，主要创新包括：

（1）国内外首次研发和应用了“地铁车站装配式结构建造技术”，形成了以设计技术、构件生产技术和施工技术为核心，以标准化、绿色化产品为主导，以工厂化、机械装配化、管理信息化为支撑的一整套工业化建造技术体系，实现了重大创新和突破。

（2）研究揭示了装配式结构的关键技术核心“注浆式榫槽接头”的力学特性和变刚度特性，形成了接头力学理论和设计方法，在解决现场快速、可靠连接的同时，确保了结构的整体承载性能及防水性能，并建立了基于接头变刚度特性的装配式地下结构设计方法。

（3）研发的隧道窑式生产系统，通过边模吊挂技术、模板支杆变形控制技术、底模流转技术和自动化控温养护技术等一系列创新技术，实现了大型预制构件的高精度生产；研发的预制构件智能扫描系统，全自动扫描检测构件拼接面平整度，准确找出构件表面的异常凹凸点，并自动形成检测报告，全面替代传统人工测量工艺，攻克了大型预制构件高精度自动检测技术难题。

（4）研发的拼装施工工艺及专用装备，基坑底面精平处理法、拼装张拉控制法、专用导向定位装置等一系列施工关键技术，解决了拼装速度和精度的难题；拼装张拉自动控制系统，攻克了多点张拉协同控制、动态张拉荷载确定、接缝宽度精确控制等大型构件拼装技术难题，实现了大型装配式结构拼装施工的快速、精准和安全。

“地铁车站装配式结构建造技术”已经在实际工程中得到成功应用和验证，施工期间未发生任何安全事故，车站运营后结构安全可靠，使用效果很好，并在社会上产生了巨大的影响，其中长春地铁兴隆堡站被评为中国十大最美车站。

长春装配式地铁车站的建成得到了国内外的普遍关注，前往长春观摩学习的同行络绎不绝，并受邀进行了国内和国际30余场大型学术报告，取得了较高的学术影响力；同时得到新闻媒体的多次报道，包括中央电视台《新闻联播》、《走遍中国》、北京卫视《为你喝彩》、《世界轨道交通》杂志、轨道交通领域多个公众号及我国其他地方新闻媒体，取得了较高的社会影响力。

地铁运量大、便捷高效，是城市交通大动脉，与此同时建设周期长、工期紧、劳动力短缺、资源消耗大、环境污染严重等问题日益凸显，使得我国轨道交通工程建设面临巨大挑战。

“地铁车站装配式结构建造技术”为轨道交通提供了全新的建造模式。这项创新技术最初源于我国长春市，主要是为解决严寒冬季无法施工问题而研发，但工程实践证明，在高质、高效、安全、绿色环保和科学化管理等方面表现出不可替代的优势。

“地铁车站装配式结构建造技术”在长春地铁第一座车站成功应用后，便得到了业主的充分肯定，并继续在后续的17座车站进行了应用。创新技术的突出优势同样吸引了其他的业主，其中，青岛和深圳地铁也于2020年陆续开始了12座装配式车站的建造工作。截止目前，已建和在建装配式车站数量达30座，成为中国乃至世界规模最大的装配式车站集群，技术经济和社会效益显著。

我们的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、大胆研发建设生产技术成为我们工程建设者的使命和努力的目标，并与国家倡导的建筑产业化、绿色建造技术的主要标准全面契合，创新技术不仅有利于轨道交通建设的可持续发展，且促进了轨道交通建设与工业化、信息化的深度融合，促进了建筑业由传统劳动密集型向高端产业转型的变革，具有广阔的市场前景。

“地铁车站装配式结构建造技术”是一个庞大的体系，涉及设计、生产和施工的一整套系统工程，我们注重每一个环节质量和效率的提升，并提出创新的解决方案。同时，我们不断努力，研发了各种不同建设条件下的应用，包括不同的工程地质和水文地质条件、不同的结构型式、不同基坑支护体系、不同的周边环境情况等，并从车站结构拓展到轨道交通的区间隧道、出入口通道和风道等其他各类地下工程，让这项优势技术发挥更大的作用，创造更高的价值。

社会效益主要体现在以下几个方面：①实现工业化建造模式，促进建筑产业优化升级；②显著提高地下结构的工程质量和耐久性；③大幅度提高现场作业效率，缩短工期，同时装配施工将工程噪声和粉尘污染降到最低，减少施工对城市环境的影响；④节省劳动力，解决我国人口老龄化及劳动力紧缺问题；⑤现场风险环节和工人数量大幅度减少，方便管理，施工安全性提高；⑥ 引领轨道交通绿色建造的发展方向，有力推动行业科技进步。