裝配式地面建筑以其高效率、高質(zhì)量、高壽命、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，在歐美及日本等發(fā)達(dá)國家得到了非常廣泛的應(yīng)用，且技術(shù)成熟、體系完整；在我國，經(jīng)過骨干企業(yè)持續(xù)多年的潛心研究和應(yīng)用，也取得了可喜的成績，相關(guān)的技術(shù)和管理體系初步建立，應(yīng)用廣泛。

對于地下結(jié)構(gòu)，預(yù)制裝配技術(shù)最早應(yīng)用于倫敦地鐵盾構(gòu)法隧道工程，至今已有百余年的發(fā)展。目前，盾構(gòu)法隧道已在世界各國廣泛應(yīng)用，隧道斷面由單一的圓形，發(fā)展為雙圓、三圓、類矩形、橢圓形等多種型式。

采用預(yù)制裝配技術(shù)建造明挖法地下結(jié)構(gòu)則起源于上世紀(jì)的80年代，前蘇聯(lián)聯(lián)邦國家為了解決嚴(yán)寒冬季現(xiàn)澆混凝土施工困難問題，在明挖地鐵車站和區(qū)間隧道工程中首次研究和應(yīng)用了預(yù)制裝配技術(shù)，隨后在荷蘭、法國、日本等國家的地鐵工程中也有所應(yīng)用。應(yīng)用較多的前蘇聯(lián)聯(lián)邦國家，所采用的裝配式結(jié)構(gòu)型式有矩形框架結(jié)構(gòu)，也有單拱大跨結(jié)構(gòu)，其裝配結(jié)構(gòu)基本為預(yù)制構(gòu)件+現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相混合的方式，部分結(jié)構(gòu)預(yù)制、部分結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆，最突出的是預(yù)制構(gòu)件之間采用了現(xiàn)場鋼筋連接并現(xiàn)澆混凝土的剛性接頭，見圖1所示。混合式裝配結(jié)構(gòu)的施工效率優(yōu)勢不明顯，尤其鋼筋連接的現(xiàn)澆混凝土接頭，對于構(gòu)件大、鋼筋含量多的地鐵地下結(jié)構(gòu)，接頭連接施工困難，且在接頭處形成密集的縱橫向現(xiàn)澆施工縫，在一定程度上影響了施工速度和地下結(jié)構(gòu)的防水性能。

目前，在我國地下工程領(lǐng)域，預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用主要集中在盾構(gòu)法修建的鐵路、公路、地鐵區(qū)間等地下工程中，以單一的圓形結(jié)構(gòu)為主。除盾構(gòu)隧道外，部分小型地下管廊也采用了預(yù)制裝配技術(shù)，而對于規(guī)模較大，型式復(fù)雜的地下結(jié)構(gòu)，尤其是地鐵車站結(jié)構(gòu)，預(yù)制裝配技術(shù)的研究和應(yīng)用尚屬空白。

2012年起，依托長春地鐵2號線工程研發(fā)并成功應(yīng)用了全預(yù)制裝配技術(shù)建造地鐵車站。工程應(yīng)用實(shí)踐證明，預(yù)制裝配建造技術(shù)這一工業(yè)化的建造模式，在高質(zhì)、高效、安全、環(huán)保及嚴(yán)寒冬季施工等方面具有顯著的優(yōu)勢，對推動我國建筑產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級和可持續(xù)發(fā)展意義重大。

1.4.1技術(shù)簡介

“地鐵車站裝配式結(jié)構(gòu)建造技術(shù)”的研發(fā)始于長春地鐵2號線工程，目前長春已經(jīng)建成裝配式車站8座，正在建設(shè)10座；青島地鐵在建裝配式車站6座，深圳地鐵在建裝配式車站6座。

長春地鐵裝配式車站為地下二層單拱大跨隧道結(jié)構(gòu)，樁+錨體系下明挖法施工，車站兩端的風(fēng)道與區(qū)間的盾構(gòu)工作井相結(jié)合，采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，中部的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)段均采用裝配式結(jié)構(gòu)，見圖3。裝配式結(jié)構(gòu)為單拱大跨斷面，寬20.5m、高17.45m。將車站結(jié)構(gòu)縱向分成若干標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)環(huán)，環(huán)寬2m；每環(huán)結(jié)構(gòu)再拆分成7塊標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。全部構(gòu)件在工廠制作，運(yùn)至現(xiàn)場，機(jī)械化拼裝組成結(jié)構(gòu)。構(gòu)件之間采用注漿式榫槽接頭，快速、可靠連接，并進(jìn)行接縫密封防水。結(jié)構(gòu)拼裝完成后，進(jìn)行基坑覆土回填，一座龐大的明挖車站結(jié)構(gòu)就這樣快速形成了。裝配式車站結(jié)構(gòu)無需設(shè)置外包防水層，整個裝配施工期間無混凝土濕作業(yè)。

青島地鐵裝配式車站結(jié)構(gòu)也是地下二層單拱大跨隧道結(jié)構(gòu)，但在長春地鐵裝配式方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，襯砌標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)環(huán)由5塊、環(huán)寬2m的預(yù)制構(gòu)件組成，其中底板由長春的3塊調(diào)整為1塊，內(nèi)部結(jié)構(gòu)板、梁、柱由長春的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)調(diào)整為裝配結(jié)構(gòu)。另外，青島地鐵6座裝配式車站，有5座車站為樁+錨體系下明挖法施工，而其中1座車站首次研發(fā)了樁+內(nèi)支撐體系下的明挖裝配施工。

深圳地鐵則在青島地鐵設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕ㄔO(shè)條件進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化調(diào)整，首先裝配式結(jié)構(gòu)明挖基坑支護(hù)均為地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐體系，裝配式車站為地下二層單拱大跨隧道結(jié)構(gòu)，襯砌標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)環(huán)僅由4塊大型預(yù)制構(gòu)件拼裝而成，結(jié)構(gòu)環(huán)寬2m，即在青島地鐵裝配式方案的基礎(chǔ)上將拱頂2塊構(gòu)件調(diào)整為1塊連續(xù)構(gòu)件，內(nèi)部板、梁、柱仍為裝配結(jié)構(gòu)。另外，還研發(fā)了預(yù)制軌道風(fēng)道結(jié)構(gòu)和預(yù)制站臺板結(jié)構(gòu)。

長春、青島、深圳地鐵裝配式車站結(jié)構(gòu)型式示意見圖4。

1.4.2.主要技術(shù)特點(diǎn)

在基坑內(nèi)采用“搭積木”的方式建造地鐵車站，與傳統(tǒng)的現(xiàn)場模板架立、鋼筋綁焊及混凝土澆筑的建造技術(shù)有根本性的區(qū)別，其主要特點(diǎn)：①將車站結(jié)構(gòu)縱向分割成若干標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)環(huán)，再根據(jù)建設(shè)條件，將標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)環(huán)拆分成若干個標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件；②車站結(jié)構(gòu)內(nèi)部的梁、板、柱結(jié)構(gòu)，根據(jù)工程需要，可采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)、疊合結(jié)構(gòu)或裝配式結(jié)構(gòu)；③全部預(yù)制構(gòu)件均在工廠高精度、高強(qiáng)度預(yù)制；④預(yù)制好的構(gòu)件運(yùn)至基坑現(xiàn)場，通過機(jī)械自動化拼裝、張拉工藝，將構(gòu)件組裝形成車站結(jié)構(gòu)；⑤構(gòu)件與構(gòu)件之間采用榫槽式接頭，快速、可靠連接，并進(jìn)行接縫密封防水，車站結(jié)構(gòu)無需設(shè)置外包防水層。

接頭結(jié)構(gòu)是裝配式車站結(jié)構(gòu)的核心，注漿式榫槽接頭是以榫槽式連接為基礎(chǔ)，通過空隙內(nèi)灌注漿液彌合接縫，以可靠傳遞咬合剪力，強(qiáng)化彎曲抵抗作用及抗變形能力，是典型的變剛度結(jié)構(gòu)，在不同的荷載氛圍下呈現(xiàn)不同的剛度屬性，這一特性可有效調(diào)節(jié)和優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力幅值和抗震性能。研究團(tuán)隊(duì)通過多年大量的理論分析和原型試驗(yàn)研究，以及實(shí)際工程應(yīng)用檢驗(yàn)，注漿式榫槽接頭在受力特性、抗震性能、防水性能和方便拼裝等方面優(yōu)勢突出，達(dá)到預(yù)期的使用效果，是實(shí)現(xiàn)整體無現(xiàn)澆混凝土濕作業(yè)的“全裝配式結(jié)構(gòu)”的關(guān)鍵。

1.4.3主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

經(jīng)過長達(dá)10年的系統(tǒng)性研究和實(shí)踐，取得了覆蓋工程設(shè)計(jì)、構(gòu)件制作、施工工藝和輔助施工裝備、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等多方面的成套技術(shù)成果，主要創(chuàng)新包括：

（1）國內(nèi)外首次研發(fā)和應(yīng)用了“地鐵車站裝配式結(jié)構(gòu)建造技術(shù)”，形成了以設(shè)計(jì)技術(shù)、構(gòu)件生產(chǎn)技術(shù)和施工技術(shù)為核心，以標(biāo)準(zhǔn)化、綠色化產(chǎn)品為主導(dǎo)，以工廠化、機(jī)械裝配化、管理信息化為支撐的一整套工業(yè)化建造技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了重大創(chuàng)新和突破。

（2）研究揭示了裝配式結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)核心“注漿式榫槽接頭”的力學(xué)特性和變剛度特性，形成了接頭力學(xué)理論和設(shè)計(jì)方法，在解決現(xiàn)場快速、可靠連接的同時，確保了結(jié)構(gòu)的整體承載性能及防水性能，并建立了基于接頭變剛度特性的裝配式地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

（3）研發(fā)的隧道窯式生產(chǎn)系統(tǒng)，通過邊模吊掛技術(shù)、模板支桿變形控制技術(shù)、底模流轉(zhuǎn)技術(shù)和自動化控溫養(yǎng)護(hù)技術(shù)等一系列創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大型預(yù)制構(gòu)件的高精度生產(chǎn)；研發(fā)的預(yù)制構(gòu)件智能掃描系統(tǒng)，全自動掃描檢測構(gòu)件拼接面平整度，準(zhǔn)確找出構(gòu)件表面的異常凹凸點(diǎn)，并自動形成檢測報(bào)告，全面替代傳統(tǒng)人工測量工藝，攻克了大型預(yù)制構(gòu)件高精度自動檢測技術(shù)難題。

（4）研發(fā)的拼裝施工工藝及專用裝備，基坑底面精平處理法、拼裝張拉控制法、專用導(dǎo)向定位裝置等一系列施工關(guān)鍵技術(shù)，解決了拼裝速度和精度的難題；拼裝張拉自動控制系統(tǒng)，攻克了多點(diǎn)張拉協(xié)同控制、動態(tài)張拉荷載確定、接縫寬度精確控制等大型構(gòu)件拼裝技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了大型裝配式結(jié)構(gòu)拼裝施工的快速、精準(zhǔn)和安全。

“地鐵車站裝配式結(jié)構(gòu)建造技術(shù)”已經(jīng)在實(shí)際工程中得到成功應(yīng)用和驗(yàn)證，施工期間未發(fā)生任何安全事故，車站運(yùn)營后結(jié)構(gòu)安全可靠，使用效果很好，并在社會上產(chǎn)生了巨大的影響，其中長春地鐵興隆堡站被評為中國十大最美車站。

長春裝配式地鐵車站的建成得到了國內(nèi)外的普遍關(guān)注，前往長春觀摩學(xué)習(xí)的同行絡(luò)繹不絕，并受邀進(jìn)行了國內(nèi)和國際30余場大型學(xué)術(shù)報(bào)告，取得了較高的學(xué)術(shù)影響力；同時得到新聞媒體的多次報(bào)道，包括中央電視臺《新聞聯(lián)播》、《走遍中國》、北京衛(wèi)視《為你喝彩》、《世界軌道交通》雜志、軌道交通領(lǐng)域多個公眾號及我國其他地方新聞媒體，取得了較高的社會影響力。

地鐵運(yùn)量大、便捷高效，是城市交通大動脈，與此同時建設(shè)周期長、工期緊、勞動力短缺、資源消耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題日益凸顯，使得我國軌道交通工程建設(shè)面臨巨大挑戰(zhàn)。

“地鐵車站裝配式結(jié)構(gòu)建造技術(shù)”為軌道交通提供了全新的建造模式。這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)最初源于我國長春市，主要是為解決嚴(yán)寒冬季無法施工問題而研發(fā)，但工程實(shí)踐證明，在高質(zhì)、高效、安全、綠色環(huán)保和科學(xué)化管理等方面表現(xiàn)出不可替代的優(yōu)勢。

“地鐵車站裝配式結(jié)構(gòu)建造技術(shù)”在長春地鐵第一座車站成功應(yīng)用后，便得到了業(yè)主的充分肯定，并繼續(xù)在后續(xù)的17座車站進(jìn)行了應(yīng)用。創(chuàng)新技術(shù)的突出優(yōu)勢同樣吸引了其他的業(yè)主，其中，青島和深圳地鐵也于2020年陸續(xù)開始了12座裝配式車站的建造工作。截止目前，已建和在建裝配式車站數(shù)量達(dá)30座，成為中國乃至世界規(guī)模最大的裝配式車站集群，技術(shù)經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。

我們的創(chuàng)新技術(shù)可以幫助世界嚴(yán)寒地區(qū)解決工程建設(shè)難題，與此同時，自然資源的有效利用和環(huán)境保護(hù)是全世界共同面臨的重大課題，21世紀(jì)，開發(fā)環(huán)保型結(jié)構(gòu)物、延長建筑物的使用壽命、大膽研發(fā)建設(shè)生產(chǎn)技術(shù)成為我們工程建設(shè)者的使命和努力的目標(biāo)，并與國家倡導(dǎo)的建筑產(chǎn)業(yè)化、綠色建造技術(shù)的主要標(biāo)準(zhǔn)全面契合，創(chuàng)新技術(shù)不僅有利于軌道交通建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，且促進(jìn)了軌道交通建設(shè)與工業(yè)化、信息化的深度融合，促進(jìn)了建筑業(yè)由傳統(tǒng)勞動密集型向高端產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的變革，具有廣闊的市場前景。

“地鐵車站裝配式結(jié)構(gòu)建造技術(shù)”是一個龐大的體系，涉及設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工的一整套系統(tǒng)工程，我們注重每一個環(huán)節(jié)質(zhì)量和效率的提升，并提出創(chuàng)新的解決方案。同時，我們不斷努力，研發(fā)了各種不同建設(shè)條件下的應(yīng)用，包括不同的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、不同的結(jié)構(gòu)型式、不同基坑支護(hù)體系、不同的周邊環(huán)境情況等，并從車站結(jié)構(gòu)拓展到軌道交通的區(qū)間隧道、出入口通道和風(fēng)道等其他各類地下工程，讓這項(xiàng)優(yōu)勢技術(shù)發(fā)揮更大的作用，創(chuàng)造更高的價(jià)值。

“地鐵車站裝配式結(jié)構(gòu)建造技術(shù)”是綠色環(huán)保的工業(yè)化建造模式，契合國家發(fā)展戰(zhàn)略，是我國軌道交通建造技術(shù)向裝備化、集約化、產(chǎn)業(yè)化的集中體現(xiàn)，具備更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和社會效益。

在長春地鐵實(shí)際工程應(yīng)用的基礎(chǔ)上，我們對裝配式地鐵車站的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了初步分析，與一座同樣規(guī)模的兩層雙跨矩形框架現(xiàn)澆混凝土車站結(jié)構(gòu)相比，其主要的經(jīng)濟(jì)效益包括：① 一座車站工期節(jié)省4個～6個月（20%～30%）；② 高峰施工期現(xiàn)場作業(yè)人員每班由130人～150人減少到20人～30人左右；③ 每座車站節(jié)省鋼材約800t，節(jié)省木材800m3，減少建筑垃圾50%；④ 施工用地減少約1000m2；⑤ 綜合碳排放減少約19.6%；⑥ 一座裝配式車站通過減少工期和人工工日，綜合效益可累計(jì)節(jié)省約1000萬元。

社會效益主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①實(shí)現(xiàn)工業(yè)化建造模式，促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級；②顯著提高地下結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量和耐久性；③大幅度提高現(xiàn)場作業(yè)效率，縮短工期，同時裝配施工將工程噪聲和粉塵污染降到最低，減少施工對城市環(huán)境的影響；④節(jié)省勞動力，解決我國人口老齡化及勞動力緊缺問題；⑤現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)和工人數(shù)量大幅度減少，方便管理，施工安全性提高；⑥ 引領(lǐng)軌道交通綠色建造的發(fā)展方向，有力推動行業(yè)科技進(jìn)步。

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