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装配式车站、清水混凝土 探访青岛地铁6号线那些的“绿色”技术

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众所周知,地铁是绿色低碳公共交通工具,但与此同时,地铁建设工程浩大,运营中的地铁又是用电大户,所以地铁也是节能降碳的“潜力股”。青岛地铁积极践行国家“双碳”战略,于2022年率先发布了《青岛地铁绿色城轨发展实施方案》,提出了九大行动方案,明确到2028年实现节电30%、降碳40%的战略目标。同时,编制了《青岛地铁绿色城轨三年行动计划》(2023-2025),提出了58个绿色实施项点。

即将开通的青岛地铁6号线一期集青岛地铁十余年建设发展经验于一体,从建设到运营各个环节,向着打造“全生命周期”的绿色地铁不断努力。装配式车站、清水混凝土等一系列技术的使用,也为青岛地铁三期建设提供经验和样本。

21座车站中6座是装配式车站

装配式建筑因为生产效率高、构件精准、绿色环保的特点,代表了现代化建筑业的未来趋势。6号线一期共有21座车站,其中6座车站是装配式车站,接近1/3。大胆启用装配式建筑技术是6号线一期实现提质增效、加快绿色低碳转型的重要举措。

青岛地铁集团西海岸建设分公司历时10个月,成功攻克装配式车站设计、生产、拼装全链条技术;历时15个月,完成6座装配式车站共计12万吨的主体结构拼装。这6座装配式车站分别是毛家山(黄海学院)站、北门外站、九顶山站、马家楼站、抓马山站和河洛埠(中德生态园)站。

说到装配式车站,有人将其形象地比喻成“搭积木”。车站构件在预制厂内集中生产,运输到施工现场后,像“搭积木”一样按顺序拼装成型。2022年4月27日,全国首座全方位装配式地铁站——青岛地铁6号线抓马山站(工程站名可洛石站)主体结构拼装顺利完成。这个车站历时6个月,实现地铁车站梁、板、柱、墙100%预制装配,30多名工作人员将总重达2.3万吨的地铁站“拼装”完成。这也是全国首座全方位装配式地铁站。

较传统现浇结构车站相比,每个装配式车站施工人员由150人减少为30人左右,缩短工期4-6个月;节省钢材约800吨、木材800立方米,施工废弃量减少50%,碳排放量减少约20%,减少装修或免装修。除此之外,因为构件工厂化生产,现场没有浇筑混凝土的噪音、粉尘、震动,减少建筑垃圾60%,也将地铁建设对周边环境的影响降到最低。

除此之外,6号线一期在站台板、楼梯、设备安装、变电站等19个方面广泛采用预制装配工艺。

据了解,通过技术研发攻关,西海岸建设分公司共取得各类装配式车站施工专利技术54余项、省级工法3项,形成了整套的、具有自主知识产权的全预制装配式车站预制、拼装技术,获得中国城市轨道交通协会科技进步奖特等奖,国际隧道协会(ITA)技术创新大奖,被中国土木工程学会评为“城市轨道交通技术创新推广项目”。

6号线一期在装配式技术方面的探索,也为未来地铁三期的建设提供了借鉴。去年年底,青岛首座全桩撑体系大分块坦拱形式装配式地铁车站——青岛地铁15号线四方厂站正式启动拼装。

清水混凝土技术为三期80多座车站做铺垫

4月17日,中广联合会交通宣传委员会第29届年会暨全国交通广播总监工作会议“畅行中国·奋进新时代——100小时·全国交通广播记者青岛行”融媒传播大型主题活动的来自全国各地的一百多名电台主播齐聚西海岸,“探班”开通在即的青岛地铁6号线一期。“这居然是混凝土本来的样子?”采访中,主播们对清水混凝土车站产生了兴趣,纷纷将手中的设备对准了墙面的细节。

清水混凝土是建筑现代主义的一种表现手法,因其极具装饰效果也称装饰混凝土,能突出混凝土素颜的美感,让简装修、免装修成为可能。青岛地铁首次在车站建设中使用清水混凝土技术,便是西海岸建设分公司负责建设的西海岸快线。在此基础上,西海岸建设分公司总结形成滨海环境高耐久清水混凝土成套技术,获得青岛市科技进步奖二等奖,该项技术成功应用于6号线一期工程赵家庙(影视产业园)站(工程站名石山路站),成为青岛地铁首个暗挖清水混凝土车站。

6号线一期工程的7座准清水混凝土车站均采用简装工艺,单站节约装饰材料约1200平方米,更符合绿色低碳的建筑需求,减少装修投资约100万元/站。

6号线一期在清水混凝土工艺上的探索也将为未来青岛地铁三期的建设提供经验和依据。据悉,青岛地铁已研究制定出饰面高性能混凝土施工标准,涵盖内实外美21条,9大环节41个步骤128个指标。青岛地铁将在三期工程全面推行饰面高性能混凝土,通过采用优质常规材料,严格工艺控制,提升综合性能和耐久性能,更加突出混凝土建筑的结构美感和独特的肌理效果,达到车站公共区轻装修、简装修、不渗不漏、绿色低碳的目标。在三期线路中80余座车站中推广饰面高性能混凝土,预计减少水泥用量1万吨,减少装修面积总计10万余平方米。

大跨暗挖地铁车站主动支护技术国际领先

2022年8月,由青岛地铁集团西海岸建设分公司牵头完成的“大跨隧道高预应力开挖补偿理论与关键技术”成功应用于6号线一期6座暗挖车站,并获评国际领先水平。青岛地铁联合设计、科研院校等单位研发攻关,构建了“预应力锚杆+钢筋网+喷射混凝土”主动支护体系,将支护结构与岩体紧密结合,形成一层坚固的“蛋壳”,充分发挥隧道拱顶岩体的自承能力。

较传统支护,主动支护工艺提高了作业空间,更利于机械化配套施工,沉降变形量减少约50%;每座车站喷射混凝土用量平均减少约30%,节省水泥约4000吨,格栅钢筋用量减少约35%,钢材节省约3200吨,碳排放量减少18%,工期缩短3-5个月。目前,“大跨隧道高预应力开挖补偿理论与关键技术”已取得发明专利15项、省级工法2项,荣获中国岩石力学与工程学会“科学技术进步奖”一等奖、青岛市质量创新大赛二等奖。

绿色运营实现节电降碳一边“省”一边“产”

除了建设环节,6号线一期还从刹车能量回收、列车牵引、新能源等方面入手,让将来进入运营周期的6号线一期在绿色降碳范畴持续作为。

光伏发电方面,青岛光资源丰富,具有利用太阳能的良好条件。6号线一期在横云山路站设置屋面光伏系统,总装机容量约为477千瓦,就地并网于地铁车站400伏低压侧,供给照明、空调、电扶梯等车站所有低压用电负荷,即发即用进而实现地铁供电节能降耗的目的。除了衡云山路站,6号线一期还在抓马山车辆基地安装了光伏发电系统,供给停车棚车辆充电。

经测算,6号线一期光伏发电系统总装机容量0.9兆瓦,可实现每年节电50万度、减排二氧化碳500吨。

复合储能方面,2021年国家发展改革委、国家能源局正式发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,提出将发展新型储能作为提升能源电力系统调节能力和综合效率的重要举措。

青岛地铁首创的“中压逆变+飞轮”的复合储能技术,在6号线一期落地实施,具有稳定牵引网电压、减少向电网谐波注入等优点,可年节约电量650万度,年节省电费468万元左右,年减少二氧化碳排放约6500吨。

永磁牵引方面,永磁牵引电机具有体积小、噪音小、效率高、功率密度高、过载能力强等优势,是未来的发展方向。6号线一期开展永磁牵引列车验证和应用,上线两列车,将达到15%节能率,后续将在三期线路全面推广。

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