京张高铁八达岭长城地下车站建造及运营关键技术

王同军， 马伟斌， 王 勇

(1. 中国国家铁路集团有限公司， 北京 100844； 2. 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所， 北京 100081； 3. 中国铁道科学研究院， 北京 100081)

0 引言

自1909年京张铁路建成至今，我国铁路隧道总体技术水平已处于世界先进，部分技术达到世界领先[1-2]。随着技术进步，地下工程的修建形式呈现多样化，深埋、复杂结构地下工程越来越多。深圳福田站利用明挖型深基坑和柱-梁-板结构体系，建成了上下3层大跨度的地下车站，实现了高铁、地铁与商业建筑融合。香港西九龙地下车站埋深30 m，采用5层设计，通过研发先墙后拱交叉中隔壁法(PBCRD法)实现了高铁近距离安全下穿地铁[3]，构建了铁路、轨道交通、公交的立体交通模式。重庆临江门地铁站采用双侧壁台阶组合法实现了城市核心区大断面安全开挖[4]。赣龙铁路新考塘隧道针对不同加宽段采用不同超前支护、支护参数和开挖方法，其中，加宽2、4、6 m段分别采用了4步CRD法、双侧壁导坑法、大墙脚复合双侧壁法,加宽8 m和10.3 m段采用了“靴型大边墙+加劲拱”复合工法，最终实现了30.26 m大跨度隧道安全开挖[5]。在国外，米兰威尼斯车站埋深4 m，开挖跨度达到30 m，为暗挖隧道，采用蜂窝状拱结构，实现了浅埋大跨度隧道稳定支护； 韩国采用新管幕法[6]修建了弹弓跨度为29.6 m的首尔地铁9号线923车站。上述工程的相关技术及经验为实现隧道及地下工程建设安全和结构形式的多样化奠定了一定的实践基础。随着交通隧道由单一的通行转变为集人防、立体交通、环境友好等多元化于一体，对隧道及地下工程设计、施工提出了更高的要求。基于全生命周期的智能化建造成为行业的发展趋势。

在中国国家铁路集团有限公司领导下，我国完成了智能高铁建造的体系架构设计[7-10]，形成了以铁路工程管理平台为主的管控体系[11]，实现了铁路建设顶层到基层的结构化管理，提升了综合管理能力。当前，铁路工程管理平台的相关专业模块依然在持续建设和优化中，已基本实现了各专业主要工序覆盖[12]。京张高铁八达岭长城地下车站基于全生命周期设计，以智能建造为主线进行了系列技术创新，并针对特殊结构在隧道设计、施工、材料和装备方面进行了技术攻关。针对车站所处区域特殊性，在建设之初便全面统筹考虑了后期运维的需求，切实做到了基于全生命周期的设计和施工，最终形成了系列暗挖大跨度和密集洞群地下车站建造技术。

本文从八达岭长城站相关工程技术难题出发，阐述为解决这些难题所提出或形成的相关建造关键技术，以期为同类工程建造提供借鉴。

1 八达岭长城站工程概况

京张高速铁路全长174 km，线路起自北京北站，沿途经清河站、昌平站、八达岭长城站、怀来站、下花园北站、宣化北站，至张家口南站。作为我国京包兰通道的重要组成部分，京张高铁同时也是百年京张铁路文化传承线，是北京冬奥会交通保障线，是京津冀一体化重要经济服务线，是世界上首条智能高铁工程示范线。

八达岭长城站位于北京市延庆区，是京张高铁控制性工程，车站设置于12.01 km长的新八达岭隧道内，位于八达岭—十三陵风景名胜区核心位置滚天沟停车场下方，车站出口距离八达岭长城索道登城口250 m，距离八达岭步道登城口800 m。

1.1 工程概况

站址区属军都山中低山区，地形呈现东北高、西南低的特点，起伏大[13]，受燕山期侵入岩影响，站址区断裂构造较发育，岩性以花岗岩杂岩为主，一般较坚硬，局部破碎带节理裂隙发育，站址区地应力为中等应力水平，地下水类型为基岩裂隙水，主要受大气降水补给，以Ⅲ—Ⅴ级围岩为主。

八达岭长城站轨面最大埋深为102 m，旅客垂直提升高度达到62 m，单洞最大开挖跨度为32.7 m。车站按“3纵3层”设计，地面部分为进出站厅、候车厅及部分办公、设备用房，建筑面积为0.95万m2；地下部分建筑面积为5.88万m2，其中站台、站场、进出通道、地下设备用房建筑面积为3.98万m2；地下环形救援廊道总长为2 482 m，建筑面积为1.9万m2。八达岭长城站布置情况见图1。

图1 八达岭长城站布置情况Fig. 1 Layout of Badaling Great Wall underground station

1.2 工程特点与难点

由于位置特殊、规模巨大，八达岭长城站建造具有洞室多密度大、跨度大埋深大、古迹多环保严的特点，运营期间受景区影响存在人流大行车密的潜在特点，造成了以下4大工程技术难题。

1.2.1 超大跨隧道修建难

八达岭长城站是世界上埋深最大的地下暗挖高铁车站，车站两端过渡段各163 m，Ⅲ—Ⅴ级围岩，为单洞暗挖隧道，最大开挖跨度为32.7 m，开挖面积为494.4 m2(见图2)，是目前国内开挖跨度最大、断面面积最大的地下暗挖交通隧道。大跨度段受F2断层影响，围岩软弱破碎，施工稳定性控制难、安全风险大。

图2 大跨段断面设置Fig. 2 Cross-section of large-span tunnel section

1.2.2 密集洞室设计与施工组织难

八达岭长城站在长800 m、宽560 m、高34 m的地下空间布设78个洞室，共88种断面、63处交叉口(见图3)，是世界上结构形式最复杂的暗挖高铁车站，有限空间密集洞室合理设置难。最小水平间距为2.27 m、最小竖向间距仅4.55 m，密集洞室群施工安全保障难。13个工作面同时作业，仅通过2号斜井设置8个分通道施工地下车站及大跨段，单通道多点施工组织难。

图3 八达岭长城站密集洞群Fig. 3 Stacked/overlapped tunnels/caverns of Badaling Great Wall underground station

1.2.3 文物与环境保护难

八达岭地下车站下穿八达岭长城，并超浅埋下穿百年京张铁路人字形线路，文物年代久远，结构老化，对振动和变形极度敏感，爆破振动与沉降控制要求高、难度大。同时，工程地处国家森林公园、毗邻野生动物园等环保核心区，污水排放、粉尘和噪音等控制标准严、难度大。

1.2.4 复杂地下车站运营组织难

八达岭长城站埋深大、结构复杂，造成旅客便捷出行保障难。八达岭长城站是世界首例高铁隧道与车站地下接驳，面对多语种、大人流、多通道、高落差挑战，防灾疏散救援难度大。由于车站所处地下环境，基于声、光、风、温度、艺术的舒适环境营造难度大。

2 八达岭长城站建造及运营关键技术

针对八达岭长城站工程难题，主要从密集洞室群设计与施工组织、超大跨隧道修建技术、隧道下穿风景名胜区文环保技术、首座智能运营地下高铁车站构建4个方面进行创新，形成了14项关键技术。

2.1 密集洞室群施工组织模式

2.1.1 基于BIM的地下车站协同设计技术

八达岭长城站洞室结构复杂、体量大，受地下空间限制，存在有限空间密集洞群布局难的问题。为解决该问题，八达岭地下车站以“BIM+GIS”为核心进行了密集洞室群协同设计，通过建立设计协同工作管理平台，将贯穿于项目设计过程中的信息以三维模型为载体进行协同化管理，让项目各专业的设计人员，在同一平台环境下工作，实现信息快速共享。把各专业BIM模型进行合并，并通过平台实现各专业设计图纸连接优化和碰撞检查(见图4)。同时利用虚拟现实技术，进行仿真漫游，检查人员通过VR眼镜对八达岭长城站各部位及结构进行沉浸式漫游，实现对工程碰撞情况的进一步确认，解决了有限空间内密集洞室布置的难题[14]。

图4 碰撞点检查Fig. 4 Collision check

2.1.2 层叠交错小净距洞室施工安全保障技术

京张高铁八达岭车站洞室层叠交错，净距小，结构复杂。为了保障施工安全，将洞群之间某一岩墙或者岩板(包含岩墙或者岩板中的岩体、喷射混凝土、二次衬砌模筑混凝土)能承担的最大应力流与该岩墙或岩板的实际应力流之比作为安全系数[15]。通过数值计算确定了施工阶段安全系数最低须达到1.2。通过BIM结构分解，施工模拟，寻求最优施工组织顺序及施工方法。3洞分离段采用“先边后中”的开挖顺序和小导洞先行的爆破方法施工，最不利工况下围岩最大压应力为11.81 MPa，最大拉应力为1.27 MPa，拱顶最大沉降为10.24 mm，有效地减小了3洞分离段洞室间的相互影响。采用了基于电子雷管精准延时的微震控制爆破技术，显著降低了爆破振动，减小了洞室间中岩柱的围岩损伤。整个爆破过程以13.02 cm/s的振速指标进行控制，确保了隧道支护结构的安全。

上下重叠区域采用“先下层后上层”方案，下层站台层先行施工，采用“平行错开”原则，3洞分离隧道掌子面错开30～50 m；再根据“先边后中”的施工顺序，安排3支施工作业班组施工3洞分离小间距隧道。下层3洞分离小间距隧道下穿上层洞室群后，立即组织二次衬砌施工，优先施工完成上层洞室群下方的二次衬砌。待下层二次衬砌强度满足设计要求时，开始施工上层进出站主通道并进行设备层洞室开挖，与下层近接位置施工时，采用电子雷管精准微损伤爆破技术施工。

基于以上手段，实现了层叠交错小净距洞室施工安全控制，施工中最小安全系数为1.28，竣工后最小安全系数为2.8，确保了先行洞室结构稳定和安全，加快了洞室群的施工进度，保证了层叠交错小净距洞室施工安全[16]。

2.1.3 复杂洞室群智能施工组织技术

为了解决单通道多点施工问题，提出了“整体优化、统筹布局、强化通风、信息共享、攻克大跨、解决小间”的施工组织原则。

基于第2代无线射频识别技术和洞内定位技术实现了隧道施工人员考勤、区域定位、安全预警、灾后急救、车辆管理和交通疏解、日常管理等功能，避免车辆拥堵，实现人员与设备、材料的高效配置。基于“模数一体”思想，研发了项目管理信息平台，采用大型机械化配套，实现了“人-机-岩-隧”信息化动态施工管理。基于“模数驱动、轴面协同”思想，利用项目管理信息平台(见图5)实现交通物流畅通、人机作业面多点协同和信息共享，保障了车站多点(13个工作面)施工高效推进与对接，解决了单通道多点施工组织难题，高峰期洞内作业人员数量达到800人以上。

图5 项目管理信息平台Fig. 5 Project management information platform

2.2 超大跨隧道修建技术

2.2.1 超大跨隧道主动支护技术

为了使围岩更早地形成承载拱、充分发挥围岩自承载能力，采用了主动支护理念。研发高性能材料，通过超前主动支护、预应力锚索、预应力锚杆对围岩进行加固[17]，搭配普通锚杆，构建了刚柔并济、多重防护的超大跨隧道预应力自承载支护体系。大跨段初期支护设计见图6。

图6 大跨段初期支护设计Fig. 6 Design of primary support for large-span tunnel section

为充分发挥锚索支护能力，研发了可加大锚索断面面积的“锚固节”以提高锚索与注浆体之间的握裹力。如图7所示，锚固节由3瓣夹片和单孔锚环组成，夹片采用“倒刺”设计。安装时由3瓣夹片夹住锚索并将单孔锚环套住夹片，单孔锚环被注浆体固定，当锚索受拉时夹片沿受拉方向移动，在单孔锚环作用下会紧紧夹住锚索，增加握裹力(见图8)。在锚索钢绞线上每间隔1 m设置1个锚固节，7束钢绞线锚索与注浆体之间握裹力可达到2 492.5 kN。为了提高注浆体与围岩之间的黏聚力，采用6～7 MPa的高压注浆工艺改良围岩条件，注浆体与围岩之间的黏聚力可达1 836.9 kN。为了实现预应力锚索快速张拉，采用硫铝酸盐水泥为主要材料，通过掺加外加剂形成改性硫铝酸盐水泥。通过试验，采用水泥浆液水灰质量比为0.33∶1，外加剂掺加量为水泥质量的3%～5%，测试浆液凝胶时间为30～40 min。浆液不同龄期强度见表1。采用改性硫铝酸盐水泥浆液进行高压注浆，其24 h强度可达到30 MPa以上，缩短了张拉时间，从而有效地控制了隧道围岩变形，既保证了施工安全，又提高了施工效率[18]。

图7 “锚固节”产品Fig. 7 Photograph of "anchor joint"

图8 “锚固节”安装示意图Fig. 8 Installation diagram of "anchor joint"

表1 改性硫铝酸盐水泥浆液强度试验结果Table 1 Test results of strength of modified sulphoaluminate cement grout

超大跨隧道主动支护技术提升了围岩自身承载力，使围岩和初期支护形成承载拱承担全部围岩荷载，二次衬砌仅作为安全储备。传统支护衬砌厚度将达到2 m，采用主动支护技术充分发挥了围岩自承载能力，衬砌厚度降至0.6 m。通过对比，较传统支护衬砌厚度减少70%，开挖跨度减少8%，开挖断面减少20%，每延米混凝土用量减少68%，每延米土建工程投资下降45%。

2.2.2 超大跨隧道“品”字形开挖技术

国内外同类工程调研情况见表2。可以看出： 1)针对超大跨度和超大断面的隧道，一般以双侧壁导坑法为主要施工方法； 2)部分隧道通过采取非常规的超前加固、超前支护措施后，采用了台阶法施工。如米兰威尼斯地下车站通过在隧道周边开挖了多个小导洞形成蜂窝拱后进行开挖，港珠澳大桥拱北隧道通过采取冷冻法加固地层、管幕法超前支护后进行开挖。

表2 国内外同类工程调研情况Table 2 Survey on excavation methods used in similar projects in China and abroad

八达岭长城站隧道开挖跨度和面积在交通隧道领域较为罕见，为了降低开挖对围岩的频繁扰动，创立了超大跨隧道“品”字形开挖技术，提出了“顶超前、分层挖、核心留、重点锁”的开挖理念。分11部开挖，中间不设任何临时支撑，通过顶部开挖超前导洞明确前方地质情况，分部开挖化大为小，预留中央核心土提供支撑，重点部位通过长短锚杆及锚索组合锁定。

“品”字形开挖工法工序见图9。首先开挖中央顶洞(图中①)，通过超前导洞探明地质，并对地层进行加固。初喷混凝土厚度为5 cm，拱部设钢架，边墙施作钢筋肋，后复喷混凝土直至覆盖钢架，接着施作普通锚杆(拱部施作药卷锚杆，边墙施作玻璃纤维锚杆)，待顶洞贯通后，施作预应力锚杆和锚索。然后，按照“预留核心、自上而下、先两边后中间”的方式进行分层、分步开挖(图中②、③、④、⑤、⑥、⑦)。待支护发挥作用、隧道围岩具备一定的承载能力后，逐步开挖核心土及仰拱(图中⑧、⑨、⑩、)，并快速采取支护措施，及时形成封闭的支护体系。该方法支护体系以主动支护充分发挥围岩自承载力为目标，通过超前导管或管棚、格栅钢架、喷射混凝土、预应力锚杆及锚索实现。每一部开挖完成后施作格栅钢架，格栅钢架通过锁脚锚管固定，同时在格栅钢架之间预留预应力锚索锚固头安装位置，锚固头与钢架采用钢板连接。为了实现“快挖快支”，隧道每步开挖宽度为8～12 m、开挖高度为5～6 m，使作业空间满足大型机械施工要求。为了保证施工安全，支护作业紧跟开挖步骤。通过以上手段，最终实现了超大断面隧道的安全快速施工[19]。

图9 “品”字形开挖工法工序图Fig. 9 Sketch of sequential excavation

监控量测显示大跨段最大累计沉降仅17.3 mm，拱顶相对下沉仅为0.09%，其他各段拱顶累计沉降为10～15 mm[20]，解决了超大跨隧道开挖及过程变形控制难题。

2.2.3 超大跨隧道长寿命混凝土制备技术

八达岭长城站开挖跨度大，结构承受的荷载较常规隧道大得多，更易出现损伤。八达岭长城站围岩主要为花岗岩，岩质坚硬，具有良好的耐久性，其暴露在空气中的风化速度仅为0.1 mm/年，即300年的风化深度仅为30 mm，从工程尺度可认为稳定后的围岩基本不变[21]，其作为承载结构的耐久性受锚杆、注浆体、锚索等构件劣化的影响。为了实现超大跨结构长寿命，需要充分发挥围岩自承载能力。在设计之初，八达岭长城站就将围岩作为永久性承载结构考虑进行设计，采用主动支护技术对围岩进行加固和改良，并对锚杆、锚索等进行专项耐久性设计。具体如下： 将锚杆注浆保护层厚度控制在4 mm以上，并使用定位器使锚杆居中，严格控制注浆层密实度以提升锚杆耐久性；采用孔口段2 m先注浆封口，凝固后以7 MPa进行高压注浆，提升锚索注浆体的密实度和饱满度，达到提升锚索耐久性的目的；严格控制喷射混凝土组分中的盐、碱类物质，采用分层喷射和设置排水系统并喷涂水泥基渗透结晶材料的方式提升喷射混凝土的耐久性[21]。同时，利用“品”字形开挖技术尽可能降低对围岩的扰动，提升围岩承载能力。

在此基础上，研制了二次衬砌长寿命混凝土。八达岭长城站衬砌混凝土结构所处的环境作用等级为T2，不受其他有害介质侵蚀。在该环境条件下，混凝土碳化引起的钢筋锈蚀是降低结构耐久性的主要原因。为了降低混凝土碳化速度，在原材料选取上，选用水化热低、强度稳定增长的硅酸盐水泥。采用中热水泥，实现低收缩，降低结构开裂风险。选用粒形良好、级配合理、质地坚固、吸水率低、线胀系数小的洁净碎石。采用5～31.5 mm的3级配，控制紧密空隙率小于38%，针片状颗粒在骨料中的占比小于3%。同时，采用粗骨料整形技术，增加骨料圆润度，改善混凝土流变性，减小空隙。矿物掺和料选用颜色均匀、不含有油污等杂质、且品质稳定的F类Ⅰ级粉煤灰。使用掺膨胀剂的匹配性补偿收缩材料，抑制混凝土的收缩。采用石粉等具有微集料填充效应的惰性胶凝材料，提高混凝土的密实度和抗碳化能力，减小混凝土化学收缩。选用保坍性能较好的外加剂，保障混凝土工作性的同时，降低水胶比。通过配比试验，确定最优配比。基于中热水泥、惰性微集料与温敏型补偿收缩材料组成的复合胶材体系制备了长寿命混凝土，与现有100年设计使用寿命的常规混凝土相比，混凝土密实性提升2.9倍，抗裂性能提升46%，自然碳化深度与碳化速率系数均降低75%左右(见图10)。

(a) 普通混凝土

(b) 长寿命混凝土图10 长寿命混凝土与普通混凝土碳化速度对比Fig. 10 Comparison of carbonization rate between long service life concrete and ordinary concrete

同时，对制备过程进行信息化监控，运输车辆实时定位并研发了超大跨变截面智能衬砌台车，采用数字化混凝土方量控制技术、集成振捣控制技术和恒温恒湿智能化养护技术，实现二次衬砌施工质量的控制和智能化管理。从原材料选取、制备过程、运输过程和施工与养护过程全流程的闭环控制，实现衬砌结构耐久性大幅提升[22]。

2.3 隧道下穿风景名胜区文环保技术

2.3.1 地下车站出口消隐设计方法

八达岭长城是世界文化遗产，为了减少对风景区的影响，弱化了地上建筑体量，地面层高控制为9 m，地面部分拆解为3个体块，以消减地面建筑体量；地面站房规模缩减到1 998 m2，远小于同等规格铁路站房建筑规模。采用拟态周边环境的手法，地面站房依山就势(见图11)，并与长城及山势相协调，通过屋顶绿化与山体之间自然过渡，形体错落有致，互为照应[23]。为协调周边环境，进出站厅外立面采用与长城遗迹相协调的米黄色砌筑砂岩石，就地取材，2层体块材料采用与石材颜色相近的陶土棍，减轻结构荷载的同时，丰富了建筑立面的表达，实现了站景融合。站房设计效果见图12。

图11 站房依山就势设计Fig. 11 Design of station buildings according to landscaping conditions of mountain

图12 站房设计效果图Fig. 12 Design rendering of station buildings

2.3.2 微震微损伤精准爆破量化控制技术

八达岭长城站下穿八达岭长城，为避免对长城古建筑物的影响，提出了“导洞超前、预钻孔减震、分步起爆”的精准控制爆破技术。按照既有规范要求，古建筑物爆破振速应小于0.2～0.3 cm/s。通过对隧道爆破方案进行虚拟仿真优化，爆破振速控制为0.1 cm/s，实现地面零沉降，消除了工程建设对文物和环境的不利影响。采用电子雷管进行“导洞超前、预钻孔减震、分步起爆”的精准控制爆破技术。爆破设计示意见图13。上台阶开挖时，1次打眼，分3次依次爆破①、②、③步；再在距上台阶掌子面约50 m处开挖下台阶，1次打眼，分2次分别爆破④、⑤步；最后距离下台阶约40 m处爆破第⑥步仰拱。为有效控制爆破振速，采用电子雷管控制爆破技术，并在第②步轮廓线外设置5个减震孔以降低掏槽孔的爆破冲击。通过以上方法，实现了微震爆破，避免了爆破对八达岭长城的影响[24]。

图13 爆破设计示意图Fig. 13 Schematic of blasting design

2.3.3 地下车站施工通风与粉尘处理技术

基于通风和降尘的目的，八达岭长城站采用混合通风模式，2号斜井洞口设置4台132×2 kW轴流风机压入式供应新鲜风，污风通过3#、4#竖井排出。同时，隧道洞室交叉口配置大功率除尘净化设备，隧道工作面采用水幕降尘技术，PM0.5以上粉尘的去除率可达90%，处理后的空气清洁度可达0.1 mg/m3[23]。根据现场实测的数据与数值模型计算的结果进行对比验证，现场实测的风速均大于指标要求(0.15 m/s)，粉尘质量浓度基本小于指标要求(2 mg/m3)。通过上述方法，有效控制了粉尘对施工人员及八达岭景区环境影响，解决了施工期生态核心区环境保护难题。

2.3.4 地下车站清污分离排水系统

为了保护景区水环境，施工期衬砌背后渗入的清水和掌子面的污水分开排放，设置了高标准的污水处理厂处理隧道排出的施工污水，清水排放到自然环境中。运营期污水预处理后通过污水排水系统排到市政的污水管网，送入市政的污水厂处理后进行工农业利用或地下水回灌[25]。八达岭长城站施工期和运营期清水、污水分离处理流程见图14。

图14 清水、污水分离处理流程Fig. 14 Procedure of clean/sewage water separation and treatment

2.4 首座智能运营地下高铁车站构建

八达岭长城站通过对声、光、风、温的设计营造了舒适的乘车环境，通过智能防灾疏散救援系统提升运营阶段的应急能力，通过地下车站智能运营管理技术提升旅客出行体验，通过地下车站智能能源管理系统实现绿色、低碳运营。

2.4.1 深埋洞室群车站舒适环境构建技术

为了控制八达岭长城站站内噪声，采用了砂岩吸声板等材料，并结合隧道洞壁吸声降噪技术、群洞布局隔噪技术实现了车站的噪声控制。站台区噪声控制在80 dB以内，500 Hz频率声音混响时间控制在1.5 s以内，语言清晰度RASTI指数控制在0.45以上。

为了兼顾温度和通风对旅客的影响，利用“列车活塞风+半高门设计”将风速控制在不影响人体感受的同时，将最不利条件温度控制在35 ℃内，一般可维持人体舒适温度，极端情况搭配空调调节至人体舒适温度。

为了营造良好的照明环境，采用“点、线、面”组合的人字形灯具，突出了文化主题，改善了空间感受，光照度控制在150 Lx左右。

2.4.2 深埋多层洞室群车站智能防灾疏散救援系统

通过对列车火灾烟气蔓延状态分析，确定了列车火灾发展过程中人员最大安全疏散时间为6 min；站台合理排烟口间距为15 m，尺寸为1 m×1.6 m；站台安全排烟风速不应小于8 m/s；进出站通道加压送风风速不应小于3 m/s。

对国内外地下车站48组火灾数据进行统计，以此建立地下车站火灾数据库，分析了地下车站火灾原因及规律。提出了地下车站防火分区的划分原则和方法，利用地下洞室群之间的岩墙和岩板，辅助防火门、防火卷帘、防火水幕等措施，构建了地下车站的防火分区，将站台层、进出站通道、站厅层和救援通道等区域划分为11个防火分区。

基于VR仿真进行模拟演练，利用3D模拟仿真功能对工作人员的事件处理能力进行培训考核，提升员工应急处理能力。视频综合监控依托于车站的现有网络实时进行事件监控并启动报警，支持现场图像等信息传送，提供专家级事件处理预案，高效协调突发事件。首次提出了流线3分离的流线设计方案，即利用施工期临时通道布置、独立疏散楼梯布置、立体环形疏散救援廊道(见图15)布置实现进出站人流分离、紧急非紧急人员分离和救援车流疏散人流分离。

图15 环形救援廊道Fig. 15 Looped rescue tunnel

在以上技术措施的基础上，建立了基于BIM、3D GIS、互联网+等技术的国内最复杂三维可视化多系统(16个)耦合防灾疏散救援管控系统(见图16)，形成了“廊道疏散+广播引导+标志引导+救援进场+智能管控”多位一体的深埋密集洞群地下车站安全快速防灾救援疏散体系，保障了深埋密集洞群地下车站乘客安全。

图16 防灾综合平台耦合联控Fig. 16 Integrated disaster prevention platform

2.4.3 地下车站智能运营管理技术

为了提升运营效率和旅客服务质量，依托物联网、大数据、云计算的一体化，运用“模数驱动、轴面协同”方法理念，自主开发了电子客票、旅客服务与生产管控平台系统、综合视频监控系统、智能维修系统等。

电子客票将旅客购买的车票和服务的信息完整地记录和整合，根据服务进度或者旅客的变更实时进行信息的更新，并记录下更新的轨迹，形成一个完整行程的数据描述。同时，为旅客提供无纸化的出行方式，免去旅客在出行前必须打印车票的环节，支持旅客线上或线下购票、线上变更(改签、退票、变更到站)，缩短了旅客的出行和排队等候时间，提升了铁路旅客的出行体验。

旅客服务与生产管控平台系统建立统一的数据库，实现客运车站相关数据的全面汇集和共享；通过开放式标准的API为各应用提供智能化的服务能力，实现客运车站生产和服务所需要基础算法和模型的统一存储、标准化调用、统一维护和升级，提高智能服务水平。

综合视频监控系统引入人像识别等技术，建立系统间信息共享和互联互通机制，通过智能视频分析、跨媒体分析等技术，实现车站全范围全时段的安全监控和人流分析。为了提升旅客体验，通过视频监控系统对车站人流密度进行自动分析，当人流过大或排队过长时，车站人员可通过平台获取相关信息，并安排人员到场协调，为及时优化站内旅客服务提供依据。在获取用户的准确位置与朝向后，结合寻路算法的计算结果，将导航路径实时显示在手机上，实现旅客在站内的智能导航。

通过智能维修系统对车站设备运行状态进行监控，实现车站设备在线管理、水暖电链路管理等。站内设备通过传感技术、物联网技术等集成至平台统一管理，可实现实时报修、及时闭环。通过链路管理模式，实现水暖电等线路的关联管理，提供各专业回路展示、各位置部件管理、影响区域关联关系展示功能，将隐蔽的管线通过BIM的方式展示，实现可视化的维修管理。

2.4.4 地下车站智能能源管理系统

为了实现车站的节能降耗，开发了智能能源管理系统，通过对用电、用水、用热等能耗数据进行联网实时监测、自动统计、预警提醒等，实现10%～15%技术节能。通过用能定额、定额自动跟踪、能耗排名、用能公示、用能报表、节能考核等管理工具，实现5%～10%管理节能。此外，在站内照明和温度调控上也应用了智能识别和控制技术，基于列车到发时刻，自动控制站台区的照明开关；根据站内不同区域的光照信息，自动调节站内照明开关；依据站内不同区域的人群密度，自动设定并调节该区域空调温度。

3 结论与建议

1)BIM参数化协同设计能够解决复杂结构密集洞群布置难题；复杂地下结构采用“先下后上、先边后中”的顺序对安全施工是可行的；发展复杂结构封闭环境下的人机动态定位及跟踪的智能施工组织技术，能够提高管理水平、提升人机协同程度。

2)大跨度隧道支护以围岩结构作为承载结构是可行的，采用及时生效的主动支护技术能够充分发挥围岩自承能力。

3)采用环境友好型技术能够降低对文环保核心区的影响，绿色、精细化的隧道建造技术为敏感环境区隧道建设提供了思路。

4)AR、人工智能技术与环形救援廊道配合进一步提升了车站的安全性；监测技术与平台化的管理可以提升车站运营效率、降低隧道能耗、提升旅客体验感，智能化技术在地下工程具备良好的应用前景。

八达岭长城地下车站的工程实践为复杂结构地下工程智能建造提供了可行性方案及实践经验。但是，隧道智能建造在综合感知与分析的施工装备体系、较完备的隧道地质信息库和不同地质条件下施工风险与对策数据库、全周期和全要素的隧道数字孪生技术等方面亟待完善，这也是未来隧道智能建造发展的主要方向之一。