今天，城市居民的生活、出行方式正因?yàn)椴粩嚅_通的地鐵而改變。

　　每天早上8點(diǎn)半，家住大紅門的張欣都會(huì)準(zhǔn)時(shí)乘坐10號(hào)線前往位于車道溝的單位?！耙郧吧习嘁粋€(gè)半小時(shí)，自從10號(hào)線通車后，一小時(shí)就到了?！睆埿缹?duì)每天路上能節(jié)約一個(gè)小時(shí)，感到很開心。

　　張欣并不知道，他每天上下班乘坐的10號(hào)線，開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)地鐵施工的多項(xiàng)第一：它是北京地鐵線路最長(zhǎng)、換乘節(jié)點(diǎn)最多、工程環(huán)境最復(fù)雜、特一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程總數(shù)最多的一條線路。全長(zhǎng)57公里的10號(hào)線，建設(shè)難度極大，全線穿越風(fēng)險(xiǎn)工程1200多處，特級(jí)、一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程198處；8次穿越既有地鐵線路，零距離密貼下穿地鐵1號(hào)線公主墳站，變形控制3毫米內(nèi)；12次下穿鐵路；6次下穿昆玉河；多次長(zhǎng)距離下穿平房群，穿越房屋17.5萬(wàn)m2；25次穿越重要橋梁，部分橋梁沉降控制3毫米內(nèi)；地層復(fù)雜多變，國(guó)內(nèi)外罕見。

　　面對(duì)建設(shè)難度如此之高的線路，北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司迎難而上，組成產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合的研究團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)10年，創(chuàng)新研發(fā)了穿越工程微變形控制成套技術(shù)，確保穿越安全，意義重大，在復(fù)雜地層中成功穿越了既有地鐵車站、大型橋梁、高鐵、國(guó)鐵站場(chǎng)、樓房、河湖等重大風(fēng)險(xiǎn)工程，為今后大量的類似工程提供了可靠的技術(shù)。10號(hào)線二期工程自2013年通車后，客運(yùn)量居路網(wǎng)各條線路之首，大大緩解了北京市區(qū)的地面交通壓力，社會(huì)效益顯著。該項(xiàng)目榮獲2014年北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

　　最苛刻的3毫米

　　在10號(hào)線二期工程建設(shè)難度“排行榜”中，公主墳站的施工難度無(wú)疑名列前茅。下穿既有1號(hào)線公主墳站建設(shè)新線車站是當(dāng)時(shí)北京最大規(guī)模的下穿既有線工程。它與1號(hào)線公主墳站的“零接觸”，還要避開幾百株古樹、新興橋橋柱和長(zhǎng)安街西延主干道，都為這座車站的建設(shè)帶來(lái)種種考驗(yàn)。

　　“在10號(hào)線公主墳站施工過(guò)程中，為了保持1號(hào)線的不停運(yùn)、無(wú)限速，工程施工產(chǎn)生的既有站絕對(duì)沉降值必須小于3毫米?！北本┦熊壍澜煌ńㄔO(shè)管理有限公司副總經(jīng)理蘇斌告訴記者，如果超過(guò)3毫米就會(huì)造成上方的1號(hào)線運(yùn)行速度減慢，影響運(yùn)營(yíng)。

　　為此，蘇斌帶領(lǐng)自己的團(tuán)隊(duì)積極組織技術(shù)攻關(guān)，大膽創(chuàng)新。施工過(guò)程中，如何控制既有線沉降是技術(shù)攻關(guān)焦點(diǎn)，項(xiàng)目部創(chuàng)造性地把千斤頂引入地鐵施工領(lǐng)域，采用“CRD+千斤頂”工藝，通過(guò)控制千斤頂頂力來(lái)實(shí)現(xiàn)控制沉降，輔以檢測(cè)儀埋入軌道下方，24小時(shí)自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)記錄，自動(dòng)傳輸，時(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)調(diào)整壓力，最終變被動(dòng)控制為主動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)安全順利下穿，沉降控制在2.98毫米。創(chuàng)造了北京市軌道交通下穿工程的“規(guī)模最大、沉降最小、造價(jià)最低”、首次實(shí)現(xiàn)新舊車站“零距離”接觸、地鐵大跨平頂直墻矩形斷面下穿既有線車站等一系列新紀(jì)錄。

　　而為了避開古樹、橋柱和干道，公主墳站建成后設(shè)了兩個(gè)聯(lián)絡(luò)通道、4處直梯、26處扶梯，“上上下下、左躲右閃”地實(shí)現(xiàn)了與1號(hào)線的換乘與車站自身各自獨(dú)立空間的上下線候車區(qū)域。

　　“最終10號(hào)線的公主墳車站結(jié)構(gòu)緊貼1號(hào)線車站，真正零距離穿越，而沉降被成功地控制在3毫米以內(nèi)，1號(hào)線列車運(yùn)營(yíng)沒有受到任何影響，對(duì)后續(xù)類似工程施工積累了技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。”蘇斌說(shuō)。

　　讓盾構(gòu)“所向披靡”

　　與上世紀(jì)六十年代，北京修建地鐵1號(hào)線時(shí)，“開膛破肚”的明挖方法相比，現(xiàn)在的人們幾乎察覺不到地下深處地鐵正在悄然掘進(jìn)。

　　在地下挖掘絕非易事，國(guó)際上很多城市是地鐵與城市同步發(fā)展，而北京這座千年古都，已經(jīng)演變?yōu)閲?guó)際大都市，地下管線縱橫，地上高樓林立，要想在下方修建地鐵，難上加難。

　　因此，一種先進(jìn)的挖掘技術(shù)被施工人員選用，那就是盾構(gòu)法。盾構(gòu)機(jī)通過(guò)盾構(gòu)外殼和管片支承四周圍巖，防止發(fā)生往隧道內(nèi)的坍塌，同時(shí)在開挖面前方用切削裝置進(jìn)行土體開挖，通過(guò)出土機(jī)械運(yùn)出洞外，靠千斤頂在后部加壓頂進(jìn)，并拼裝預(yù)制混凝土管片，形成隧道結(jié)構(gòu)的一種機(jī)械化施工方法。

　　目前，盾構(gòu)法已成為我國(guó)城市地鐵隧道施工的主力，北京地鐵10號(hào)線二期工程，盾構(gòu)法所占比例達(dá)到了82.3%。

　　然而，北京復(fù)雜的地質(zhì)條件，卻讓“無(wú)往不利”的盾構(gòu)機(jī)屢屢“受挫”?！岸軜?gòu)下穿施工中最害怕的是砂卵石地層，特別是大粒徑砂卵石地層。北京的地下，這種砂卵石特別多?！碧K斌說(shuō)。

　　據(jù)介紹，砂卵石是一種典型的力學(xué)不穩(wěn)定地層，盾構(gòu)在此不利條件下長(zhǎng)距離穿越房屋、鐵路、橋梁等，技術(shù)難度很大，屬世界難題，掘進(jìn)姿態(tài)控制、刀盤與刀具、換刀頻率、換刀方案等均未有先例。

　　技術(shù)人員針對(duì)不同地層分別采用不同的開口率、不同的刀盤型式、不同的耐磨材料、不同的螺旋輸送桿型式、不同的土體改良技術(shù)，保證了工程的順利實(shí)施。

　　最為典型的案例就是，盾構(gòu)曾6次在砂卵石地層中下穿昆玉河，昆玉河水深2米，同時(shí)，河床下卵石密布，是北京少見的復(fù)雜地層。施工稍有不慎河水就會(huì)倒灌工地，造成重大安全事故。

　　為此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出了地鐵盾構(gòu)隧道組段劃分方法，研發(fā)了砂卵石地層土體改良技術(shù)，確定了砂卵石地層穿越工程中盾構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)、刀盤型式與開口率對(duì)盾構(gòu)適應(yīng)性的影響，提高了砂卵石地層盾構(gòu)換刀距離，避免盾構(gòu)在重大風(fēng)險(xiǎn)工程下部被動(dòng)式換刀，成功實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)長(zhǎng)距離下穿京西機(jī)務(wù)段、昆玉湖、平房群的特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程。

　　此外，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)了盾構(gòu)施工實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)施工過(guò)程的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控；研發(fā)了“北京軌道交通工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了地層變形、地面變形及風(fēng)險(xiǎn)工程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　據(jù)了解，通常情況下，砂卵石地層平均約150米需換刀一次，經(jīng)研究技術(shù)改進(jìn)后，換刀距離提高至平均350米—400米（大粒徑卵石地層）或400米—700米（小粒徑卵石地層），北京地鐵10號(hào)線二期穿越砂卵石地層的盾構(gòu)區(qū)間全長(zhǎng)約32000米，改進(jìn)后可減少換刀次數(shù)約為120次，每次換刀按150萬(wàn)計(jì)算，可節(jié)約成本18000萬(wàn)元。

　　“紋絲不動(dòng)”地穿越橋梁

　　通常，地鐵線路通常沿城市繁華市區(qū)主干道布置。地鐵在城市道路下方穿越不可避免會(huì)發(fā)生與既有線路、橋梁基礎(chǔ)、建筑物基礎(chǔ)、地下管線構(gòu)筑物發(fā)生交叉穿越問(wèn)題。

　　“當(dāng)?shù)罔F穿越這些已經(jīng)建成的建（構(gòu)）筑物時(shí)，由于引起地層的變形，建筑在地層之上的這些構(gòu)筑物也同樣會(huì)發(fā)生變形，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)上的受力變化，進(jìn)而影響到這些結(jié)構(gòu)的安全，國(guó)內(nèi)外地鐵穿越工程事故頻發(fā)，經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響巨大。”蘇斌說(shuō)。

　　北京地鐵10號(hào)線區(qū)間下穿的道路和橋梁多數(shù)為主干路，車流量大，對(duì)地層變形和沉降控制要求高，一旦盾構(gòu)施工引起的沉降超限或者控制不當(dāng)引發(fā)地表塌陷，極易引發(fā)重大交通事故，不僅會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)會(huì)造成惡劣的社會(huì)影響。

　　據(jù)了解，10號(hào)線工程穿越較大的橋梁就有25處。當(dāng)?shù)罔F在這些橋梁的樁基礎(chǔ)下或鄰近處施工時(shí)，這些橋梁基礎(chǔ)會(huì)發(fā)生下沉、傾斜，以及偏離原來(lái)的位置。那么如何解決穿越過(guò)程中的既有結(jié)構(gòu)的安全性，成為地鐵建設(shè)者們需要去研究的關(guān)鍵和重要問(wèn)題。

　　項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在10號(hào)線的建設(shè)中，針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)類型、空間位置關(guān)系、保護(hù)方案、控制措施及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)研究，形成了穿越橋梁的關(guān)鍵控制技術(shù)體系。提出了主動(dòng)樁基托換技術(shù)、被動(dòng)樁基托換技術(shù)、預(yù)支頂同步頂升技術(shù)、隔離樁技術(shù)以及加強(qiáng)地鐵結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度和剛度的方法等，保證了地鐵下穿橋梁的變形控制和安全。

　　“地鐵10號(hào)線微變形控制技術(shù)在三個(gè)方面取得了重要突破，密貼下穿公主墳站變形控制在2.98毫米；砂卵石盾構(gòu)的換刀距離提高了3—4倍；新興橋異型板區(qū)樁基托換變形控制在2.75毫米，達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。”蘇斌說(shuō)。

　　提高了我國(guó)地鐵穿越的技術(shù)水平

　　如今，經(jīng)歷了重重考驗(yàn)的地鐵10號(hào)線，已經(jīng)貫通2年，每天都安全高效地將乘客送達(dá)目的地。但其在建設(shè)過(guò)程中形成的創(chuàng)新技術(shù)、先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)卻延續(xù)下來(lái)。

　　據(jù)了解，該項(xiàng)目共申請(qǐng)專利6項(xiàng)，其中1項(xiàng)發(fā)明專利和1項(xiàng)實(shí)用新型專利已獲授權(quán)；獲批北京市施工工法及企業(yè)工法各1項(xiàng)；出版專著4部；發(fā)表論文28篇。

　　多名院士與業(yè)內(nèi)知名專家對(duì)項(xiàng)目所屬的四個(gè)課題進(jìn)行了成果鑒定，研究成果總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中大跨、淺埋、密貼下穿既有地下結(jié)構(gòu)微沉降控制設(shè)計(jì)與施工技術(shù)、橋梁樁基礎(chǔ)荷載和變形雙控完全主動(dòng)托換技術(shù)、盾構(gòu)穿越重大風(fēng)險(xiǎn)工程施工控制技術(shù)等成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　“如今，部分研究成果已在北京地鐵6、7、8、9、14號(hào)線等多條地鐵線路建設(shè)中推廣應(yīng)用，為北京地鐵安全、快速建設(shè)提供了技術(shù)保障?！碧K斌告訴記者。

　　據(jù)了解，通過(guò)合理運(yùn)用本項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)，工程建設(shè)參建各方在及時(shí)掌握軌道交通建設(shè)穿越重大風(fēng)險(xiǎn)工程關(guān)鍵技術(shù)的前提下，安全、高效、有序地解決了各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)工程控制難題，提高了軌道交通建設(shè)效率，有效降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。同時(shí)，項(xiàng)目研究成果為北京地鐵建設(shè)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了有力的支持。參考項(xiàng)目相關(guān)研究成果，北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司于2012年3月印發(fā)了《北京市軌道交通工程盾構(gòu)施工管理相關(guān)規(guī)定（匯編）》，促進(jìn)了城市軌道交通工程建設(shè)領(lǐng)域的安全管理升級(jí)，推動(dòng)了北京地鐵建設(shè)的安全、有序進(jìn)行。

　　不僅僅是北京，10號(hào)線的部分科技成果也在沈陽(yáng)、深圳、廣州、武漢、長(zhǎng)春等多個(gè)城市軌道交通建設(shè)中推廣應(yīng)用，奠定了我國(guó)地鐵建設(shè)穿越重大風(fēng)險(xiǎn)工程施工的技術(shù)基礎(chǔ)。

　　“北京未來(lái)將建設(shè)近550公里軌道交通線路，越來(lái)越多的軌道交通線網(wǎng)建設(shè)將會(huì)遇到更多的穿越問(wèn)題。全國(guó)近35個(gè)城市軌道交通規(guī)劃得到批復(fù)，也將會(huì)遇到類似的穿越問(wèn)題，因此本項(xiàng)目的研究成果具有廣闊的推廣應(yīng)用前景?！碧K斌說(shuō)。