北京地铁5号线的盾构技术万芳

北京地铁5号线的盾构技术

3月28日上午，随着施工令的下达，地铁5号线在和平里北街率先开始盾构施工。北京地铁五号线南起丰台区的宋家庄(南延至亦庄)，北至昌平区境内的东三旗(太平庄)，线路全长27.6公里。全线工程采用盾构技术方法。盾构法是一种暗挖技术。“盾”是指挖掘土方机械坚硬的外壳；“构”是指构筑，即边挖土方边构筑。被称作现代“土行孙”的盾构机是盾构法的执行设备，它一边用机头切削土体，一边用机械手将管片拼装起来。盾构机的工作实际上就是掘土拼装和注浆这样一个过程，当盾构机通过后，一个完整、漂亮的隧道就成形了。 盾构法诞生了近180年，在国外被广泛应用于地下铁路、公路隧道、雨污水隧道等建设，著名的英吉利海峡地下隧道，以及90％的日本城市地铁都采用了这项技术。五号线是北京第一条使用盾构法施工的地铁线路：根据设计，长达百米的盾构机将在地下以每天十几米的速度掘进，机器过后一条隧洞“浑然天成”，与以往的暗挖施工相比，盾构是名副其实的大刀阔斧。

当笔者来到位于北京市和平里北街的地铁五号线18标段建设工地时，盾构机正在掘土推进，但是街面上熙来攘往一如常日，如果旁边没有高耸的龙门吊、沿街的工地围墙，也许人们很难意识到脚下十六、七米深处正在修筑地铁隧道。

盾构的主要技术 盾构“三部曲”

所谓盾构法实际上也是一种暗挖技术。“盾”是指挖掘土方机械坚硬的外壳；“构”是指构筑，即边挖土方边构筑。被称作现代“土行孙”的盾构机，一边用机头切削土体，一边用机械手将管片拼装起来。承建五号线18标段的市政四处项目副经理孟学文告诉笔者，盾构机的工作实际上就是掘土———拼装———注浆这样一个过程，当盾构机通过后一个完整、漂亮的隧道就成形了。

人们常说“眼见为实”，笔者跟随孟经理深入建设中的地铁隧道一探究竟。虽然地面上风平浪静，但是下到隧道中，马上能听到机器的轰鸣。孟经理介绍，盾构机的机头上装有刀盘，刀盘旋转切削土体，切削下来的土通过传送带运出隧道；当机头向前掘进一环（1.2米，即管片宽度）后，技术人员操纵机器手臂拼装隧道的内壁管片；在盾构机掘进和拼装管片的同时，完成对周围土体的注浆，填补隧道管壁与土体的空隙，防止沉降。

“不沉降，不隆起”

修建地铁隧道最大的危险就是造成地面沉降，沉降幅度一旦超过安全范围，地面楼倒房塌，后果不堪设想。根据设计方案，地铁五号线将从地坛公园东门穿过，向西南方向前进，经过园内方泽坛东墙外侧下方，再从南门下方出去，隧道通过之处的地面上有数十棵百年树龄的古柏，许多人担心施工对文物和古树保护不利。

孟经理告诉笔者说：“目前采用的是最先进的土压平衡盾构机，这种盾构机能够感应、计算周围土体的压力，根据周围土体的压力调整向外排土量，保持压力的平衡，不会造成地面的沉降和隆起。另外，同步注浆和补充注浆会将隧道与土体之间的空隙凝固，也有效防止了地面沉降。”根据监测的结果，目前地面沉降在5毫米之内，属于安全范围。

盾构技术最大的特点

与传统的暗挖施工相比，盾构技术最大的特点就是快，工作效率能够提高八到十倍，最快时每天能掘进20米左右。但是在最开始的几十米，处于初始掘进阶段，施工速度只能达到六米左右。孟经理说：“每个工程都有实验段，都要经历一个数据采集、摸索的过程。目前，经过二三十米的掘进就可以基本完成这一过程。”

孟经理告诉笔者，影响掘进速度的另一个原因是盾构机还没有完全进入隧道工作。他说：“整个盾构机连接起来有八十米长，由于目前隧道长度的限制，在初始掘进阶段，包含监控室和动力设备的台车还只能在地上待命。当隧道挖掘到足够的长度，台车全部进入低下后，掘进速度将达到每天15米。”

在五号线的隧道中，笔者发现这里不同于其他的建筑工地，除了一台庞大的盾构机外只有十几名工人。孟经理告诉笔者，由于使用了盾构技术，节约了大量人力，整个工地，包括地面和低下，同时工作的工人只有22名。一条长达一公里、直径为6.14米的隧道，只由二十几名工人操作一台机器完成，不得不令人感叹现代科技的先进。此外，专家介绍，盾构技术还为施工提高了安全系数，并且不用降水，保护了水资源。

暗挖：精雕细琢

与盾构技术的大刀阔斧相比，地铁五号线05标段崇文门车站300名工人平均每天两米的前进速度可谓精雕细琢。崇文门车站地上建筑林立、行人如织，地层中各种管线密布，现有的北京地铁二号线也从这里经过，施工风险极大。专家介绍，鉴于崇文门地区周围环境，“开膛破肚”的明挖决不可能；同时受各种条件限制，大型盾构机在这里也毫无用武之地，建设管理公司组织专家20多次论证研究，历经半年才敲定最终施工方案，崇文门车站只能采取暗挖法施工。

不能“开膛破肚”

崇文门大街的繁华使到过这里的人都记忆犹新：哈德门饭店、新侨饭店、新世界百货商场等重要建筑耸立道路两侧，五条通向各方的道路在这里交叉，地铁站、公交车站汇集。正在修建的五号线要从这里经过，单纯就工程建设而言，明挖法固然安全，但明挖要阻断交通、进行大规模拆迁，地铁五号线05标段的总工程师刘晖说：“对于崇文门这样一个繁华路段，如果在这里‘开膛破肚’，政治影响、经济损失是无法计算的，所以即使风险再大也要暗挖。”

与环线地铁相距不到2米

在采访之前笔者就听说崇文门站是五号线全线施工难度最大的节点，但是难在哪里，笔者深入地下施工现场才有了最真实的体会。这项工程的总工程师刘晖告诉记者，五号线崇文门车站建成后，将成为现有二号线与五号线的换乘车站。正在修建的车站正好从现有的环线崇文门站下面1.98米处穿过，这在世界轨道交通建设史上还前所未有。记者来到地下隧道时，通过环线崇文门车站的掘进正在进行，每隔一会儿就能感到环线地铁从身边呼啸而过，而此时崇文门车站站台上的人们恐怕不会觉察到五号线正悄悄地从脚下穿过。

为了防止崇文门车站发生沉降危险，施工人员已用16根36米长的钢管在环线车站下架起一座防护管棚，从管棚下进行开挖。同时在环线崇文门站布置了感应器，随时监测车站的沉降数据，并汇集到电脑终端进行分析。收集的数据以毫米为单位，并精确到小数点后两位，刘工说，一旦沉降数值超过安全范围就要马上停工并研究解决方案。据介绍，目前已经开挖的两个阶段，沉降值都在控制范围内，不会发生危险。

在暗河80公分下穿过

除了与地铁环线车站相距不到两米外，五号线崇文门站还将在一条盖板河下80公分处穿过，如果施工中处理不好会使盖板河断裂，造成大范围渗水。刘工介绍说，解决这一问题采用的方法是注浆：先将带有孔洞的钢管打入地层，然后注入水泥或化学浆液，这些浆液可以通过钢管上的空洞渗入到地层中，使地层加固。除了这些，崇文门站工程还面临着如何在环线地铁不停运的情况下与五号线连通的问题，目前解决方案还在研究中。查阅：已获批28个城市的轨道交通线路规划详解图（更新中）查阅：2012年全国各省市城市轨道交通项目概览（更新中）查阅：城市轨道交通中标企业

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