打通北京站、北京西站的鐵路連接，又不至于留下分割中心城區(qū)的“刀疤”，北京鐵路地下直徑線在上世紀(jì)50年代就已被列入交通部門的規(guī)劃。但巨大的施工風(fēng)險(xiǎn)無(wú)從回避。直到2005年12月24日，這條地下鐵路才終于破土動(dòng)工。
在北京市，鐵路地下直徑線被列為“最難、風(fēng)險(xiǎn)最大的在建地下工程”；在原鐵道部，這條直徑線也被列為“極高風(fēng)險(xiǎn)工程”。歷經(jīng)八年艱苦磨礪，這條鐵路“地下線”即將全線隧道貫通。
難點(diǎn)一
側(cè)穿地鐵2號(hào)線沉降不超3毫米
文物密集，交通繁忙，穿越三大地鐵干線而不能干擾運(yùn)營(yíng)……“好比頭頂懸了一把劍。”中鐵隧道集團(tuán)直徑線項(xiàng)目經(jīng)理何峰坦言，這把劍一懸就是好幾年，尤其是側(cè)穿地鐵2號(hào)線，長(zhǎng)達(dá)4公里的平行施工，最近處不足2米，土層壓力變化很容易引起2號(hào)線洞體側(cè)斜，因此沉降不超過(guò)3毫米的難度可想而知。
正因如此，施工作業(yè)面上部、底部和中部都安裝了不少感應(yīng)測(cè)量裝置。但真正確保沉降控制細(xì)如毫發(fā)的關(guān)鍵因素，還在于地下鐵路直徑線獨(dú)特的泥水盾構(gòu)施工方式。不同于地鐵施工普遍采用的土壓平衡盾構(gòu)，大直徑泥水盾構(gòu)是首次在特大城市地下交通工程顯身手。
“泥水盾構(gòu)中高黏度泥漿無(wú)孔不入地滲透進(jìn)地層，并在作業(yè)面上形成一層泥膜，起到保護(hù)地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的功效。”何峰解釋說(shuō)，壓縮空氣推注泥漿的壓力可以精細(xì)至每平方厘米0.1公斤，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)沉降值的精準(zhǔn)控制。
記者了解到，這條直徑線最初打算奧運(yùn)會(huì)之前建成，但巨大的施工風(fēng)險(xiǎn)讓決策部門果斷調(diào)整了施工進(jìn)度，僅施工方案論證就花了整整一年，專家論證會(huì)開(kāi)了270多次，成為北京第一條進(jìn)行全線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的地下工程。加上管線改移、拆遷等前期準(zhǔn)備，實(shí)際盾構(gòu)掘進(jìn)從2008年9月才開(kāi)始。
難點(diǎn)二
高壓焊接維修刀盤(pán)擺脫技術(shù)依賴
地下直徑線盾構(gòu)機(jī)始發(fā)數(shù)十米，就碰上了攔路虎，密密實(shí)實(shí)如混凝土一樣的超硬地層，讓進(jìn)口刀具無(wú)可奈何，“就好比鉆頭在砂輪里打轉(zhuǎn)”。眼瞅著打了卷兒的刀具一車一車被扔進(jìn)工地廢棄物集納點(diǎn)，施工人員心急如焚。（下轉(zhuǎn)第二版）
（上接第一版）類似的困境在北京地鐵工地也屢見(jiàn)不鮮。如果遭遇特殊障礙物刀具磨損嚴(yán)重，盾構(gòu)機(jī)就必須中途換刀或維修，比較安全的方式是從地面打豎井通向盾構(gòu)機(jī)前端位置進(jìn)行維修，但周期往往長(zhǎng)達(dá)數(shù)月，還要進(jìn)行地面拆遷和管線改移。像前三門大街這樣繁華地帶，根本不具備開(kāi)挖豎井維修盾構(gòu)刀盤(pán)的條件。
地下直徑線掘進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)反復(fù)攻關(guān)，在國(guó)內(nèi)率先嘗試了高壓動(dòng)火焊接維修技術(shù)，解決了盾構(gòu)刀盤(pán)維修對(duì)豎井的依賴。維修過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)前端始終以壓縮空氣保持土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，而維修人員則先在刀盤(pán)艙外掏挖出施工小洞，再進(jìn)行刀具清理、焊接和檢查。在此過(guò)程中，焊接作業(yè)者頭戴呼吸面罩，施工小洞內(nèi)的廢氣不斷被抽走，反復(fù)試驗(yàn)后確定的0.7兆帕壓力和5.6%的可燃?xì)怏w濃度，確保現(xiàn)場(chǎng)不因?yàn)楦邏呵懈詈附佣l(fā)生爆炸事故。
經(jīng)專家評(píng)定，中鐵隧道集團(tuán)此項(xiàng)高壓焊接技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，擺脫了對(duì)國(guó)外技術(shù)的依賴，使得國(guó)內(nèi)盾構(gòu)施工的刀盤(pán)刀具維修成本和維修周期大幅降低。
難點(diǎn)三
破解超深富含水地層盾構(gòu)難題
盾構(gòu)施工在北京很常見(jiàn)，但隨著地鐵線路四通八達(dá)陸續(xù)建成，可供開(kāi)掘的地下空間已經(jīng)很有限，只能不斷挑戰(zhàn)深度極限。
在前三門大街地下，地下直徑線劃出了一道由淺及深再由深及淺的“微笑”曲線。大直徑盾構(gòu)機(jī)的龐大身軀，在天寧寺橋區(qū)的掘進(jìn)深度已經(jīng)達(dá)到31米，但為了下穿地鐵4號(hào)線不得不慢慢下探，過(guò)宣武門站時(shí)掘進(jìn)深度達(dá)到41米，為北京盾構(gòu)施工的最深點(diǎn)，形成2號(hào)線、4號(hào)線、鐵路直徑線三大交通工程的地下縱向排列。此后盾構(gòu)機(jī)又慢慢向上調(diào)整，到正義路路口時(shí)掘進(jìn)深度約23米。
通常，北京地下十幾米見(jiàn)水，20多米就進(jìn)入承壓水區(qū)域，地下施工很可能導(dǎo)致地下水噴涌而出，只能采取降水手段白白浪費(fèi)寶貴的地下水資源。這條鐵路地下直徑線施工，則成功實(shí)現(xiàn)了泥水盾構(gòu)全地層適應(yīng)性，更換國(guó)產(chǎn)刀具后對(duì)卵石層、砂巖層、粉黏土等不同地質(zhì)層都能從容應(yīng)對(duì)，尤其無(wú)需降水的特點(diǎn)，非常適應(yīng)今后頻繁出現(xiàn)的超深富含水地層盾構(gòu)施工。
在北京零至30米淺層地下空間資源開(kāi)發(fā)殆盡后，北京新建地鐵、地下蓄水池、地下公路隧道等，只能向30米至70米深度的第二空間發(fā)展。泥水盾構(gòu)在地下直徑線的成功應(yīng)用，為北京開(kāi)發(fā)更深地層空間提供了成熟可靠的技術(shù)。
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