中铁十六局安全开凿北京地下直径线暗挖段纪实

历经风雨终见彩虹。2013 年 7 月 26日上午，历时 8 年施工的北京站至北京西站地下直径线全线安全贯通。2015 年建成通车后，两站之间换乘将由一个多小时减少为 10 分钟，每年数千万中转乘客将因此而免掉大包小包辗转换乘的麻烦。

7 月 26 日上午，北京地下直径线顺利贯通，北京铁路局主要领导、十六局集团董事长、党委书记覃正标（中）等领导到现场祝贺。

在欢呼雀跃之余，谁能知道，为了安全开凿地下直径线 1100 米的暗挖段，中铁十六局项目部参战员工在“皇帝心脏”做了一台长达 8 年的高难度的超级“搭桥”手术。

挑战危险地下工程“太岁头上动土，皇帝心脏动刀。”这是业内人士对北京站至北京西站地下直径线超浅埋暗挖隧道工程的形象比喻。

北京地下直径线呈东西走向，全长9151 米，其中隧道长 7285 米，设计上大部分采用盾构施工，但其中风险特别大的崇文门区间 1100 米采用明挖法、盖暗结合法、浅埋暗挖法施工。

暗挖隧道线路从北京站西街明城墙处入地，经崇文门西大街沿东西走向，下穿北京市政治经济中心前三门地带，不但周边建筑物林立，距离直径线隧道在 3～20 米左右，如崇文门西大街 8 号楼（12 层高）主楼与隧道水平净距只有 3.62 米，崇文门西大街 4 号楼（12 层高）与隧道水平净距也不过 5.36 米，而且国家级文物密集，各类地下管线密布，还紧邻北京火车站、北京市政府、天安门等重要场所，既要横穿繁华的崇文门路口又要近距离上跨地铁五号线车站，不但是全线埋深最浅（覆土平均不到 2 米）、周边环境最复杂、采用工法最多、实施难度和风险最大的超浅埋暗挖段，而且还是北京市第一条最大开挖宽度达 15 米、高度达 17 米的大断面洞内接收盾构机的城市地下电气化铁路双线隧道，没有类似施工经验可借鉴。

“业主说这是一项超级工程，原因就在于这项工程的复杂性和敏感性绝无仅有——既是北京市第一个进行全线风险评估的地下工程，被市政府称为最难的、风险最大的在建地下工程，更被原铁道部列为头号风险工程。”年轻而睿智的中铁十六局地铁工程公司项目副总经理兼项目经理王炜快人快语地介绍道，“崇文门路口段超浅埋段施工和地表沉降控制，是横亘在我们面前的两大难关。”百折不挠力克“七最”崇文门路口段呈“大”字型，涉及五个方向的车流，具有“七最”特点——是北京市最繁华、车流量最大、交通最拥挤的路口段之一，也是全线管线改移量最大、交通导改难度最大、周边环境最为复杂、实施周期最长的路口段。

直径线隧道在经过崇文门三角地路口时原设计是采用明挖法施工，但路口交通流量非常大，灯控改造方法成为北京市交管局研究的主要技术课题；路下 7 大类110 多条管线几乎占满了崇文门路口路由，改移数量之多为北京市首次，其改移难度之大也属罕见；路口上方架空杆、电车接触网密布……这些制约因素使项目部不得不放弃明挖法施工。

“崇文门路口地下管线拆迁改协调产权单位多；受路由、路径的限制管线改移实施时间长；崇文门路口位置特殊、交通繁忙导改审批困难、手续繁杂，历时周期长达数年；受交通管制影响，仅限于夜间00:00-5:00 施工，每天施工有效时间不足5 小时，施工复杂、低效、周期长。”项目部负责外部协调的副经理于涛是位老铁道兵，责任心强、经验丰富，为了早日完成崇文门路口段的拆改工作，他不怕跑断腿、磨破嘴，早出晚归地跑产权单位，不厌其烦地一家挨着一家地去协调，同时选择施工影响和施工场地都最小的改移方案并尽量满足产权单位的要求。“电力管线、供热管线、通信管线等专用管线是不能断掉的，我们无法平行作业，只能一根管线改移好了再接着改移下一根管线，最后一根电力管线还是今年 2 月才改移好，这也是我们为什么要施工 8 年之久的主要原因之一。而直径线改移完后，这里可以说连针都插不下去了，密密麻麻全是管线。”“崇文门路口仅交通导改方案就反反复复研讨了 5 年才批下来。不但要多次分期分段限时施工，周期长，工序转换频繁，而且埋深浅，覆土平均不到 2 米，开挖沉降控制标准极高，开挖时遇到了大量的残留废弃管道及构筑物，极大地增加了开挖难度及风险；由于掌子面施工空间狭小，只能采取人工破除，造成施工工效低、开挖周期长，施工已属非正常开挖。”王炜说起这些事来感慨万千，“在困难面前我们没有退却，而是迎难而上，创造性地采用盖挖法和暗挖法相结合的施工方法，用超强的韧劲一点一点往前掘进，虽然用时 3年，但确保了周边建筑物和地铁 2 号线崇文门站的运营安全，最终顺利通过，我们很是骄傲啊！”巧用工法控制沉降暗挖隧道施工可谓是暗挖工法博物馆，体现了中铁十六局在暗挖隧道方面的最高水平。

暗挖隧道超浅埋段从地铁 2 号线车站与崇文门饭店夹缝间穿过，隧道结构仅距周边构筑物 1.7 米。由于北京站站场距崇文门太近，为保证 16‰的限制坡度，隧道要近距离上跨地铁 5 号线崇文门车站，而隧道结构覆土埋深浅（不足 2 米），结构底部距车站顶部仅 1.6 米，隧道开挖既要确保地面沉降安全，又要防止地铁５号线车站上浮，还要保障车站运营安全，施工风险极大。还有隧道入地端毗邻明城墙遗址，要确保文物原貌，实施难度极大。

在如此复杂的风险环境前，项目部没有退缩不前，也没有盲目冒进，而是运用科学方法，对症下药。

项目部在运用有限差分理论及FLAC3D 程序建立数值模型对洞桩法施工、双侧壁导坑法施工、CRD 法施工的变形机理进行分析后认为，在跨度大、埋深浅、地理位置特殊、周边环境复杂、隧道穿越地层中地下水丰富、地质条件变化较大、对地表沉降要求非常严格的地段采用洞桩法最为合理。洞桩法施工引起的地表沉降和水平变形均最小，但该方法工序较多，工程设备投入较大，造价较高，所需要的工期也较长。

综合考虑隧道施工对周边自然环境和社会环境的影响、施工周期、工程造价等各方面因素后，项目部认为对于地表沉降有一定要求但并非十分严格的地段可以采用施工工序相对洞桩法较少的双侧壁导坑法。对于地表沉降控制要求不高的地段则可采用工序最少、洞内支护投入量也最少、施工速度快的 CRD 法。

与此同时，项目部还采用不同的注浆加固方案，有效控制了开挖过程中的沉降变形——对双侧壁导坑法开挖段，综合采用初支隔栅 + 连接筋、拱顶深孔注浆 + 小导管、掌子面深孔注浆以及中空锚杆 + 锁脚锚管联合加固措施。

对洞桩法开挖段，综合采用初支隔栅+ 连接筋、洞内双层超前小导管注浆和地面跟踪注浆及边墙钢管注浆联合方案。

施工中，王炜他们还采用了板凳桩保护措施，同时采用了大量的超前加固及地层加固中的钻注一体化新型技术、钢筋安装过程的直螺纹机械连接技术、二衬实施采用跳段拆撑换撑工艺、防水作业的背挂式整体敷设一次成型技术等新技术、新工艺，确保了隧道安全贯通。

提起板凳桩，王炜高兴地说，这是防止车站上浮的最佳办法。他们先在车站一侧的上方打一个导洞，再在导洞里面打桩，桩长 13 米，直径 800 毫米。导洞里空间有限，他们就将 13 米长的钢筋笼分成 2米多长的短钢筋笼，一节接一节地依次放入，同时用直螺纹机械连接技术将短钢筋笼连接成一个整体再浇筑混凝土。“直螺纹机械连接技术要求比较高，如果错位两三毫米就会拧不紧，我们就专门做了一个模具，又省时间又省事。”王炜说“，导洞中的桩施工好后，就沿着隧道方向在车站上方开挖一个导洞到车站的相对一侧再如法炮制打一个导洞和洞中桩，然后做一个钢筋混凝土梁将两个导洞连接成一个板凳样的整体，等于给车站戴上了一个安全帽。我们在车站上方做了 3 个板凳桩，很好地解决了车站上浮的难题。”双侧壁施工段隧道结构位于崇文门西大街南侧辅路下，线路平行地铁 2 号线，最近直线距离仅为 2.7 米，在导洞里都能感觉到 2 号线列车通过时的震动。而且南侧楼房林立，隧道最浅埋深不足 3 米，王炜他们在二衬施工时采用跳段拆撑换撑隔二打一的二衬施工工艺，虽然洞内材料倒运难度大、工序转换频繁，但确保了安全，地面沉降控制在 5 毫米以内，达到地下暗挖领域极高标准。

2 号竖井加深施工是在既有竖井里加深 8.6 米，再向外扩 7 米宽度。竖井底部结构位于地下承压水 2 米范围内，地层以砂卵石为主，地层渗透系数大，地下水丰富，因周边降水井的年久损坏无法修复，所以面临带水作业风险。项目部对多种施工方案进行了比选，通过对竖井加深范围进行WSS 全断面注浆加固，同时在洞内采取临时抽排水设施，增加钢支撑、边墙钢管等一系列措施，改善了地层的渗透系数，有效杜绝了涌沙、突水现象的发生，最终按期安全地完成了施工。

“项目部十分重视测量工作，专门花60 多万元购置了一台陀螺仪，大大提高了我们的测量精度。”项目部测量班长张勇轻言慢语地说，“按照规范与设计要求，我们按每天 1—2 次的频率，及时对地表沉降、建筑物沉降、拱顶沉降、洞内水平收敛进行监测，对距建筑物较近、埋深较浅、沉降相对较大地段进行了加密与加强频次的监测。同时每天上报到监理及指挥部的网络平台上，经与第三方监测相比，整个监测情况处于可控状态。监测沉降时，白天路面车流量大不能测，我们就在深夜车辆少时再测，虽然累一点，但效果很好，关键还是项目部采用的施工方法对头，沉降控制得很好。”与此同时，他们还锐意创新、刻苦钻研，从复杂环境下大断面隧道施工工法研究、直径线隧道的施工力学及变形控制措施研究、隧道施工及降水对周围环境影响评价及控制研究三个方面进行深入研究，研究成果《北京城区复杂环境下大断面隧道施工关键技术研究》居国内领先水平，解决了超浅埋暗挖施工的诸多难题，确保了工程和环境安全，取得了显著的社会效益，对类似工程具有指导意义。该成果获得了北京铁路局 2010 年技术创新一等奖。王炜还获得中铁十六局“技术创新能手”称号。

一丝不苟确保安全安全大于天。王炜他们始终以“战战兢兢，如履薄冰，如临深渊”的安全意识紧盯现场，确保了 8 年施工安全零事故。

“安全第一，预防为主。”通过查验资料、地质补勘、实地调查等，项目部对全线的各类风险源进行辨识、分析、分级，共辨识出特级风险源 2 个，一级风险源 8 个，二级风险源 15 个。对辨识出来的风险源按公共安全、施工安全、人身安全三方面制定了隧道塌方、管线保护、施工用电、物体打击、高空坠落等 10 多项应急预案，建立了应急物资库，配齐配全应急救援物资，并定期组织应急演练，对应急预案及时进行修改完善。对危险性较大工程的安全专项施工方案，更是先后召开十余次专家论证会，并严格按照专家意见实施，确保安全质量。

项目部始终把好安全教育“三关”。首先，把好入场教育关。严格工人入场流程：人员登记——入场教育与考试——发放胸卡与饭卡——领取劳保用品——进场施工。其次，把好工前教育关。坚持工前点名，每天早、晚各 1 次，由专职安全员通报上一班违章处理情况，讲解本班危险点及注意事项，并形成记录，一一签字，没有签字的，一律扣除当天考勤。最后，把好特殊工种人员上岗培训关。对电工、起重工、焊工等特殊工种人员，项目部统一组织参加北京市有关部门的培训，取得合格证后，方能上岗作业。

项目部在每个作业面分别配备 1 名安全员、质检员、领工员，要求在工中巡检中，专职安全员、质检员每天找出 5 个安全、质量隐患，交由领工员负责整改，整改情况及时填写在值班记录上，每少找 1 个隐患，罚款 10 元，多找 1 个隐患，奖励 5元。工后复查，安全总监、质检部长、工程部长对隐患整改情况进行复查，保证整改及时到位，使安全、质量工作闭合。

项目部以其良好的安全业绩，先后被评为北京市安全质量先进单位、北京市文明安全工地，更获得了“全国 AAA 级安全文明标准化诚信工地”荣誉称号……八年风雨苦与累，今朝贯通尽开颜。

地平线下的“心脏搭桥”手术圆满结束，王炜他们终于可以舒心地绽开笑容了。但在短暂的喜悦过后，他们依然一如既往、毫不懈怠地投入到收尾工作中，因为他们相信，前方更美好！