北京地鐵14號線預計明年8月完成穿越朝陽公園湖

昨天上午，在位於藍色港灣南側的地鐵14號線工地裏，有着5年“駕齡”的盾構機手汪健正駕駛着盾構機，在地下10米逐漸向朝陽公園湖底逼近。從12月6日開始的穿湖試驗，60米的距離，盾構機走了近10天。一切順利的話，本週會正式下穿朝陽公園北湖，這也是2020年前北京的最後一次穿湖地鐵工程。

穿越朝陽公園北湖和南湖，總長度達到2.4公里。“頭頂”是150萬立方米的水體，相當於1/3的昆明湖。這麼龐大的水量，很難再像此前地鐵下穿玉淵潭那樣把湖水抽乾，只能不抽水長距離穿湖，這是北京地鐵建設史上的首次嘗試。

現 場 探 訪

不抽水穿越中途“不換刀”

“矢志攻堅，穿湖不畏艱險；精心管控，成效源自當前。”在14號線19標工地裏，即將下穿朝陽公園北湖的右線隧道上方，寫着這樣的標語。

14號線19標段以剛剛封頂的棗營車站為始發點，兩台地鐵盾構機從車站下井，一前一後向北掘進，朝着穿越朝陽公園北湖的方向緩慢前進。

11月8日先行始發的右線盾構機，已經掘進350米即將進入湖底，左線盾構機本月初開始推進。儘管參與過南水北調、地鐵大興線等多次戰役，汪健這次碰上的可真是塊“硬骨頭”，

盾構機巨大的刀盤切下來的土方源源不斷地從傳送帶往後方傳去，“每前進一環，出土量是41立方米，正好裝3個半車斗；需要注漿約2.8立方米，以填滿盾構隧洞和周圍土體的縫隙，完成加固。”汪健介紹説。

據介紹，即將穿越朝陽公園北湖確定為不抽水盾構穿湖，因此盾構穿湖得一氣呵成，中途不能換刀。“換刀就必須在盾構機的位置挖豎井下去換刀盤，意味着還是得抽排湖水。”

60米試驗段實現“微擾動”

12月12日，記者在現場看到，右線已經掘進到260環，每環1.2米。

在203環的時候正式進入試驗段。市政四公司項目副總工史磊磊告訴記者，三百噸重的龐然大物在湖底掘進，還不能對湖底進行防滲、土壤加固等各種施工，因此要求嚴格控制施工沉降，以避免湖底滲漏的風險。

如此精確的控制指標經過了周密的驗證。史磊磊説，在到達湖底的100米之前，盾構區間設定了60米的試驗段，“我們本來是想做得更長一些，但是現場條件有限。”通過對試驗段的掘進，技術人員密切監測土層變化，得出穿湖盾構最穩妥的控制指標。史磊磊説，通過對盾構施工參數的科學制定，最終測算沉降只有3毫米，“真正實現了對土體的‘微擾動’”。而試驗段與湖底的土層有連續性，提前摸準了“脾氣”，穿湖施工才有足夠的把握。

4次穿湖總距離達2.4公里

“湖水平均深度達到2.2米，盾構機挖掘出的隧道頂部距離湖底為7.6米至10米。”據介紹，盾構機將在離地面12米左右的深度掘進。一次穿湖要挖出上下行兩條隧道，盾構機需要4次穿湖，總距離達2.4公里。

根據方案，盾構機從棗營站下井始發後，先向北掘進，兩台盾構機先後挖掘出列車上下行方向的兩條隧道。而抵達北段東風北橋站之後，盾構機被吊運出地面再度回到起點棗營站，向南側的朝陽公園站掘進。

方案確定為兩台盾構機一前一後，右線盾構先完成穿越，左線盾構機再跟進推進。預計右線盾構明年1月15日左右完成北湖穿越，左線盾構明年2月完成。全部穿湖過程預計在明年8月完成。

工 程 揭 秘

試驗段摸着石頭過河

在建地鐵要求沉降控制在3毫米的情況，通常是在下穿既有線的時候。但是達到這個效果，需要採取一定情況的土體加固。14號線下穿朝陽公園湖，在不抽水的情況下，無法採取任何措施。“我們只能通過對盾構施工參數進行最優化，以減少盾構對土體的擾動，這就需要提前將土壓、盾構機推進速度計算出來。”史磊磊説，這就是提前設計試驗段的目的。

此前北京也有過地鐵盾構穿湖的工程，比如9號線下穿玉淵潭公園湖，但當時施工時對湖水進行了截流。朝陽公園湖可以算是北京市真正意義上的第一次穿湖。“從圖紙上看，並沒有穿湖的內容，我們只能是摸着石頭過河，但實際上‘並沒有石頭可摸。’”

在沒有前期經驗可以借鑑的基礎上，項目部只能憑着以前穿橋、穿既有線的施工過程和經驗做前期準備。“以前在南水北調工程盾構下穿肖家河橋時也做過一個試驗段。我們在此基礎上把監測的內容更加豐富了一些，監測斷面更加優化”，在與設計單位進行了溝通，共同制定了下穿朝陽公園湖前制定一個監測斷面的實施方案，也通過了專家的評審。

為了使試驗段與湖底土層具有連續性，項目部選擇了距離湖區100米的距離，開始進行監測斷面的設定，即“原位試驗”——試驗段本身就是隧道的一部分。

3D試驗模擬盾構機掘進

在完成了前期準備工作後，11月9日開始對試驗段進行監測布點。12月6日盾構機開始下穿第一個監測斷面，其間設定了很多步驟，盾構機的機頭到監測斷面18米開始採集數據，12米、6米分別採集監測數據；當盾構機尾脱離監測斷面6米、12米、18米再分別採集數據。

“盾構機是推着土走的，在推動的過程中，也就是在穿越前、穿越中和穿越後，土壤都會變形，我們根據土層位移做了一個曲線，再進行深刻的分析。同時對實際地層和勘測地層進行比對，將挖出來的土壤送到實驗室，進行土體實驗的分析。”在史磊磊的電腦上，記者看到了一個利用各種試驗數據做出的一個flac3D技術模擬圖，“我們先有了一個感性認識，再通過實際盾構穿越後對地層的影響，來設定盾構機的推力、推速和扭矩。以最優化的方案平穩地推進，以實現對土體最小的擾動。”

地層沉降24小時密切關注

由於要獲得各種試驗數據，在下穿試驗段之前，盾構機的推進速度是每天20環；在試驗段，每天推進不到10環。

試驗段的盾構施工對沉降達到了預想的控制，但即將開始的正式穿湖未知的風險還是存在。現場技術盾構負責人趙海最近幾天都呆在中控室中，密切關注着計算機上的各種數據。

“盾構施工在地下，進入到一定的深度還比較暖和，最辛苦的是地面監測的工作人員。”趙海説，最近幾天在右線的盾構推進主要放在了夜間。盾構機刀盤快到佈設的沉降點之前、到達佈設地點以及過後，都需要人工現場測量。“無論是夜裏幾點，什麼時候推到預定地點，他們就得什麼時候到現場。”

這幾天，右線推進已經有三百多米了，洞內相對比較暖和，但左線還只有幾十米，離洞口太近温度太低，管線、閥門頻繁被凍住。“之前我們把管線拆下來拿到地面加温，現在又採取給管線‘穿衣’的方式，各種辦法都用了。”趙海説，“你現在進左線去看，台車進洞了，底下的冰柱還沒有化。”

每條隧道進湖前都要試驗

朝陽公園南湖和北湖都有穿湖的工程，但盾構機在下穿時遇到兩個湖區的土層並不相同。史磊磊説，南湖風險更大，湖底是沙卵石層，北湖主要還是黏土層，因此需要分別設定試驗段。

此外，左線和右線儘管相距並不遠，但並不是平行鋪設，為了更嚴謹，也需要在盾構穿湖之前採集數據。

穿越湖區還有兩大難點，穿湖意味着隧道有一個往下扎的過程，但北湖穿湖段在平面上正好是一個直徑為400米的圓曲線，也就是“既轉彎又下坡”。要與湖水“保持”安全距離，又要保證列車能跑得動，坡度設定為28%。。“當坡度超過30%。時，地鐵就跑不起來了；盾構機設計的爬坡能力最高也是30%。，也就是説這個坡度設計已經達到了盾構施工的極限。”

此外，14號線使用的是A型列車，相比目前北京既有線使用的B型列車2.8米寬的車身，要寬出20釐米，因此對隧道軸線的要求更加嚴格，盾構操作手在拼接管片時需要提前精確算計。

■背景

地鐵14號線是北京市軌道線網中一條連接東北、西南方向的“L”型骨幹線，線路沿線經過豐台、東城、朝陽三個區。14號線西起豐台區永定河以西的張郭莊，東至望京地區的來廣營，線路全長47.2公里。全線共設車站37座，除張郭莊及園博園站是高架站外，其餘均為地下車站。

14號線計劃分二期開通運營。首開段線路起點張郭莊站，東至西局站，長約12.4公里，計劃於明年上半年通車。包括本次穿湖段在內的東段線路計劃於2014年年底通車。

■盤點

3條地鐵的“水下之旅”

下穿橋區、下穿既有地鐵線，在北京地鐵建設史上並不少見，但下穿河湖，迄今為止，14號線是“第三遭”，但卻是最難啃的一塊“硬骨頭”。記者瞭解到，北京地界兒上河湖本就不多，地鐵線路在設計時也在儘量避開穿湖。在地鐵14號線下穿朝陽公園湖之後，到2020年，北京地鐵規劃方案上，再沒有下穿河湖的線路。

9號線下穿玉淵潭 截流半年

地鐵9號線軍事博物館至東釣魚台站區間有400米隧道需下穿永定河引水渠和玉淵潭東湖，這也是北京地鐵施工史上第一條從水下通過的隧道。

從2009年11月起至2010年5月，長達半年的時間內玉淵潭東湖變成“無水湖”。在下穿前，施工方先將46萬立方米玉淵潭東湖湖水通過市政管網排出，加設檢修井，採用盾構施工的辦法下穿玉淵潭。施工結束後，再把湖水重新注入。

9號線穿湖最大的難點在於地層，穿越玉淵潭東湖時地下含有大粒徑的卵石和漂石，可見的漂石粒徑最大為1.7米，盾構機需要經常更換刀盤。此外，由於要下穿既有1號線，9號線埋深近30米，隧道距玉淵潭湖底最深處達30米。為了達到設計要求，列車從軍博站出站後就開始走下坡，大概900米到達玉淵潭東湖，然後繼續往下走310米，到達最低點。在穿越湖底的隧道時，最大坡度列車前行100米的距離爬坡2.6米。

7號線下穿蓮花河 河底防滲

地鐵7號線在今年兩次成功下穿本市西南部的蓮花河。這也是本市地鐵施工中首次大斷面地下穿河。由於蓮花河並非靜止，不能像湖水一樣抽乾再施工。下穿全部採用人工挖掘的方式。

第一個穿河處為東西向的兩條隧道下穿南北向的河道，兩條地鐵隧道分別高6米，寬4米，頂部距離蓮花河8米；第二個穿河處為達官營站車站的風道下穿河道，風道寬10米，高13米，形成了本市地鐵穿河施工的最大斷面，而其頂部距離蓮花河僅為4.8米。

所以穿越部分的河底都必須進行防滲鋪襯後，地鐵才從下方進行“穿越”施工。

14號線穿朝陽公園湖 頂水施工

14號線下穿朝陽公園湖首次不抽水施工，據項目部副總工史磊磊介紹，朝陽公園湖平均水深2.2米，水域面積68公頃，水量達到150萬立方米，相當於1/3的昆明湖。如果抽乾湖水，不但影響太大，而且經濟損失大。

穿湖最大的難點是頂水施工，中途不能更換刀盤，所以要保證盾構機的刀盤開挖面穩定，防止湖底隆起或塌陷。另外一項難點就是控制盾構機的推力。由於路面土壓大，湖底土壓小，因此盾構機在湖水邊緣需精準調整推力，以保證平穩鑽入及鑽出湖水下方。(策劃 張旭光 撰文 晨報記者 陳琳 攝影 晨報記者 王巍)