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首都机场西延线1.83公里“五年磨一剑” 正在零距离下穿2号线

2019-04-09 14:55 北京晚报 TF022

建造一条地铁需要几年的时间?如果你拿这个问题去问任何一位地铁建设者,得到的数字通常都不会低于5年。而在首都机场西延线,尽管全长只有1.83公里,答案依然是“5”。“五年磨一剑”,作为全市首个全部采用不降水施工的地铁线路,轨道交通在施工中首次没有了降水井,项目团队在“水”里完成着超高难度的施工作业。

短线慢速度:

三年多才到暗挖施工阶段

繁华的东二环,车来车往的雍和宫大街上,两座全封闭的厂棚高高立在地铁5号线北新桥站旁。厂棚内便是首都机场线西延线工程。一台最新型的暗挖台车,刚刚到达施工现场,正等着下洞“开工”。

相比于正在施工中的地铁3号线、17号线、19号线等,首都机场西延线可以说是“最简单”的一条地铁线路。

从线路图上看,首都起点位于既有机场线东直门站,沿东直门内大街向西,终点至北新桥,并在此与地铁5号线的北新桥站实现换乘。线路全长仅有1.83公里,只包含了一站一区间,即北新桥站和东直门站——北新桥站区间。

然而,就是这短短的1.83公里,从2016年进场至今,整整三年多的时间,才“掘进”到暗挖施工阶段。

首都机场西延线进入暗挖施工阶段

特级风险源:

密贴下穿2号线与5号线

“首都机场西延线工程的长度不长,难度却一点儿也不小,特级风险源有5个,一级风险源有75个。”站在开挖好的地下20米的小导洞中,施工方北京建工集团首都机场西延工程项目工程师辛亮告诉记者。

地铁施工中,风险源是衡量施工难度的一个重要指标,风险源数量越多,意味着施工中可能遇到的难度越高、风险越大,其中又以特级风险源的难度系数最大。下穿既有的地铁2号线与5号线,便是辛亮口中的特级风险源。“拿下穿地铁2号线来说,工程施工中是密贴着下穿,线路的初支结构和2号线底板的距离几乎为零。”辛亮指着记者的头顶说,导洞的上方就是正在运行中的地铁2号线,而更为特殊的是,地铁2号线的上方还有车来车往的东直门桥。“举个形象点的例子,就像多层积木一样,位于积木第三层的机场线,既要密贴着下穿位于第二层的地铁2号线,同时又要考虑不能对位于首层的东直门桥造成任何影响。”记者了解到,从昨晚开始,该线进入2号线车站下方正式启动下穿工程。

首都机场西延线有5个特级风险源、75个一级风险源,施工难度极大

44台千斤顶抗住沉降压力

辛亮揭示,两层负荷之下,对下穿施工可能引起的沉降更是要控制在0.1毫米级别。为此,项目团队不仅在2号线中布置了自动化监测设备,24小时不间断的对沉降数据实施自动化监测,还特别设计了千斤顶提升方案,36台荷载200吨的千斤顶和8台荷载1000吨的千斤顶,共同“守卫”地铁2号线。

除此之外,由于首都西延线工程位于中心城地段,可利用场地狭小,地下市政管线却极密集,都加大了施工难度。“以下穿的簋街来说,由于是商业街,雨污水管线、燃气管线、上水管线等的排布比一般街道更密,且多是上世纪六七十年代的老管线,对于扰动控制的要求更严。”

遇见新难题

三分之一线路是“三明治地层”

随着竖井和横通道施工的完成,辛亮和同事们又发现了一道新的难题。

“早在进场前,我们根据前期的详勘报告就已经知道,因为有古河道遗址,这儿的地层起伏较大、地下水位较为丰富。可随着施工的推进,我们发现,这里的地层实际更为破碎,且地下水位也上升了2至3米。”辛亮解释到,2至3米的升高高度,代表着每平方米面积上要增加2至3吨的压力,施工中的压力控制难度则相应提高了30%。

为此,2018年年中,项目团队又申请对首都机场线线全线线路进行了一次补勘。这种全线路的补勘,在地铁施工中并不常见。

补勘后发现,线路中有三分之一部分的地层,都属于夹层地层。“就像是大家常吃的三明治一样,东直门到北新桥的这段地层中,并不是卵石层、粘涂层这样的均匀分层,常常是一层粘涂层中夹杂着饱含水分的粉细砂。”辛亮介绍,夹层地层的存在,又给原本就很不易的注浆增加了新的难度,常见的浆液材料在粉细砂中无法达到很好的效果,而必须改用超细水泥这种新材料。

“所以,您瞧,1.83公里的线路,我们按照每10米的标准分为一个、一个的断面,每一个断面又由于地层的多样性,在给工人的技术交底中又包含了三到四种不同的注浆数值。”

技术急先锋

研发注浆台车兼具加固和止水

施工难度大,可科技创新的要求却一点儿没放松。作为本市地铁中的唯一一条科技创安示范线,首都机场线工程是全市首个全部采用不降水施工的线路。

电脑实时监控施工现场

怎么理解“不降水施工”?辛亮向记者解释道,传统的地铁施工多是采取降水施工的方法,先通过打降水井的措施,让地层水位下降到底板结构之下后,再进行开挖作业。基于保护地下水资源的目的,首都机场西延线工程建成后将与现有机场线贯通运营,从北新桥行驶到不再进行降水作业,1.83公里内不见一个降水井,“就像在豆腐里打洞,这就意味着,我们就是在水里施工,必须随时考虑地下水的问题。”

如何在水中做好开挖?早早的,施工团队就开始进行注浆台车的研发。这是因为,传统的注浆台车,只具备地层加固的功能,无法同时兼顾止水功能,“所以,我们必须研发出一种兼具加固和止水功能的注浆台车,这样,注浆完毕的同时,也在隧道断面以外3米范围内竖起一圈防水墙。”辛亮说。

首都机场西延线建设启动了不少新技术

最终,在首都机场西延线工程中,辛亮和他的同事们研发出了一种多功能注浆台车,可以通过BIM三维建模技术,在注浆之前先对台车的钻孔角度、注浆量、注浆压力以及浆液扩散半径等进行计算分析,确保钻孔对开挖断面的全覆盖。

“俗话说,水滴石穿。即便是一个很小的孔洞,水也能渗透进来。所以,在注浆中,我们要随时监测浆液的扩散,让孔位和孔位之间能密实地搭接在一起,没有任何一个盲区。”辛亮给记者提供了两个对比数据:传统的注浆方式,因为只是“搭骨架”,两天就能推进12米;在首都机场西延线工程中,“骨架”之外还得批件“雨衣”,6天的时间才能推进10米,工期是传统注浆方式的三倍多。

“不降水施工的模式,谁都没有做过,只能一点儿一点儿地试,特别是在前期,更得试一段、验证一段。”

利器新上线

“大黄蜂”暗挖台车首次启用

2019年4月5日,一辆长得似“大黄蜂”一般的暗挖台车,通过长途运输后达到了首都机场西延线工程的施工现场。4月3日,这台暗挖台车刚从工厂出厂。

“大黄蜂”暗挖台车驶入施工现场

“这可以算作是3.5代的暗挖台车,将土方开挖、超前支护等7种功能合在一台机器上,‘七合一’的最新型台车还是首次应用在地铁施工之中。”辛亮说,有了这台“七合一”的“大黄蜂”后,原本需要依赖人工作业的环节,现在全部可以改为机械施工,不仅效率提高了,粉尘减少了,也大大节约了人工资源。“原先一个暗挖班组需要配备7至8名工人,有了这台暗挖台车后,只需要留有一个设备操作员和两名配合工人即可。”

辛亮透露,项目部准备将这台暗挖台车运用到从到北新桥区间的一侧试验段中,“先行先试,在保障安全的基础上,让地铁施工也配备上更多高科技。”

新建地铁站

北新桥站年底完成80%土建

据记者了解,北新桥站是中的唯一一座新建车站,位于雍和宫大街和东直门大约需要三四分钟。届时内大街十字路口的西侧。车站主体为双层暗挖的双跨侧式车站,同时在北侧设置一座长77.4米、宽28.8米的外挂厅,外挂厅主体则为地下三层结构,设两个出入口。2018年,车站正式进入主体施工阶段,预计今年年底能完成土建工程的80%左右。

“北新桥站将设两条换乘通道,将来可方便与地铁5号线实现换乘。”辛亮介绍,一条是新建换乘通道,一条是从外挂厅连接至5号线北新桥站的A出口,换乘距离均不超过100米,“也就是过条马路的距离。”

数读西延线

贯通后机场线将达30公里

作为连接市区与首都机场的客运专线,开通于2008年的轨道交通机场线,至今已运营有11年。11年间,随着市民们出境次数的增多,机场线的日均客运量早于2017年就已超过3万人,满载率已达到列车总定员的114%,旅客乘坐的舒适性也大不如前。为此,根据北京市发改委的批复,决定建立首都机场西延线。

根据此前环评公示披露,机场线西延工程建成后将与现有机场线贯通运营,从北新桥行驶到东直门大约需要三四分钟。届时机场线全长将达到30公里,全天运营17个小时,客流预计将突破2000万人次。

 

来源:北京晚报 记者 赵莹莹文 阎彤摄

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