三大创新技术成就“中国第一难”地铁

6个区域68处下穿建筑群,7次下穿地铁和铁路既有线,4处下穿水体,5处下穿高架桥需进行立交桥桩基托换,同时面临叠线隧道,沿线重大风险源多,协调及施工难度大,工程风险高……这就是号称“天下第一难”的深圳地铁9号线工程。

难度面前,项目施工方中国建筑工程总公司引入最先进的“预埋滑槽”技术,开创地下施工与地表生态同时修复的施工模式,在充分保护生态体系的同时,成功解决了世界级的地铁施工难题。

  今天“埋”下明天事

据中国建筑董事长官庆介绍,深圳地铁9号线全长25.46公里,西起南山区深圳湾,经过福田区北部,止于罗湖区文锦路,是一条连接红树林旅游区、下沙办公区、梅林居住区以及万象城、东门繁华商业区,有效缓解中心区交通压力的重要局域线。

“预埋滑槽技术是指在管片预制过程中将C型槽钢预埋在混凝土管片中,后期机电安装时通过T型螺栓将电缆、管线、设备等固定在盾构管片上,能大大减少对结构的破坏,节省安装时间。”中建南方投资有限公司总工程师李继超说。

李继超介绍,既往的地铁工程施工中,基本上采用的是先混凝土浇注,形成隧道两侧混凝土墙壁及顶部后,再进行剔槽、打洞进行桥架、管道、及线缆安装。不仅造成人力、物力的极大浪费,而且管道、线路错落不齐、杂乱交织,为后期运营的管理与维护带来极大困难。采用预埋滑槽技术,仅后期维护费用一年就可节省40%。

事实上,1931年,预埋滑槽技术在国外已开始应用,国内在高铁、火车站、核电厂等领域也有使用。但在地铁线路上,深圳地铁集团可谓第一个“吃螃蟹”的人,经过多次专家论证后,在2013年即果断决定在9号线盾构隧道约2.2万环管片内全部采用预埋滑槽技术。

“我们在9号线全线盾构区间应用预埋滑槽技术后,在全国引起了强烈反响,兰州地铁、杭州地铁、宁波地铁以及香港地铁等多家同行来参观、交流,共同探讨预埋技术的发展前景以及改进方向等。”深圳地铁集团建设总部工程师张中安说,目前,已有兰州地铁、上海地铁、长沙地铁等开始应用此技术,大有“星星之火、可以燎原”之势。

 悄悄穿越万家灯火

在施工进行到9号线大剧院到鹿丹村区间时,中国建筑遇到了地铁施工的世界级难题——地铁隧道要从滨苑小区5栋建于上个世纪80年代的住宅楼下通过。

这5栋7层高的楼房下,密布着137根桩基。它们必须侵入隧道。按照初步设计,在正式穿越滨苑小区前,需先将5栋楼房拆除。但经5次工期推延后拆迁工作仍未取得实质性进展。截止到2014年7月下旬动工前,5栋楼房内仍有25户居民居住。

“在迫不得已的情况下,深圳市政府原则同意在未拆除地面建筑物、不空楼的条件下切除137根桩基,这在国内也是从未遇到过的。”中国建筑南方投资有限公司副总经理李飨民说。

地上生活依旧,地下却要铁龙穿行。经过专家论证,中国建筑最终确定“自动化监测”+“切桩掘进”+“必要时空楼”避险的方案。为了应对穿越中复杂的地质条件和确保顺利切桩,采用两台加拿大进口的泥土加压平衡式盾构 机,并对刀盘和刀具进行了详细的改造和重新布置。

2014年11月17日,正式开始切桩施工。“最多每环切桩6根,即每环管片上方最多同时有6根桩基。为保证切桩通过后,桩基不会导致管片变形过大,中国建筑提出盾构切桩段所有盾构管片均采用钢管片。”李飨民介绍,滨苑小区9号至13号楼下方共使用了62环这种特殊钢管片,此种管片承载力好,能保证切桩后上方桩基的安全和管片的持续使用。

“历经22天的掘进,2014年12月8日,盾构机成功切除137根房屋桩基,顺利穿越滨苑小区这一建筑群。其成功穿越,填补了盾构施工大规模切割穿越居民楼桩群基础的空白,这也是深圳乃至全国地铁施工领域首次在极端条件下密集穿越建筑物桩基的成功案例。”尽管已经过去将近2年,但回忆那段经历,张中安依然捏了把汗。

    最“舒适”的环保列车

“9号线的生态链不仅表现在设计、施工等过程中,9号线的列车也是生态环保的。列车上的空调机组全部采用变频控制技术,制冷量可自动进行等级调节。”张中安说。

地铁9号线列车由中车长客公司设计生产,采用了国内最先进的控制系统,确保列车运行的安全性,同时采取了空调变频控制技术等新工艺,提升了乘坐舒适性。

中车长客公司相关技术负责人表示,安全性是设计地铁列车时最优先考虑的因素,此次为深圳量身订制的两款地铁列车,全部采用了国内最宽敞大方的A型铝合金车体,6辆编组模式,最高时速每小时80公里。其牵引和网络控制是地铁列车的最核心技术。地铁9号线列车全部采用中车长客自主研发的CW4000型转向架,它是目前国内最成熟的转向架产品。列车所采用的控制和管理系统(TCMS)可以将列车的通信管理、控制与故障诊断、信息显示和事件记录等功能融为一体。这样可以随时监控车辆的运行情况,系统具备完备的故障自诊断和冗余切换功能。

“此外,地铁9号线列车上的空调机组全部采用变频控制技术,不仅能够减小室内温度波动,实现客室及司机室内更高的舒适度,还节约能源、避免浪费。而且每台机组内安装有两台光离子空气净化装置。”张中安说。

说到节能环保,9号线工程在国内地铁建设中首次引入光导管技术,车站公共区域充分引入自然光,在地下空间营造自然景观,大大减少了灯具数量及降低照明用电,环保节能。

地铁9号线还采用集中供冷技术,减少了冷却塔建设用地,以及其对热环境污染和周边居民的噪声影响等。比如,园岭站“一拖五”集中冷站,采用“无触点逻辑”控制技术,此技术在全国地铁列车首次大范围使用,解决了传统车辆的多种电路隐患。