今天，城市居民的生活、出行方式正因為不斷開通的地鐵而改變。

　　每天早上8點半，家住大紅門的張欣都會準時乘坐10號線前往位於車道溝的單位。“以前上班要一個半小時，自從10號線通車後，一小時就到了。”張欣對每天路上能節約一個小時，感到很開心。

　　張欣並不知道，他每天上下班乘坐的10號線，開創了國內地鐵施工的多項第一：它是北京地鐵線路最長、換乘節點最多、工程環境最複雜、特一級風險工程總數最多的一條線路。全長57公里的10號線，建設難度極大，全線穿越風險工程1200多處，特級、一級風險工程198處；8次穿越既有地鐵線路，零距離密貼下穿地鐵1號線公主墳站，變形控制3毫米內；12次下穿鐵路；6次下穿昆玉河；多次長距離下穿平房群，穿越房屋17.5萬m2；25次穿越重要橋梁，部分橋梁沉降控制3毫米內；地層複雜多變，國內外罕見。

　　面對建設難度如此之高的線路，北京市軌道交通建設管理有限公司迎難而上，組成産、學、研、用相結合的研究團隊，歷經10年，創新研發了穿越工程微變形控製成套技術，確保穿越安全，意義重大，在複雜地層中成功穿越了既有地鐵車站、大型橋梁、高鐵、國鐵站場、樓房、河湖等重大風險工程，為今後大量的類似工程提供了可靠的技術。10號線二期工程自2013年通車後，客運量居路網各條線路之首，大大緩解了北京市區的地面交通壓力，社會效益顯著。該項目榮獲2014年北京市科學技術獎一等獎。

　　最苛刻的3毫米

　　在10號線二期工程建設難度“排行榜”中，公主墳站的施工難度無疑名列前茅。下穿既有1號線公主墳站建設新線車站是當時北京最大規模的下穿既有線工程。它與1號線公主墳站的“零接觸”，還要避開幾百株古樹、新興橋橋柱和長安街西延主幹道，都為這座車站的建設帶來種種考驗。

　　“在10號線公主墳站施工過程中，為了保持1號線的不停運、無限速，工程施工産生的既有站絕對沉降值必須小于3毫米。”北京市軌道交通建設管理有限公司副總經理蘇斌告訴記者，如果超過3毫米就會造成上方的1號線運作速度減慢，影響運營。

　　為此，蘇斌帶領自己的團隊積極組織技術攻關，大膽創新。施工過程中，如何控制既有線沉降是技術攻關焦點，項目部創造性地把千斤頂引入地鐵施工領域，採用“CRD+千斤頂”工藝，通過控制千斤頂頂力來實現控制沉降，輔以檢測儀埋入軌道下方，24小時自動檢測，自動記錄，自動傳輸，時時監控，並根據檢測數據隨時調整壓力，最終變被動控制為主動控制，實現安全順利下穿，沉降控制在2.98毫米。創造了北京市軌道交通下穿工程的“規模最大、沉降最小、造價最低”、首次實現新舊車站“零距離”接觸、地鐵大跨平頂直墻矩形斷面下穿既有線車站等一系列新紀錄。

　　而為了避開古樹、橋柱和幹道，公主墳站建成後設了兩個聯絡通道、4處直梯、26處扶梯，“上上下下、左躲右閃”地實現了與1號線的換乘與車站自身各自獨立空間的上下線候車區域。

　　“最終10號線的公主墳車站結構緊貼1號線車站，真正零距離穿越，而沉降被成功地控制在3毫米以內，1號線列車運營沒有受到任何影響，對後續類似工程施工積累了技術經驗。”蘇斌説。

　　讓盾構“所向披靡”

　　與上世紀六十年代，北京修建地鐵1號線時，“開膛破肚”的明挖方法相比，現在的人們幾乎察覺不到地下深處地鐵正在悄然掘進。

　　在地下挖掘絕非易事，國際上很多城市是地鐵與城市同步發展，而北京這座千年古都，已經演變為國際大都市，地下管線縱橫，地上高樓林立，要想在下方修建地鐵，難上加難。

　　因此，一种先進的挖掘技術被施工人員選用，那就是盾構法。盾構機通過盾構外殼和管片支承四週圍岩，防止發生往隧道內的坍塌，同時在開挖面前方用切削裝置進行土體開挖，通過出土機械運出洞外，靠千斤頂在後部加壓頂進，並拼裝預製混凝土管片，形成隧道結構的一種機械化施工方法。

　　目前，盾構法已成為我國城市地鐵隧道施工的主力，北京地鐵10號線二期工程，盾構法所佔比例達到了82.3%。

　　然而，北京複雜的地質條件，卻讓“無往不利”的盾構機屢屢“受挫”。“盾構下穿施工中最害怕的是砂卵石地層，特別是大粒徑砂卵石地層。北京的地下，這種砂卵石特別多。”蘇斌説。

　　據介紹，砂卵石是一種典型的力學不穩定地層，盾構在此不利條件下長距離穿越房屋、鐵路、橋梁等，技術難度很大，屬世界難題，掘進姿態控制、刀盤與刀具、換刀頻率、換刀方案等均未有先例。

　　技術人員針對不同地層分別採用不同的開口率、不同的刀盤型式、不同的耐磨材料、不同的螺旋輸送桿型式、不同的土體改良技術，保證了工程的順利實施。

　　最為典型的案例就是，盾構曾6次在砂卵石地層中下穿昆玉河，昆玉河水深2米，同時，河床下卵石密布，是北京少見的複雜地層。施工稍有不慎河水就會倒灌工地，造成重大安全事故。

　　為此，項目團隊提出了地鐵盾構隧道組段劃分方法，研發了砂卵石地層土體改良技術，確定了砂卵石地層穿越工程中盾構關鍵參數、刀盤型式與開口率對盾構適應性的影響，提高了砂卵石地層盾構換刀距離，避免盾構在重大風險工程下部被動式換刀，成功實現了盾構長距離下穿京西機務段、昆玉湖、平房群的特級風險工程。

　　此外，項目團隊研發了盾構施工實時監控系統，實現盾構施工過程的實時遠端監控；研發了“北京軌道交通工程施工安全風險監控系統”，實現了地層變形、地面變形及風險工程的實時監控。

　　據了解，通常情況下，砂卵石地層平均約150米需換刀一次，經研究技術改進後，換刀距離提高至平均350米—400米（大粒徑卵石地層）或400米—700米（小粒徑卵石地層），北京地鐵10號線二期穿越砂卵石地層的盾構區間全長約32000米，改進後可減少換刀次數約為120次，每次換刀按150萬計算，可節約成本18000萬元。

　　“紋絲不動”地穿越橋梁

　　通常，地鐵線路通常沿城市繁華市區主幹道佈置。地鐵在城市道路下方穿越不可避免會發生與既有線路、橋梁基礎、建築物基礎、地下管線構築物發生交叉穿越問題。

　　“當地鐵穿越這些已經建成的建（構）築物時，由於引起地層的變形，建築在地層之上的這些構築物也同樣會發生變形，導致結構上的受力變化，進而影響到這些結構的安全，國內外地鐵穿越工程事故頻發，經濟損失和社會影響巨大。”蘇斌説。

　　北京地鐵10號線區間下穿的道路和橋梁多數為主幹路，車流量大，對地層變形和沉降控制要求高，一旦盾構施工引起的沉降超限或者控制不當引發地表塌陷，極易引發重大交通事故，不僅會帶來巨大的經濟損失，同時會造成惡劣的社會影響。

　　據了解，10號線工程穿越較大的橋梁就有25處。當地鐵在這些橋梁的樁基礎下或鄰近處施工時，這些橋梁基礎會發生下沉、傾斜，以及偏離原來的位置。那麼如何解決穿越過程中的既有結構的安全性，成為地鐵建設者們需要去研究的關鍵和重要問題。

　　項目團隊在10號線的建設中，針對橋梁結構類型、空間位置關係、保護方案、控制措施及現場監測結果進行系統研究，形成了穿越橋梁的關鍵控制技術體系。提出了主動樁基托換技術、被動樁基托換技術、預支頂同步頂升技術、隔離樁技術以及加強地鐵結構自身強度和剛度的方法等，保證了地鐵下穿橋梁的變形控制和安全。

　　“地鐵10號線微變形控制技術在三個方面取得了重要突破，密貼下穿公主墳站變形控制在2.98毫米；砂卵石盾構的換刀距離提高了3—4倍；新興橋異型板區樁基托換變形控制在2.75毫米，達到了國際領先水準。”蘇斌説。

　　提高了我國地鐵穿越的技術水準

　　如今，經歷了重重考驗的地鐵10號線，已經貫通2年，每天都安全高效地將乘客送達目的地。但其在建設過程中形成的創新技術、先進經驗卻延續下來。

　　據了解，該項目共申請專利6項，其中1項發明專利和1項實用新型專利已獲授權；獲批北京市施工工法及企業工法各1項；出版專著4部；發表論文28篇。

　　多名院士與業內知名專家對項目所屬的四個課題進行了成果鑒定，研究成果總體達到國際先進水準，其中大跨、淺埋、密貼下穿既有地下結構微沉降控制設計與施工技術、橋梁樁基礎荷載和變形雙控完全主動托換技術、盾構穿越重大風險工程施工控制技術等成果達到國際領先水準。

　　“如今，部分研究成果已在北京地鐵6、7、8、9、14號線等多條地鐵線路建設中推廣應用，為北京地鐵安全、快速建設提供了技術保障。”蘇斌告訴記者。

　　據了解，通過合理運用本項目相關技術，工程建設參建各方在及時掌握軌道交通建設穿越重大風險工程關鍵技術的前提下，安全、高效、有序地解決了各項風險工程式控制制難題，提高了軌道交通建設效率，有效降低了施工風險，取得了顯著的經濟和社會效益。同時，項目研究成果為北京地鐵建設相關技術標準的制定提供了有力的支援。參考項目相關研究成果，北京市軌道交通建設管理有限公司于2012年3月印發了《北京市軌道交通工程盾構施工管理相關規定（彙編）》，促進了城市軌道交通工程建設領域的安全管理升級，推動了北京地鐵建設的安全、有序進行。

　　不僅僅是北京，10號線的部分科技成果也在瀋陽、深圳、廣州、武漢、長春等多個城市軌道交通建設中推廣應用，奠定了我國地鐵建設穿越重大風險工程施工的技術基礎。

　　“北京未來將建設近550公里軌道交通線路，越來越多的軌道交通線網建設將會遇到更多的穿越問題。全國近35個城市軌道交通規劃得到批復，也將會遇到類似的穿越問題，因此本項目的研究成果具有廣闊的推廣應用前景。”蘇斌説。