论文摘要

2016年9月,由北京城建设计发展集团担任设计总体总包的北京地铁10号线工程获得FIDIC优秀项目奖(被称为工程界的“诺贝尔奖”)。这是北京基础设施建设项目首次获得该奖项,而10号线也刷新了国内单线最长获奖项目的新纪录。为此,本刊记者对北京城建设计发展集团轨道院副总工程师、北京地铁10号线二期主设计师田东进行了专访,听他讲述北京地铁10号线背后的故事。

 

合二为一  成环贯通

 

施工技术:2016年9月,由贵公司担任设计总体总包的北京地铁10号线工程获得FIDIC优秀项目奖(被称为工程界的“诺贝尔奖”),请您对获奖工程做一些简单介绍。

田东:北京地铁10号线是北京轨道交通线网中第二条环线,是轨道线网中的骨干线和连接线,对提高网络运营效率具有重要作用。线路全长57.11km,全部为地下线,设站45座,其中换乘站32座,设1段2场。全线分两期建设,由北京市轨道交通建设管理有限责任公司委托北京城建设计发展集团有限责任公司作为设计总体总包单位。一期工程于2002年3月开始设计,2008年7月建成通车。二期工程自2007年12月底动工,计划于2012年12月30日开通试运营,实际于2012年12月28日开通C型试运营,2013年5月5日全线成环运营。两期工程总投资约422亿元人民币。

北京地铁10号线位于城市道路三、四环路之间,穿越海淀、朝阳、丰台三个行政区。一期工程西起巴沟,向东敷设至芍药居后拐向东三环向南,终点设于劲松。线路长度24.65km,设车站22座,其中换乘车站16座,在巴沟设车辆段1座。二期工程起始于一期劲松站南段,沿东三环向南,在分钟寺折向西沿石榴庄路敷设,在樊家村折向北,局部沿西三环路敷设,终止于一期巴沟站。线路长度32.46km,设车站23座,其中换乘站16座,设五路及宋家庄两座停车场(见图1)。

10号线工程线路长,建设周期长,地质条件差,周边环境敏感复杂,对工程技术及环保要求较高,通过巧妙、新颖、严谨的设计,攻克了一系列建设难题,以“创新理念、创新技术、创新运营”为设计纲领,充分体现了“以人为本、绿色可持续”的轨道交通建设理念,达到了国际先进水平。

施工技术:地铁10号线会获此殊荣,您认为有哪些创新设计理念?运用了哪些新技术?

田东:基于北京轨道交通网络形态、功能定位、预测客流要求,提出构建世界最长全地下地铁环线。北京地铁网络呈“环形+放射”布局,原线网规划中10、11号线为两条独立运营线。但从本线功能定位分析,两线成环贯通运营,符合客流规律,可增加客流总量,提高平均运距和客运周转量,对提高网络运营效率作用突出。同时,可以简化节点工程,大大降低工程难度和投入。最终,两线构成物理环,贯通运营,构建了北京地铁第二环线、世界最长全地下地铁环线。

通过多样性、综合性、创新性的换乘站设计,实现与线网中24条线、32个节点便捷、舒适换乘。本工程线路长、换乘节点多,设计针对不同地形条件及客流特点,综合环境、工程实施等条件,采用不同的换乘形式,实现乘客便捷转换。预留更具前瞻性和灵活性,为最终形成网络化运营奠定了良好基础。

国内首次连续(5座)采用分离岛式车站,解决立交桥区设站难题,同时保证桥梁结构安全。为解决宋家庄站三线换乘量大、行车密度不匹配存在的运营风险,首次采用加宽岛式站台端部“楔形”方案。公主坟站首创性采用4个象限单独设置附属站厅(兼进出站及换乘)方式,客流组织清晰,使用功能更加人性化(见图2)。

通过功能匹配、系统平衡、接口顺畅的整体设计,实现原网络两条线整合,确保既有线路不间断运营。两期工程分期实施,在一期线路不间断运营情况下完成两线整合,困难极大。二期工程并非简单地新建一条线路,还需充分考虑一期工程改造,施工期间只能在夜间3.5h内进行。开通时间在即,挑战空前,必须制定环环紧扣的实施方案。不同系统构成方案导致与工程系统接口和运营方便程度的不同,须充分考虑各系统平衡。从方案制定到后期招标、施工图设计整个过程中,各系统均全方位、多角度逐步细化,包括供货及服务范围、与一期工程接口和改造、投资、风险、难度、适应性及对运营程度影响等,最终圆满实现两线整合并贯通。

基于规划功能多、土地资源少、环境要求高等因素,创建资源集约型、环境友好型、地下地上一体化的新型车辆基地典范。 五路综合交通站场集地铁慈寿寺站、五路停车场、公交站场、变电站、物业开发(含库上开发)等多种功能为一体,区域交通便利,景观好,土地价值高。设计首次采用地上、地下叠落双层地铁车库形式,将地铁用地由25公顷压缩至12公顷,为其他设施留出大量用地。采用咽喉区加盖、隔声墙及百页、专用减振垫、3.7万m2绿化平台等措施解决噪声及振动问题。采用高标准材料及节能、低噪设备,彻底避免工业厂房对周边环境影响。该场段采用了库上及落地开发、屋顶绿化等车辆基地可用的所有开发方式,是地铁车辆基地一体化设计的典范(见图3,4)。

本线条件复杂、控制严格,采用新技术、新工艺攻克各种技术难题,确保了工程顺利实施。本工程自身技术及环境保护难度极大,结构设计大胆创新。国内首次推广采用洞桩法(PBA工法),国内首次成功应用多维度预应力伺服顶撑微沉降控制技术(实现14m跨隧道密贴下穿既有站沉降控制小于3mm)、实现国内最大长度地铁区间下穿铁路站场工程(720m)、国内最大规模的全断面注浆封闭地下水软地层浅埋暗挖施工(约15万m3土体加固处理)、国内首次在暗挖车站导洞内采用桩底压浆技术,国内首次采用中跨盖挖顺作法施工技术,国内首次采用深基坑(基坑深度约15m)土钉墙支护技术,国内首次采用并成功实施了小间距、长距离平行盾构隧道的设计与施工技术。

保护措施采用桩基托换,各种注浆、隔离、阻水工艺等加固措施,堪称北京地铁工法措施集大成者。全线环境风险源工程1220余处,包括下穿地铁既有线类共10处,下穿铁路类共6处,下穿或近邻市政桥梁桥基类共75处,下穿房屋或近邻高层建筑类共150处,下穿河流类共12处,是北京地铁建设史上风险难度最大的线路之一。

国内首次在地铁建设中系统地提出了风险源评估及专项设计体系,开创全国地铁用科学程序处理工程风险源的先河。对风险工程的识别及分级实现科学化、规范化,风险控制的管理及措施首次实现程序化、制度化,对重大风险工程首次推出了专项设计的概念。

 

技术创新 绿色环保

 

施工技术:10号线建成并运营,给老百姓出行带来了便利,设计上如何保证城市建设与环境保护协调发展。

田东:二期工程作为北京疏解交通拥堵的重要措施,建成后客流增长迅猛,单日最高客流达到204.75万人次,全年客流总量约5.7亿人次,占全线网客流总数的17.3%,位居线网首席。同时,随着10号线成环运营,各换乘站的换乘客流亦增长显著,充分发挥了本线在线网中骨干、联络及截留作用,为乘客提供了“安全、方便、快捷、绿色”的交通方式,强力支持了北京市“公共交通为主体、轨道交通为骨干”的综合交通发展战略。

五路停车场采用地上、地下叠落的双层地铁车库形式,车场上盖进行物业开发,为城市市政设施及物业开发提供大量土地资源,并创建了资源集约型、环境友好型、技术创新型的地下地上一体化车辆基地。

巴沟车辆段设计了国内首个花园式车辆段,采用微地形手法,堆土为山,建筑屋顶全部绿化,使车辆段与颐和园南部绿化景观和谐一致,给城市带来更多绿色和氧气(见图5)。宋家庄停车场规划设计为3条线共址建设,充分考虑资源共享,根据3个基地的用地条件,对其使用功能进行合理分工,既满足全线分期实施的运营和维修功能要求,又使检修设施相对集中,充分提高劳动生产率、发挥检修设备利用率。既节省了用地,实现人力资源共用、设备资源共享,同时节省整个地铁建设的投资成本。

工程地下结构设计年限为100年。全线结构工法以明挖、暗挖和盾构为主,施工过程中采取了多种环境保护措施,避免对地面、地下水环境及土壤的污染和不良影响。根据《环境评价报告》要求,轨道采取了分级减振措施,冷却塔、风亭等声源采取了降噪措施,保护了城市自然环境和人文居住环境(见图6)。

车辆及供电系统采用再生制动回收方式,风机、水泵、电扶梯等用电设备采用变频调速运行方式,有效节约电能。采用污废水处理后直接回用措施,节水效果明显(见图7)。

施工技术:为确保工程工期、施工质量与经济效益,轨道交通建设也会引入BIM技术解决方案,北京地铁10号线BIM技术应用情况如何?

田东:地铁车站管线综合布置在设备管理区,从设计角度来讲,管线布置应尽量紧凑,避免公共空间的浪费。通风、电缆、通信、控制、洞照等管线集中到一起,根据每个专业需求,排放在相应空间位置,然后进行现场复核。施工过程中往往会出现管线碰撞问题,应用BIM技术进行管线碰撞检查,发现管线交叉冲突立即报警,避免返工造成的经济损失。另外,还应根据空间位置关系,合理安排各种管线敷设顺序。因此,在地铁工程中应用BIM技术对施工进行指导,将各专业管线整合到一起,同一空间遵守同一规则,从而实现专业之间协同工作,是一场革命。不仅是设计采用BIM技术,将来可应用于建设、管理、施工、运维等方面。BIM技术在民用建筑市场可用于建筑施工的整个流程,在轨道交通建设方面也将持续开展。同时,推广装配式理念也是地铁建设的发展趋势,如长春市已建全国首个装配式地铁车站,除质量稳定、降低施工现场污染和噪声外,施工效率也得到极大提高,基坑挖完构件马上到位,对大跨度空间、冬季施工等也能轻松应对。

 

 

 

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