趙 勇，俞祖法，蔡 玨，呂 剛，劉建友,*，岳 嶺

(1.中國鐵路經(jīng)濟規(guī)劃研究院有限公司，北京 100844;2.中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京 100055)

0 引言

工程的設(shè)計理念是工程師在工程設(shè)計過程中所確立的主導(dǎo)思想，賦予工程文化內(nèi)涵和風(fēng)格特點。好的設(shè)計理念至關(guān)重要，是設(shè)計的精髓所在，使工程建筑的安全性、實用性、美觀性和文化性達(dá)到統(tǒng)一，實現(xiàn)與眾不同的效果。

京張高鐵從2008年開始設(shè)計至2016年開工建設(shè)，歷經(jīng)了長達(dá)8年的設(shè)計過程。八達(dá)嶺長城站從選線、選址、總體方案、防災(zāi)救援、支護(hù)體系、施工工藝到設(shè)備選型等設(shè)計過程，都經(jīng)歷了多輪多方案的比選論證。統(tǒng)一八達(dá)嶺長城站的設(shè)計思想，減少各專業(yè)、參建各方對設(shè)計方案的分歧，確立統(tǒng)一的設(shè)計理念，對提高設(shè)計效率和水平，建設(shè)一座高水準(zhǔn)的地下車站具有重要意義。

諸多地下車站都確立了自己的設(shè)計理念，如寧波地鐵地下車站建設(shè)中采用新型的環(huán)保材料、打破傳統(tǒng)的建筑設(shè)計風(fēng)格，將城市對外交通和內(nèi)部交通有機銜接，實現(xiàn)“以人為本、高效便捷”的設(shè)計理念[1]。楊雷[2]以上海軌道交通17號線淀山湖大道站為例，提出了使軌道交通地下車站與周邊物業(yè)空間有機銜接的設(shè)計理念。深圳福田站遵循“以人為本，綜合考慮建筑藝術(shù)、地形條件、施工技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備、運營管理”的設(shè)計理念，利用明挖大型深基坑和柱-梁-板結(jié)構(gòu)體系，搭建3層大跨度地下空間，采用了站臺抗壓屏蔽門、新型減振無砟軌道及吸收道床、長耐火建筑分隔材料，形成獨立的防火單元，將站房與商業(yè)大樓融為一體[3-4]。天津于家堡站采用大型穹頂結(jié)構(gòu)、下沉敞開式庭院、采光井等措施，實現(xiàn)了舒適和節(jié)能的設(shè)計理念[5]。

可見，地下車站的設(shè)計理念均是在結(jié)合項目本身特點的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)以人為本的核心宗旨，利用各種技術(shù)手段實現(xiàn)安全、便捷和舒適的目標(biāo)。本文主要介紹八達(dá)嶺長城站的設(shè)計理念及其內(nèi)涵，以及各個設(shè)計理念的實現(xiàn)路徑。

1 八達(dá)嶺長城站的概況及定位

京張高速鐵路是我國“八橫八縱”高速鐵路網(wǎng)的第二橫——京蘭高鐵的首段，是連通首都至西北地區(qū)的干線鐵路，也是2022年北京冬奧會的交通保障線，是中國人自主設(shè)計施工的第一條鐵路——京張鐵路的姊妹線，成為我國一條具有重要歷史文化意義的鐵路。京張高速鐵路是在中國高鐵十年技術(shù)積累的基礎(chǔ)上，引入信息化和智能化的技術(shù)手段建成的我國第一條智能高速鐵路，被稱為“中國高速鐵路2.0版”，也成為中國高鐵走出去的一張名片[6]。

八達(dá)嶺長城站位于北京市延慶區(qū)滾天溝下方，車站總長470 m，總寬80 m，地下建筑面積4.1萬m2。車站軌面至地面最大埋深102 m，主體結(jié)構(gòu)最大覆土厚度70 m，采用3層結(jié)構(gòu)，自下而上分別為站臺層、進(jìn)站層、出站及設(shè)備層；其中站臺層為2臺4線，布局為側(cè)式站臺。車站是由88個各型洞室組成的大跨洞群車站，最大開挖跨度為32.7 m，采用鉆爆法暗挖施工。

八達(dá)嶺長城站是京張高速鐵路全線的重難點工程，與百年京張人字形鐵路遙相呼應(yīng)，展示了中國工程師為民族崛起而奮斗、為人民幸福而努力的愿望和決心。人字形鐵路受當(dāng)時技術(shù)和經(jīng)濟條件極端落后的限制，為跨越軍都山天險連通長城內(nèi)外而不得不采用的展線策略，充分展示了中國工程師的智慧。八達(dá)嶺長城站是為了最大程度地方便長城游客乘坐高鐵，并減少工程對長城和周邊環(huán)境的影響，而在八達(dá)嶺地下102 m深處設(shè)置的一個大跨洞群車站，克服了斷層軟弱破碎帶超大跨隧道穩(wěn)定、密集洞室群構(gòu)建、景區(qū)環(huán)保施工、下穿長城的微震控制、深埋大客流地下車站防災(zāi)救援等關(guān)鍵技術(shù)難題，展示了當(dāng)前中國先進(jìn)的工程技術(shù)理論、方法、措施、工藝，標(biāo)志著中國隧道及地下工程技術(shù)已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

八達(dá)嶺長城站位居首都北京世界文化遺產(chǎn)八達(dá)嶺—十三陵景區(qū)核心部位，距離舉世聞名的八達(dá)嶺長城索道登城口僅300 m，是眾多國內(nèi)外游客游覽八達(dá)嶺長城的首選交通工具，有更多的機會向國內(nèi)外游客展示我國高鐵技術(shù)成就，會成為展示中國高鐵地下工程建造技術(shù)的重要舞臺，也將成為支撐“一帶一路”倡議的重要窗口。國鐵集團對京張高鐵的建設(shè)提出了“精心、精細(xì)、精致、精品”的總體要求，對八達(dá)嶺長城站的建設(shè)提出了“暢通融合、綠色溫馨、經(jīng)濟藝術(shù)、智能便捷”的具體要求，八達(dá)嶺長城站通過精心設(shè)計、精心組織、精心施工，以打造“最美的地下車站”為目標(biāo)，提出了“更安全、更人文、更環(huán)保、更耐久”的設(shè)計理念。

2 八達(dá)嶺長城站的關(guān)鍵技術(shù)問題及設(shè)計理念

2.1 關(guān)鍵技術(shù)問題

八達(dá)嶺長城站是我國第一座完全采用礦山法施工的深埋高鐵車站，主要存在以下關(guān)鍵技術(shù)難題：

1)車站軌面最大埋深102 m，旅客進(jìn)出站和防災(zāi)救援難度大；

2)車站兩端渡線段隧道單跨最大開挖跨度達(dá)到32.7 m，車站中部洞室密集分布，且圍巖破碎軟弱，工程建造難度大；

3)車站位于國家風(fēng)景名勝區(qū)，對文物保護(hù)和環(huán)境保護(hù)的要求高；

4)施工作業(yè)面多，工期短，施工組織和運輸難度大；

5)深埋地下車站的聲環(huán)境、光環(huán)境、溫環(huán)境、風(fēng)環(huán)境、視覺藝術(shù)環(huán)境、心理環(huán)境等均與地面車站不同，舒適環(huán)境的設(shè)計和營造難度大。

2.2 設(shè)計理念

針對八達(dá)嶺長城站的關(guān)鍵技術(shù)問題，在深入研究“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”五大發(fā)展理念的基礎(chǔ)上，綜合分析了京張文化、長城文化和奧運文化，結(jié)合京張高速鐵路的定位和八達(dá)嶺長城站的特點，提出了“更安全、更人文、更環(huán)保、更耐久”的設(shè)計理念，如圖1所示。

圖1 八達(dá)嶺長城站的設(shè)計理念及實現(xiàn)路徑Fig.1 Design concept and implementation path of Badaling Great Wall Station

2.2.1 更安全

安全是一切工程的基礎(chǔ)，對于深埋地下高鐵車站而言，安全顯得更為重要。在八達(dá)嶺長城站的設(shè)計過程中，安全主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)安全、施工安全和運營安全3個方面。結(jié)構(gòu)安全方面，車站主體采用更安全的群洞結(jié)構(gòu)，車站兩端的大跨隧道采用更安全的預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)噴巖殼支護(hù)體系；施工安全方面，大跨隧道采用更安全的品字形開挖工法；運營安全方面，進(jìn)出站通道采用更安全的流線設(shè)計和完備的防災(zāi)救援體系。

1)更安全的群洞結(jié)構(gòu)。采用三層三縱的群洞布局，洞室相互獨立，避免了災(zāi)害、氣動效應(yīng)、噪聲等對相鄰線路和洞室的影響，還為防災(zāi)救援疏散提供了分區(qū)條件；同時有效利用巖墻巖板承載，縮小洞室跨度，降低施工風(fēng)險，減小工程投資。

2)更安全的預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)噴巖殼支護(hù)體系。該體系利用預(yù)應(yīng)力錨桿和錨索，聯(lián)合表層的鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土，在隧道周邊形成圍巖自承載巖體拱殼，承擔(dān)隧道全部圍巖荷載；隧道二次襯砌作為安全儲備，確保大跨隧道的安全穩(wěn)定。

3)更安全的流線設(shè)計。通過疊層通道布置消除了進(jìn)出站客流交叉，實現(xiàn)了進(jìn)出站客流完全分離，并使進(jìn)出站口均勻布置；采用獨立疏散樓梯布置，實現(xiàn)了緊急和非緊急人流分離；設(shè)置環(huán)形救援廊道提供救援車專用通道，實現(xiàn)緊急情況下救援車流和疏散人流分離，大幅度提高了疏散和救援效率。

2.2.2 更人文

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，工程建設(shè)的核心問題逐漸由“能不能建”轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖ú唤ǖ煤谩?，人文關(guān)懷和藝術(shù)效果逐漸成為工程師考慮的重要目標(biāo)。八達(dá)嶺長城站設(shè)計過程中人文關(guān)懷主要表現(xiàn)在更便捷、更舒適等方面，具體包括以下幾方面。

1)更人文的線位選擇。京張高鐵穿越八達(dá)嶺段采用了技術(shù)難度更大、投資更大的長大隧道形式，更好地保護(hù)了地表環(huán)境，使文物少受破壞和干擾，并且具備了在八達(dá)嶺長城入口附近設(shè)站的可能。

2)更人文的站址選擇。八達(dá)嶺長城站站址選擇了離長城入口最近的滾天溝地下站方案，極大地方便了乘客快速到達(dá)八達(dá)嶺景區(qū)。

3)更人文的設(shè)備選型。采用一次提升的長大電扶梯，為旅客提供了安全、便捷、高效、快速的進(jìn)出站服務(wù)；采用斜行電梯為殘障人士提供了平等的乘車環(huán)境，體現(xiàn)了對旅客的人文關(guān)懷。

4)更人文的車站環(huán)境。采用砂巖板吸聲和群洞隔聲，營造舒適的聲環(huán)境；設(shè)置合理的燈具、光照度和墻壁材料，營造舒適的光環(huán)境；設(shè)置合理的斷面和泄壓通道，營造舒適的風(fēng)環(huán)境；利用地下空間冬暖夏涼特性、列車活塞風(fēng)及適當(dāng)?shù)臋C械通風(fēng)，營造舒適的溫環(huán)境；采用簡潔明快的裝飾藝術(shù)匹配寬敞明亮的地下空間，營造舒適的視覺和文化環(huán)境。

2.2.3 更環(huán)保

八達(dá)嶺長城站位于國家風(fēng)景名勝區(qū)，嚴(yán)格的環(huán)保要求是工程建設(shè)必須滿足的條件，因此，八達(dá)嶺長城站設(shè)計、施工和運營始終貫徹全方位的環(huán)保理念，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

1)更環(huán)保的地下站方案。與地面站方案相比，地下站方案占地少，不破壞八達(dá)嶺景區(qū)地面的自然景觀和歷史文物，實現(xiàn)車站與自然環(huán)境、人文景觀的完美結(jié)合。

2)更環(huán)保的措施工藝。采用高標(biāo)準(zhǔn)的污水處理系統(tǒng)，防止施工污水排入景區(qū)，保護(hù)地表水環(huán)境；采用高標(biāo)準(zhǔn)的施工除塵系統(tǒng)，保護(hù)洞內(nèi)空氣環(huán)境，減少煙塵排放；采用精準(zhǔn)微損傷控制爆破技術(shù)，減小爆破振動，保護(hù)地表旅游環(huán)境和文物。

3)更環(huán)保的排水系統(tǒng)。設(shè)置完全清污分離的排水系統(tǒng)，將每滴清水都還給自然，讓每滴污水都得到處理，保護(hù)綠水青山的良好環(huán)境，實現(xiàn)運營過程中鐵路與自然的和諧共處。

2.2.4 更耐久

八達(dá)嶺長城站周邊有使用了110年而且今后還將繼續(xù)使用的老京張鐵路，有400多年歷史的古長城、600多年歷史的明十三陵。京張高鐵的路由和八達(dá)嶺長城站的空間位置是不可再生、不可復(fù)制的稀缺資源，追求長壽命成為設(shè)計的重要理念，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

1)更耐久的支護(hù)體系。采用“圍巖自承、二次襯砌儲備”的結(jié)構(gòu)設(shè)計體系，利用巖石超長耐久的特性和隧道內(nèi)恒溫恒濕的特點，提高支護(hù)體系的耐久性。

2)更耐久的襯砌結(jié)構(gòu)。采用超細(xì)巖粉、中低熱水泥、優(yōu)質(zhì)粉煤灰、整形骨料，優(yōu)化混凝土配合比，提高混凝土密實度；采用保濕膜和保溫氣囊養(yǎng)護(hù)技術(shù)，消除干縮和溫縮裂縫，大幅度提高了二次襯砌耐久性。

3 設(shè)計理念的實現(xiàn)路徑

3.1 八達(dá)嶺越嶺段的選線設(shè)計

八達(dá)嶺越嶺段的線位比選如圖2所示。繞避八達(dá)嶺景區(qū)方案可以降低隧道施工的難度，但繞避方案遠(yuǎn)離八達(dá)嶺景區(qū)，無法為八達(dá)嶺景區(qū)服務(wù)，也無法提供延慶支線的接軌條件[7]。為了實現(xiàn)更人文的設(shè)計理念，京張高鐵越嶺段選線設(shè)計時，采用了技術(shù)難度更大的穿越八達(dá)嶺景區(qū)方案，連續(xù)穿越居庸關(guān)、水關(guān)和八達(dá)嶺景區(qū)，并連續(xù)穿越水關(guān)長城、百年京張鐵路和八達(dá)嶺長城。該方案對隧道施工提出了更高的環(huán)保要求，為保護(hù)長城，對開挖爆破提出了更高的振動控制標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 八達(dá)嶺越嶺段的線位比選Fig.2 Comparison and selection of tunnel route for Beijing-Zhangjiakou High-speed Railway crossing Badaling

3.2 八達(dá)嶺長城站站位設(shè)計

八達(dá)嶺長城站站位比選方案如圖3所示。程家窯地面站方案技術(shù)難度最小，但乘客下車后去往八達(dá)嶺景區(qū)最遠(yuǎn)，距離長達(dá)6 km；岔道城地下站方案旅客提升高度40 m，技術(shù)難度較小，但乘客去往八達(dá)嶺景區(qū)仍然較遠(yuǎn)，約2 km；滾天溝地下站方案旅客提升高度59.4 m，且位于長城下方，技術(shù)難度最大，但離八達(dá)嶺長城步道入口800 m，距離索道入口僅300 m，旅客使用最便捷[8]。八達(dá)嶺長城站的站位選擇時，按照更人文的設(shè)計理念，選擇了技術(shù)難度相對更大的滾天溝地下站方案。該方案距離八達(dá)嶺長城入口最近，乘客下車后去往八達(dá)嶺長城最便捷。

圖3 八達(dá)嶺長城站站位比選方案Fig.3 Comparison of various schemes for location of Badaling Great Wall Station

3.3 八達(dá)嶺長城站總體方案設(shè)計

八達(dá)嶺長城站總體方案有大跨方案和群洞方案2種。大跨方案是將車站4股道、站臺、各設(shè)備均設(shè)計在一個超大跨隧道內(nèi)。群洞方案是將車站豎直方向劃分為“出站通道及設(shè)備層、進(jìn)站通道層、站臺層”3層結(jié)構(gòu)，水平方向上將車站4股道分別設(shè)置在站臺層3個分離的平行隧道內(nèi)，中間的隧道設(shè)置了2股通過線，滿足時速250 km列車的過站要求；兩側(cè)的隧道設(shè)置了到發(fā)線和側(cè)式站臺，利用3個隧道之間預(yù)留的巖墻，減少空間跨度并隔離高速過站列車引起的活塞風(fēng)和噪音，提高站臺候車乘客舒適性。站臺層上方分別設(shè)置進(jìn)站層和出站層，通信、信號、電力、通風(fēng)等設(shè)備用房設(shè)置在出站層，并相互獨立，防止了火災(zāi)的蔓延，提高了運營期的安全。與大跨方案相比，群洞方案類似于蜂窩狀結(jié)構(gòu)，利用各個洞室之間預(yù)留的巖板、巖墻，支撐群洞的穩(wěn)定性，減小了開挖和支護(hù)工程量，利用圍巖自身的強度和穩(wěn)定性提高了車站施工期和運營期的安全[9]。八達(dá)嶺長城站總體設(shè)計方案采用了三層三縱的群洞方案，如圖4所示。該方案體現(xiàn)了“更安全、更人文”的設(shè)計理念。

圖4 八達(dá)嶺長城站的總體設(shè)計方案Fig.4 Overall design scheme of Badaling Great Wall Station

3.4 防災(zāi)救援疏散系統(tǒng)設(shè)計

八達(dá)嶺長城站深埋于山體內(nèi)部，旅游高峰期大客流聚集在相對封閉的地下空間里，一旦發(fā)生火災(zāi)，防災(zāi)救援疏散的難度比地面車站和淺埋地鐵車站大得多。為了貫徹“更安全”的設(shè)計理念，設(shè)計單位利用施工期的輔助坑道，在車站四周設(shè)置了環(huán)形救援廊道，環(huán)形車流無需掉頭，如圖5所示。該廊道在車站兩端的大跨端設(shè)置了地下過軌橋，使救援車輛可圍繞車站雙向通行，實現(xiàn)了進(jìn)出站人流和救援車流的“人車分離”。正常電扶梯通道與緊急步行通道分洞獨立布置，實現(xiàn)了“緊急和非緊急人流分離”，避免了火災(zāi)的相互蔓延和干擾。正常電扶梯通道采用了上下疊層的進(jìn)出站設(shè)計，實現(xiàn)了“進(jìn)出站客流分離”，消除了進(jìn)出站客流的交叉，確保高峰期客流的順暢，如圖6所示。

圖5 八達(dá)嶺長城站進(jìn)出站通道設(shè)置Fig.5 Entrance and exit passage setting of Badaling Great Wall Station

圖6 正常電扶梯通道的疊層進(jìn)出站設(shè)計(單位：mm)Fig.6 Stacked design of inbound and outbound normal escalators (unit:mm)

3.5 車站乘車環(huán)境的營造

八達(dá)嶺長城站位于102 m深的地下巖體中，旅客處于一種相對封閉的環(huán)境。與地面車站不同，深埋地下車站的環(huán)境包括聲環(huán)境、光環(huán)境、風(fēng)環(huán)境、溫環(huán)境和心理環(huán)境，都需要人為營造。為了實現(xiàn)“更人文”的設(shè)計理念，營造舒適的乘車環(huán)境，八達(dá)嶺長城站采用人造吸聲砂巖板和群洞隔聲營造舒適的聲環(huán)境；設(shè)置合理的燈具和光照度營造溫馨的光環(huán)境；設(shè)置合理的斷面和泄壓通道營造適宜的風(fēng)環(huán)境；利用地下空間冬暖夏涼特性及列車活塞風(fēng)和適當(dāng)?shù)臋C械通風(fēng)營造舒適的溫環(huán)境；采用簡潔明快的裝飾藝術(shù)、文化符號和文化構(gòu)形匹配寬敞明亮的地下空間營造舒適的視覺和文化環(huán)境[10]，如圖7所示。

圖7 八達(dá)嶺長城站環(huán)境營造Fig.7 Comfortable environment in Badaling Great Wall Station

3.6 排水系統(tǒng)設(shè)計

八達(dá)嶺長城站處于國家一級風(fēng)景名勝區(qū)，對污水排放和地下水保護(hù)提出了更高的要求。因此，車站設(shè)置了清污分離的排水系統(tǒng)，其中清水排水系統(tǒng)用于收集圍巖向隧道滲漏的地下水，該地下水是清潔、寶貴的地下水資源，通過隧道兩側(cè)的邊溝和中心排水溝，排放到隧道進(jìn)口和出口的自然環(huán)境中；污水排水系統(tǒng)用于收集車站內(nèi)部的消防廢水、沖洗廢水、生活污水等，在車站站臺層小里程端兩側(cè)設(shè)置了污水泵房，將收集的污水抽排到市政的污水管網(wǎng)，送入污水廠進(jìn)行處理[11]。

清污分離的排水體系將每滴清水都還給自然，每滴污水都得到處理，減少泵站抽排水量，保護(hù)景區(qū)的水環(huán)境環(huán)境，最大程度地實現(xiàn)節(jié)水環(huán)保，實現(xiàn)了“更環(huán)?！钡脑O(shè)計理念。

3.7 設(shè)備選型

八達(dá)嶺長城站是目前世界上埋深最大的高鐵車站，旅客進(jìn)出站的提升高度達(dá)到62 m，為了使旅客方便快捷地進(jìn)出站，八達(dá)嶺長城站設(shè)置了一次提升高度達(dá)到42 m的長大電扶梯，如圖8所示。與多級提升相比，一次提升的長大電扶梯可減少旅客倒換的次數(shù)，避免旅客在上、下電扶梯時因反應(yīng)延遲而出現(xiàn)的人員擁堵和踩踏事故，雖然造價有所提高，但提供了安全、便捷、高效、快速的進(jìn)出站服務(wù)，體現(xiàn)了對旅客的人文關(guān)懷；同時，采用斜行電梯為殘障人士提供了平等的乘車環(huán)境，體現(xiàn)對特殊人群最大程度的尊重，實現(xiàn)了“更人文”的設(shè)計理念。

圖8 長大電扶梯和斜行電梯Fig.8 Long escalators and oblique elevators

3.8 支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計

我國大部分鐵路隧道均采用了復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，但在實際施工過程中，往往重視二次襯砌而忽視初期支護(hù)。鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)暴露在外，易于監(jiān)督檢查和檢測；而初期支護(hù)結(jié)構(gòu)隱藏于里，難以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致初期支護(hù)能省則省，二次襯砌成為了主承載結(jié)構(gòu)，隧道及地下工程的耐久性主要取決于二次襯砌混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

八達(dá)嶺長城站是一個地下洞群車站，巖拱和各洞室之間預(yù)留的巖墻和巖板是地下車站的主承載體系。車站兩端的大跨過渡段，隧道開挖跨度達(dá)32.7 m，如果采用二次襯砌為主的承載體系，則設(shè)計的二次襯砌厚度將達(dá)到2 m以上。因此，在八達(dá)嶺長城站支護(hù)體系的設(shè)計中，采用了“圍巖自承載、二次襯砌是儲備”的結(jié)構(gòu)支護(hù)體系和設(shè)計思路，將隧道周邊一定范圍內(nèi)的巖體作為主承載結(jié)構(gòu)，采用預(yù)應(yīng)力錨索和錨桿進(jìn)行圍巖加固，與表層鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土組成預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)噴巖殼支護(hù)體系，如圖9所示。與混凝土結(jié)構(gòu)相比，巖石具有更長的耐久性特性，試驗研究表明，八達(dá)嶺長城站的花崗巖暴露在空氣中的風(fēng)化速率為0.1 mm/年，即300年的風(fēng)化深度僅為3 cm。因此，圍巖自承載的結(jié)構(gòu)體系比二次襯砌為主的承載體系具有更長的耐久性[12]，實現(xiàn)了“更安全、更耐久”的設(shè)計理念。此外，為了提高預(yù)應(yīng)力錨索的耐久性，錨索施工采用了分段高壓注漿的措施，將孔口端2～4 m先注漿封閉孔口防止?jié)B漏，再往深部高壓注漿，提高注漿密實度，保護(hù)錨索。為了提高噴射混凝土的耐久性，施工中采用分層噴射，提高噴射混凝土柔性減少開裂；嚴(yán)格控制鹽堿類物質(zhì)，減少堿骨料反應(yīng)。

圖9 超大跨隧道的預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)噴巖殼支護(hù)體系Fig.9 Support system with prestressed anchor and mesh reinforced shotcrete for super large-span tunnel

3.9 長壽命混凝土設(shè)計和制備

提高二次襯砌混凝土的耐久性，有利于提高整個工程的耐久性。八達(dá)嶺長城站采用了長壽命混凝土。長壽命混凝土是通過采用超細(xì)巖粉、中低熱水泥、優(yōu)質(zhì)粉煤灰、整形骨料，優(yōu)化混凝土配合比，提高混凝土密實度等措施來制備的；采用保濕膜和保溫氣囊養(yǎng)護(hù)技術(shù)，消除干縮和溫縮裂縫，大幅度提高了二次襯砌耐久性[13]。長壽命混凝土的技術(shù)措施如圖10所示。

(a) 整形骨料

(b) 超細(xì)摻合料巖粉

(c) 保濕膜養(yǎng)護(hù)

(d) 保溫氣囊養(yǎng)護(hù)圖10 長壽命混凝土的技術(shù)措施Fig.10 Technical measures for long-life concrete

3.10 微震微損傷控制爆破

新八達(dá)嶺隧道3次穿越長城，車站位于舉世聞名的八達(dá)嶺長城下方，為了確保八達(dá)嶺長城文物的安全，根據(jù)GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》的要求，車站爆破引起的長城振動速度不得超過0.2 cm/s。此外，八達(dá)嶺長城站是一個密集排布群洞結(jié)構(gòu)，最小巖墻厚度僅1.2 m，為了減少爆破振動對鄰近洞室圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，保護(hù)圍巖，減少圍巖損傷，提高圍巖自穩(wěn)定性，也要求對爆破振動速度進(jìn)行嚴(yán)格控制。因此，八達(dá)嶺長城站施工過程中采用精準(zhǔn)微震微損傷控制爆破技術(shù)，利用電子雷管或毫秒雷管控制單次爆破的藥量，優(yōu)化洞群各洞室的開挖步序和炮孔布置，實現(xiàn)微震的爆破控制標(biāo)準(zhǔn)。實測結(jié)果表明，八達(dá)嶺長城的振動速度為0.15 cm/s，滿足文物保護(hù)的要求[14]，實現(xiàn)了“更安全、更環(huán)保”的設(shè)計理念。

3.11 施工期污水處理

隧道施工過程中產(chǎn)生的污水對自然環(huán)境污染較大，常規(guī)的處理方法是在隧道洞口設(shè)置污水沉淀池，該方法成本低廉，但只能去除污水中的沉淀物，無法消除溶解在水中的氨氮等污染成分。八達(dá)嶺長城站施工期設(shè)置了高標(biāo)準(zhǔn)的污水處理系統(tǒng)，利用曝氣生物濾池(G-BAF)廢水處理系統(tǒng)保證氨氮的高效去除和總氮的消減，使污水處理后達(dá)到Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，如圖11所示。

圖11 曝氣生物濾池(G-BAF)廢水處理系統(tǒng)Fig.11 Biological aerated filter (G-BAF) wastewater treatment system

3.12 隧道空氣除塵技術(shù)

八達(dá)嶺長城站施工高峰期，有多達(dá)14個掌子面同時開挖作業(yè)，為了降低隧道內(nèi)的粉塵，改善施工現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，提高職業(yè)健康管理水平，八達(dá)嶺長城站除了設(shè)置4個通風(fēng)豎井加強車站內(nèi)的通風(fēng)外，還采用了大功率除塵凈化設(shè)備XA3000，如圖12所示。該設(shè)備是首次應(yīng)用于隧道工程中，PM 0.5以上粉塵的去除率可達(dá)90%，處理后的空氣清潔度可達(dá)0.1 mg/m3，不但保護(hù)了工人作業(yè)環(huán)境，還減少了景區(qū)的空氣污染，實現(xiàn)了“更環(huán)保、更人文”的設(shè)計理念。

圖12 除塵凈化設(shè)備XA3000Fig.12 Dust removal and purification equipment XA3000

4 結(jié)論和討論

1)八達(dá)嶺長城站是設(shè)置在舉世聞名的八達(dá)嶺和十三陵風(fēng)景名勝區(qū)地下102 m深處的高鐵車站，具有埋深大、跨度大、洞室密集、環(huán)境敏感等特點，針對八達(dá)嶺長城站的特點，確立了“更安全、更人文、更環(huán)保、更耐久”的設(shè)計理念。

2)八達(dá)嶺長城站在車站的選線、選址、總體方案、防災(zāi)救援、支護(hù)體系、施工工藝和設(shè)備選型等設(shè)計過程中，始終堅持和貫徹“更安全、更人文、更環(huán)保、更耐久”的設(shè)計理念，采用了更安全的群洞布局和流線設(shè)計，更人文的選線和選址、設(shè)備選型和乘車環(huán)境，更環(huán)保的排水系統(tǒng)和施工工藝，更耐久的支護(hù)體系和襯砌結(jié)構(gòu)。

3)八達(dá)嶺長城站的設(shè)計以融合和分離為2條主線，將建筑與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)和巖體、受力結(jié)構(gòu)和裝飾結(jié)構(gòu)、吸音功能結(jié)構(gòu)和建筑視覺裝飾結(jié)構(gòu)、臨時施工輔助坑道和永久緊急救援廊道等進(jìn)行融合設(shè)計，將人流線、車流線、疏散流線、正常流線、進(jìn)站流線、出站流線、清水流線、污水流線等進(jìn)行分離設(shè)計。