歐陽(yáng)冬

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063）

1 項(xiàng)目概況及特點(diǎn)

武漢地鐵7號(hào)線長(zhǎng)84.2 km，設(shè)站37座，是串聯(lián)北部新城、漢口中心、武昌中心和南部新城的市域快線，是貫通武漢南北的一條核心主干線路，是串聯(lián)長(zhǎng)江兩岸經(jīng)濟(jì)帶的一條重要發(fā)展軸，如圖1所示。其中，7號(hào)線一期自園博園北至野芷湖，全長(zhǎng)30.85 km，設(shè)站19座，2013年開(kāi)工，2018年建成運(yùn)營(yíng)；7號(hào)線南延線（紙坊線）自野芷湖至青龍山地鐵小鎮(zhèn)站，全長(zhǎng)16.9 km，設(shè)站7座， 2014年開(kāi)工，2018年建成運(yùn)營(yíng)；7號(hào)線北延線（前川線）36.45 km，設(shè)站11座，已于2017年10月開(kāi)工。全線批復(fù)概算總投資621億，為武漢市投資最高的地鐵線路。7號(hào)線工程具有如下特點(diǎn)。

（1）開(kāi)拓城市新格局，創(chuàng)建了貫通武漢市南北的交通大動(dòng)脈和經(jīng)濟(jì)發(fā)展軸。7號(hào)線工程錨固了北部前川新城和臨空港經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)、漢口武漢商務(wù)區(qū)和建設(shè)大道金融街、武昌濱江商務(wù)區(qū)和武昌火車站綜合交通樞紐、南部新城和江夏等諸多中心，對(duì)漢口、武昌融合發(fā)展具有重要支撐作用。7號(hào)線建成后每天承擔(dān)跨長(zhǎng)江客運(yùn)量遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)將達(dá)到47.3萬(wàn)人次/日，公路隧道遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)車流將超10萬(wàn)輛/日，對(duì)于緩解過(guò)長(zhǎng)江橋梁道路壓力具有重要意義。

（2）換乘車站多，是名副其實(shí)的“換乘王”，換乘和交通接駁便利。本線有14座換乘車站，換乘與交通接駁便利。換乘節(jié)點(diǎn)的分布和換乘方式的靈活性對(duì)發(fā)揮軌道交通線網(wǎng)的整體功能具有重要意義。

（3）線路穿越武漢各種典型地質(zhì)地貌單元，是武漢不良地質(zhì)“博物館”。線路穿越了長(zhǎng)江Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)及Ⅲ級(jí)階地，府河Ⅰ級(jí)階地,長(zhǎng)江古河道5種地貌，基本囊括了武漢各種典型的地貌地質(zhì)單元和不良地層。

（4）涉鐵工程多，等級(jí)高，運(yùn)營(yíng)鐵路保護(hù)和協(xié)調(diào)難度大。本工程共有11個(gè)區(qū)間合計(jì)20多處下穿鐵路。其中余—橫區(qū)間下穿京廣高鐵、?！L(zhǎng)區(qū)間下穿漢宜漢丹客運(yùn)專線，做好穿越既有高鐵、地鐵的方案研究及控制風(fēng)險(xiǎn)是本工程的一個(gè)重難點(diǎn)。

（5）沿線建筑物密集，管線眾多，實(shí)施環(huán)境復(fù)雜，施工難度巨大。

（6）首創(chuàng)“公鐵合建”超大盾構(gòu)隧道下穿長(zhǎng)江。

（7）科學(xué)合理推行“地鐵＋物業(yè)”可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，首創(chuàng)越江公路隧道風(fēng)塔與超高層建筑核心筒合建方案，全線合計(jì)開(kāi)發(fā)100多萬(wàn)m2，開(kāi)發(fā)強(qiáng)度和質(zhì)量在國(guó)內(nèi)名列前茅。

圖1 7號(hào)線工程線路走向示意圖

2 技術(shù)特點(diǎn)與創(chuàng)新

2.1 建筑與裝修

2.1.1 建筑空間

7號(hào)線車站在滿足地鐵基本功能的基礎(chǔ)上，充分利用車站有效空間，提高公共區(qū)裝修吊頂凈空，打造出精巧靈動(dòng)、大氣端莊的地下空間，給乘客提供了舒適的環(huán)境體驗(yàn)。圖2為三陽(yáng)路站、徐家棚站實(shí)景照。

圖2 三陽(yáng)路站、徐家棚站實(shí)景

2.1.2 人性化

7號(hào)線所有站內(nèi)均設(shè)置了雙向自動(dòng)扶梯、無(wú)障礙垂直電梯、自動(dòng)圖書(shū)借閱系統(tǒng)、直飲水系統(tǒng)、無(wú)障礙衛(wèi)生間、招援電話等人性化便民設(shè)施；每個(gè)車站配備了藝術(shù)凳子，供乘客休憩；在客流量大的徐家棚站換乘區(qū)內(nèi)增設(shè)換乘專用衛(wèi)生間等，為乘客提供舒適、溫馨的乘車環(huán)境。

2.1.3 藝術(shù)性和文化性

7號(hào)線車站裝修設(shè)計(jì)在注意提升功能性基礎(chǔ)上，對(duì)天花板、立柱、墻面、地面、三角房進(jìn)行了藝術(shù)化的處理與創(chuàng)新，以期達(dá)到最美視覺(jué)體驗(yàn)。以“橙色律動(dòng)，活力地鐵”為理念，表現(xiàn)了整條線路的運(yùn)動(dòng)、商業(yè)和交通活力。7號(hào)線標(biāo)準(zhǔn)站設(shè)計(jì)中結(jié)合線路鳳凰橙色，以中國(guó)家喻戶曉的鳳凰涅槃傳說(shuō)為脈絡(luò)，力圖整體呈現(xiàn)湖北“楚文化”底蘊(yùn)，強(qiáng)化公共空間的文化內(nèi)涵，反映出獨(dú)特的湖北地方特色，彰顯了楚地的千年文明傳承和不斷追求發(fā)展的積極精神。圖3為螃蟹岬站三角房及藝術(shù)凳實(shí)景。

圖3 螃蟹岬站三角房及藝術(shù)凳

2.1.4 協(xié)調(diào)性

7號(hào)線車站出入口和風(fēng)亭的地面部分結(jié)合周邊情況進(jìn)行藝術(shù)化處理與創(chuàng)新，在與周圍環(huán)境的統(tǒng)一性和保持地鐵出入口的標(biāo)志性造型之間進(jìn)行了協(xié)調(diào)，達(dá)到了完美融合。圖4為考慮與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)并經(jīng)藝術(shù)化處理后的出入口、風(fēng)亭效果圖。

2.2 車站結(jié)構(gòu)及施工

2.2.1 公鐵合建車站結(jié)構(gòu)

徐家棚站為武漢地鐵5號(hào)、7號(hào)、8號(hào)三線換乘車站，總建筑面積13.8萬(wàn)m2，該站與三陽(yáng)路越江隧道“公鐵合建”，車站基坑最深達(dá)36.76 m，為武漢地鐵車站最深基坑。車站緊鄰長(zhǎng)江，場(chǎng)地存在40 m厚飽和粉細(xì)砂，地質(zhì)條件差，周邊環(huán)境復(fù)雜，工程風(fēng)險(xiǎn)突出。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和技術(shù)無(wú)法滿足建設(shè)的需要，通過(guò)研究取得了以下4方面創(chuàng)新成果。

（1）首創(chuàng)徐家棚站與三陽(yáng)路越江公路隧道“公鐵合建”方案，該方案是一種高效利用越江通道和城市道路資源的新型模式，節(jié)約城市道路和越江通道資源，踐行集約發(fā)展路線，實(shí)現(xiàn)了共享共建的先進(jìn)理念。

圖4 出入口、風(fēng)亭效果圖

（2）創(chuàng)建了三線便捷換乘樞紐，打造了大跨度高凈空舒適地下空間，踐行“建筑、文化、藝術(shù)、景觀、裝修”一體化的理念，營(yíng)造了服務(wù)武漢千萬(wàn)市民的高質(zhì)量精品工程。

（3）開(kāi)創(chuàng)了“先逆后順再拓”新型逆作工法，有效解決了“公鐵合建”二次轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)逆作施工難題；減少了近萬(wàn)方混凝土支撐廢渣，成功實(shí)踐了“綠色建造、降噪、節(jié)能、低碳”的環(huán)保建設(shè)理念；研發(fā)了鋼管混凝土柱“兩點(diǎn)機(jī)械”定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了安全高效的施工，保護(hù)了環(huán)境。

（4）首次采用超深地連墻接縫（RJP）工法注漿止水，有效解決了長(zhǎng)江邊超高水頭、強(qiáng)滲透、超深基坑條件下地連墻接縫滲漏問(wèn)題。

圖5 為徐家棚站三維效果及橫剖面圖。

2.2.2 大斷面矩形頂管施工

武昌火車站為武漢地鐵4號(hào)、7號(hào)、11號(hào)、12號(hào)線4線換乘站，沿中山路敷設(shè)，為地下三層車站，車站主體標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度約26.6 m。附屬過(guò)街通道下穿中山路隧道，為此，研發(fā)了大斷面矩形頂管的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、施工和設(shè)備制造成套技術(shù)，有效解決了交通疏解、管線遷改的難題。該成套技術(shù)采用的大斷面矩形頂管斷面尺寸為9.8 m×5.5 m（內(nèi)凈空8.5 m×4.2 m），為國(guó)內(nèi)地鐵過(guò)街通道下穿公路隧道斷面面積最大的矩形頂管。該成套技術(shù)在7號(hào)線5個(gè)附屬工程中應(yīng)用總長(zhǎng)度達(dá)270 m，應(yīng)用效果良好。圖6為大斷面矩形頂管剖面圖。

2.2.3 半逆作法施工

武漢中央商務(wù)區(qū)站為武漢地鐵3號(hào)、7號(hào)線換乘站，車站總建筑面積達(dá)8.8萬(wàn)m2，單體基坑面積達(dá)2.43萬(wàn)m2，為武漢地鐵最大的單體基坑。車站主體基坑為超大超深基坑（158 m×138 m×26.8 m），采用半逆作法施工（中心島法），即蓋挖逆作與明挖順作相結(jié)合工法：首先，施工超大基坑四周結(jié)構(gòu)，利用車站主體結(jié)構(gòu)替換內(nèi)支撐，形成周邊桁架支撐體系，從上往下逆作法施工，開(kāi)挖至基坑底；然后施工超大基坑中心部分，從下往上明挖順作法施工；超大超深基坑采用中心島工法，可充分發(fā)揮明挖順作和蓋挖逆作2種工法的顯著優(yōu)勢(shì)，工效突出。

二期工程為7號(hào)線東西兩端結(jié)構(gòu)，采用全逆作法施工，利用主體結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)內(nèi)支撐系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)一期工程的有效保護(hù)。圖7為武漢中央商務(wù)區(qū)站總圖及施工現(xiàn)場(chǎng)。

2.3 車輛段信息化設(shè)計(jì)

圖5 徐家棚站三維效果及橫剖面圖

圖6 大斷面矩形頂管剖面圖（單位：mm）

圖7 武漢中央商務(wù)區(qū)站總圖及施工現(xiàn)場(chǎng)

武漢地鐵7號(hào)線野芷湖車輛段是武漢地鐵規(guī)模最大、上蓋體量最大、技術(shù)最先進(jìn)、線網(wǎng)資源全方位共享的車輛段，也是全國(guó)首例兩線共址合建的地下、地面、地上3種形態(tài)的特大型車輛段。車輛段應(yīng)用建筑信息模型（BIM）技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）數(shù)字化技術(shù)首次構(gòu)建全專業(yè)BIM解決方案和技術(shù)裝備VR數(shù)字化方案，實(shí)現(xiàn)BIM 技術(shù)在工程全生命周期中的應(yīng)用和技術(shù)及裝備的綜合VR數(shù)字化應(yīng)用，使其成為國(guó)內(nèi)首個(gè)數(shù)字化車輛檢修基地。

BIM技術(shù)和VR技術(shù)輔助核查可減少設(shè)計(jì)階段的錯(cuò)誤，提高方案匯報(bào)的清晰度，可進(jìn)行沉浸式方案展示，直觀反映設(shè)計(jì)意圖，降低對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員識(shí)別二維圖紙的要求，幫助其快速制定施工方案；利用VR技術(shù)可實(shí)現(xiàn)車輛段檢修工藝仿真模擬、檢修設(shè)備輔助研發(fā)等，實(shí)現(xiàn)車輛段土建、設(shè)備的數(shù)字化管理，制定運(yùn)維方案，提高運(yùn)維水平，開(kāi)展員工培訓(xùn)。BIM技術(shù)和VR技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了車輛基地設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)維管理的集成化、協(xié)同化、可視化和智能化。

圖8為野芷湖車輛段VR技術(shù)應(yīng)用效果圖。

圖8 野芷湖車輛段VR技術(shù)應(yīng)用效果圖

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 “公鐵合建”超大盾構(gòu)越江隧道施工

7號(hào)線三陽(yáng)路越江隧道采用公路隧道與地鐵“公鐵合建”方案，線路全長(zhǎng)4 650 m，合建段超大盾構(gòu)區(qū)間長(zhǎng)2 590 m，這是世界上首座公路與軌道交通合建的盾構(gòu)法隧道，同時(shí)也是目前國(guó)內(nèi)已貫通的最大直徑盾構(gòu)隧道。圖9 為“公鐵合建”越江隧道效果圖。

圖9 “公鐵合建”越江隧道效果圖

（1）三陽(yáng)路越江隧道在長(zhǎng)約1 360 m的江底段同時(shí)分布著強(qiáng)度極高的礫巖和黏性極大的泥巖，兩者如同“鉆石層”和“年糕團(tuán)”。施工過(guò)程中最困難、最艱險(xiǎn)之處在于攻克了15.76 m的超大直徑盾構(gòu)穿越“鉆石層和年糕團(tuán)”這種上軟下硬復(fù)合地層的世界級(jí)難題。超大直徑+復(fù)合地層讓施工的風(fēng)險(xiǎn)和難度呈幾何級(jí)數(shù)上升，在中國(guó)隧道建設(shè)史上還是第一次，在全球工程領(lǐng)域也極為罕見(jiàn)。

（2）越江隧道武昌段盾構(gòu)工作井基坑外包尺寸長(zhǎng)66 m，寬52 m，開(kāi)挖深度44.1 m，距離長(zhǎng)江500 m，為國(guó)內(nèi)地鐵緊鄰長(zhǎng)江最深基坑；基坑場(chǎng)地存在40 m厚飽和粉細(xì)砂，水量豐富，水壓力大；基坑采用1 500 mm厚地連墻，地連墻深入基巖1 m，采用壓力注漿加固墻趾沉渣；為控制地連墻接縫滲漏，在地連墻四周設(shè)置1 道800 mm厚的塑性混凝土地連墻，兩墻之間高壓注漿加固；通過(guò)“雙墻”止水方案，徹底隔斷基坑內(nèi)外水力聯(lián)系，形成可靠的落底式止水帷幕，攻克了緊鄰長(zhǎng)江超深基坑的地下水滲漏問(wèn)題；采用逆作法施工，有效保證了超深基坑施工的安全穩(wěn)定。圖10為越江隧道武昌段工作井施工現(xiàn)場(chǎng)。

圖10 越江隧道武昌段工作井施工現(xiàn)場(chǎng)

（3）越江隧道風(fēng)塔首創(chuàng)超高層建筑物業(yè)開(kāi)發(fā)模式，既美化了城市濱江環(huán)境，又巧妙實(shí)現(xiàn)了風(fēng)塔功能。根據(jù)規(guī)劃和規(guī)范要求，三陽(yáng)路越江公路隧道需建造2個(gè)210 m高的風(fēng)塔。鑒于濱江資源的稀缺性，創(chuàng)造性將風(fēng)塔設(shè)置于超高層建筑核心筒內(nèi)，使風(fēng)塔成為2座超高層建筑綜合體，創(chuàng)造了近50萬(wàn)m2高品質(zhì)濱江建筑。圖11為武昌段風(fēng)塔超高層建筑綜合體效果圖。

3.2 大跨度橋梁轉(zhuǎn)體施工

7號(hào)線余—橫區(qū)間采用145 m + 250 m + 145 m雙塔雙索面矮塔斜拉橋上跨武漢北鐵路編組站東咽喉區(qū)，橋梁主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土單箱單室截面，端部梁高10.5 m，跨中梁高5.5 m。施工采用沿鐵路懸臂掛籃現(xiàn)澆加轉(zhuǎn)體施工，轉(zhuǎn)體重量達(dá)25 000 t，為我國(guó)城市軌道交通最大重量轉(zhuǎn)體工程。圖12為大跨度橋梁示意圖。

3.3 超大斷面暗挖隧道施工

圖11 武昌段風(fēng)塔超高層建筑綜合體效果圖

圖12 大跨度橋梁效果圖

7號(hào)線紙坊大街站—青龍山地鐵小鎮(zhèn)站區(qū)間全長(zhǎng)2 740 m，采用暗挖礦山法+明挖法施工段2 665 m，其中暗挖礦山法段1 292 m（單洞雙線段574 m，單洞單線段709 m），最大斷面位于單洞雙線段與中間豎井交接處，毛洞設(shè)計(jì)最大寬度15.7 m，最大高度10.7 m，斷面面積136 m2，為超大斷面暗挖礦山法施工隧道。該超大斷面隧道穿越青龍山、八分山，地質(zhì)情況復(fù)雜、巖面多有起伏、承壓水賦存豐富、地質(zhì)構(gòu)造劇烈、圍巖級(jí)別多變、巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，是本工程技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，為武漢地鐵丘陵區(qū)高承壓水強(qiáng)烈?guī)r溶發(fā)育地帶礦山法設(shè)計(jì)與施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。圖13為超大斷面隧道施工現(xiàn)場(chǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

武漢地鐵7號(hào)線一期和南延線工程已于2018年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和工程實(shí)踐，在建筑裝修、公鐵合建、特殊工法、車輛段場(chǎng)等方面取得了一系列創(chuàng)新成果。經(jīng)2年時(shí)間的安全運(yùn)營(yíng)和實(shí)踐檢驗(yàn)，各項(xiàng)成果應(yīng)用良好，產(chǎn)生了良好的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)效益，代表城市軌道交通發(fā)展的先進(jìn)水平，具有顯著的示范效應(yīng)和開(kāi)拓意義。

圖13 超大斷面隧道施工現(xiàn)場(chǎng)