沈阳地铁创新技术特点

全学让 姚春艳 陈 菊

（沈阳地铁集团有限公司 沈阳 110042）

沈阳地铁创新技术特点

全学让 姚春艳 陈 菊

（沈阳地铁集团有限公司 沈阳 110042）

介绍沈阳地铁1、2号线已建工程中的技术特点和9、10号线在建工程的技术延伸，已建工程的技术特点包括解决寒冷地区建设和运营难题，暗挖法修建车站解决环境干扰问题，新管幕法施工工法以及逆向引孔工艺应用等。在建工程的技术延伸包括新构筑法、轨道采用液体阻尼钢弹簧浮置板整体道床和再生能量吸收装置。

沈阳地铁；寒冷地区；技术特点；新管幕法

沈阳地铁作为首次在我国东北寒冷地区建设的地铁线，在设计、施工以及运营过程中，积累了大量的宝贵经验。笔者以沈阳地区特殊的气候、地质等因素为切入点，结合建设过程中出现的实际问题，对沈阳地铁1号线、2号线等已建工程和9号线、10号线等在建新线工程的技术问题进行分析，提出相应的解决思路和方法，总结工程建设的技术特点，以期指导今后寒冷地区的地铁建设工作。

1 已建工程技术特点

沈阳地铁1号线是我国在东北寒冷地区建设的第一条地铁线路，工程建设上无先例可循，在坚守“安全地铁、人文地铁、科技地铁、绿色地铁”建设理念的前提下，精心组织、精心设计、科学施工，建成了一条我国迄今为止设备国产化率最高、功能非常完善的地铁线路，为东北地区的地铁建设积累了宝贵的经验。沈阳地铁2号线在总结地铁1号线的基础上又增加了实践创新。

1.1 寒冷地区地铁建设和运营的难题

针对沈阳冬期长的特点，采用暖棚法，创造正常的施工环境；采用蓄热法、混凝土运输车辆保温法，根据浇筑时的外界温度和混凝土体积，及时调节防冻剂、早强剂掺量，保证混凝土的工程质量，缓解了工期压力。车辆段采用热风幕、暖风机组，出入口采用电加热扶梯，车辆座椅配备加热装置等措施，保证了在寒冷天气里地铁设备的正常运行及乘客的舒适度。

1.2 暗挖车站解决环境干扰问题

为减少繁华地区修建地铁对环境的干扰，大量采用暗挖法修建地铁车站，其规模和技术难度堪称全国之最：沈阳站为大跨度三连拱结构，最大开挖宽度达26.7 m；青年大街站为十字交叉换乘站，衔接复杂；中街站地处繁华的步行街下，上导洞距既有建筑物基础仅0.74 m。在有效降水保证无水施工的前提下，采用洞桩法、中洞法和CRD（交叉中隔墙法）等工法，结合小导管注固砂剂超前加固技术，解决了富水砂砾地层中浅埋暗挖大跨车站的施工难题，顺利建成了青年大街站、沈阳站和中街站，其中，中街站利用地表注浆和洞内径向注浆的措施，有效控制了地面及建筑物的沉降。

1.3 地铁群洞结构施工技术难题

地铁1号线有3个暗挖区间设有渡线、停车线，洞室结构复杂，衔接形式各异，断面变化多端。在试验和有限元模拟计算分析的基础上，科学合理地确定掘进的工序和工法，根据断面变化，分别采用台阶法、CRD法、侧洞法和双侧壁导坑法等实现了在不同断面和工法之间的顺利转换。

1.4 实践“区域群井”和动态管理

“区域群井”的降水理念，就是在隔水层地段，采取“小间距、小管井”的布井方案；在建筑物和主要道路区间采用“大间距、深管井”的布井方案；在抽水过程中，采用多方法综合动态设计和管理的控制措施，从而实现施工过程无水作业，圆满解决富水、高渗透性砂砾地层的降水难题。

1.5 车辆组装厂与检修库整合修建

国内首次将车辆组装厂与检修库整合修建，功能兼顾其他线路需求，实现了地铁车辆基地的总体功能，是提高轨道交通车辆基地综合资源使用率的创新措施。

1.6 全高安全门

沈阳地铁安全门系统为国内第1个全高安全门，并结合环控系统，在固定门下方加装通风开口，满足消防排烟要求，给乘客提供舒适、安全、美观的候车环境。

1.7 引进新管幕施工工法

管幕法最早出现在日本，后被多个国家沿用并加以改进，发展至今已有40余年的历史。国内管幕法的发展也有多年历史，2004年北京地铁5号线崇文门车站下穿既有环线隧道和上海中环线虹许路—北虹路下立交工程相继采用了管幕法施工。沈阳地铁2号线新乐遗址站对管幕法进行了改进，是我国首例引进新管幕工法（NTR工法）施工的地铁车站（见图1、2）。该工法主要施工步骤分为5部分（见图3）。

图1 新乐遗址站施工中照片

图2 新乐遗址站建成后照片

第1步：在横通道内依次破除顶管处的混凝土，按顺序顶进钢管，各管段之间采用焊接的连接方式。当降水效果不佳或有区域滞水时，顶进段前端采用超前注浆技术固结地层，保证无水顶进和无水开挖。每根钢管顶进完成后，应从管顶向管周注浆，并回填顶进中的管周超挖。

图3 新管幕法施工步骤

第2步：所有钢管顶进到位后，在各相邻钢管之间进行管间注浆，固结地层，保证后续工序无水施工和地层稳定，并对下层2根管体进行外侧局部注浆，达到改善地层、提高土体抗力的目的。

第3步：从车站中段起，分段割除拱肋部钢管，补焊支护钢板，形成拱肋空间。

第4步：安装第1段拱肋内模板、排气管、注浆管及混凝土浇筑管，绑扎第1段肋部钢筋，进行第1段肋部混凝土浇筑。

第5步：割除邻近现浇拱肋处拱壳部钢管管壁，补焊支护钢板，形成拱壳空间；绑扎拱壳部钢筋，浇筑拱壳部混凝土。

重复以上第4、5步工序，形成贯通的拱肋、拱壳、拱内纵梁结构；同时，开挖底梁处车站小导洞，并施工底纵梁。分层开挖土方，在车站中部开始逐环施工中板、底板结构，最终形成贯通的拱肋底板、柱列、中纵梁、中板结构等。

与传统工法相比，新管幕法具有施工安全性较高、地面沉降量小、无需降水、对周边环境影响小等优点，且车站站厅层可实现单拱无柱结构，建筑空间宽敞，创造了国内软土地层中23.5 m的最大开挖跨度，成功开辟了一种崭新的设计理念和设计思路。

1.8 逆向引孔工艺的应用

沈阳地铁2号线青年公园站采用PBA工法（洞桩法）施工，属国内首次将逆向引孔工艺运用到洞内人工挖孔桩施工中的技术。

既有PBA边桩施工方法为先进行桩位放样，根据放样位置进行第1节土方开挖、护壁钢筋绑扎，然后进行立模并浇筑护壁混凝土；第1节护壁混凝土浇筑后，在孔洞口安装人工挖孔桩垂直提升系统，第2节土方开挖直至桩底，土方开挖及人工挖孔桩弃渣的运输均由垂直提升系统完成，并且根据土方开挖的进度，按照设计要求进行护壁钢筋绑扎和护壁混凝土浇筑；最后进行成孔验收，验收合格后绑扎桩体钢筋笼并浇筑桩体混凝土。该施工方法的缺点是：1）需要在孔洞口设置垂直提升系统进行垂直提升弃渣，该系统的操作会对孔洞内操作工人产生安全隐患；2）人工挖孔桩弃渣由孔洞底部垂直提升至孔洞口，垂直提升操作的劳动强度较大，减慢了成桩的施工速度。

针对上述技术中的不足，青年公园站采用逆向引孔机进行PBA边桩的施工。逆向引孔机结构示意图见图4，具体施工步骤如下（见图5）：

图4 逆向引孔机结构

图5 逆向引孔施工步骤

步骤1：测量放样。确定边桩桩位中心线，并围绕中心线在上导洞底部设置护桩，破除下导洞初衬，在下导洞的顶部根据边桩桩位中心线同轴确定破除位置，人工破除初衬，并形成下导洞引孔。

步骤2：逆向引孔机就位。根据步骤1中边桩桩位中心线及下导洞引孔的位置，将逆向引孔机在下导洞内就位并固定。

步骤3：逆向引孔。使用逆向引孔机从步骤1中下导洞引孔处开始，且以步骤1中边桩桩位中心线为引孔路径，由下到上进行引孔作业，直至上导洞底部初衬，从而形成边桩逆向孔。

步骤4：破除上导洞初衬。人工破除上导洞底部的部分初衬，破除位置与步骤3中边桩逆向孔相对应。

步骤5：桩体土方开挖并浇筑护壁混凝土。从步骤4中上导洞初衬破除处向下开挖孔洞，直至下导洞，开挖中形成的人工挖孔桩弃渣直接经步骤3中生成的边桩逆向孔排放至下导洞，且每开挖一定距离，进行绑扎支护钢筋、立模及浇筑混凝土作业，从而在土方开挖作业的同时形成边桩护壁。

步骤6：桩体混凝土浇筑。进行孔位检验后，绑扎桩体钢筋，进行下导洞桩体立模，再浇筑混凝土，从而形成边桩桩体。

该工艺可广泛应用于地铁暗挖车站的人工挖孔桩中，适用于砂砾层、无水地质情况。该工艺有效解决了垂直出土问题，避免了传统工艺中因垂直提升设备带来的安全隐患，提高了施工的安全性。

2 沈阳地铁新线工程的技术延伸

沈阳地铁9、10号线的工程设计和技术创新秉承了适用、安全、经济、可靠和促进可持续发展的理念，在追踪国际轨道交通工程技术发展、依托各专业基础技术进步和切实解决工程设计中遇到的技术问题的同时，注重工程整体的经济性和环境效益，在节能降噪、土建技术、设备技术、安全风险控制等方面有所突破，力争取得技术、经济、环境和社会效益的全面提升。

2.1 新工法、新思路的引进和吸收

为避免暗挖端站厅的出现，9号线奥体中心站、10号线东北大马路站提出了一种新型的暗挖施工方法：新构筑法。该施工方法采用韩国ST S（开始到开始）与洞桩法施工技术相结合的方法，具有沉降小、施工速度快等特点。新构筑法施工步骤具体如下（见图6）。

图6 新构筑法施工步骤

步骤1：利用暗挖段一侧明挖基坑，随挖随打设暗挖段顶部及侧向钢管，并挖除钢管中土体。钢管采用顶进法施工，施工时要控制好方向，不得偏转。在钢管内安装连接钢筋，安装完成后，在钢管两端安装封堵板，通过封堵板预留灌浆孔，向钢管内灌注混凝土。

步骤2：先后开挖下导洞和上导洞，采用格栅支护。在施工导洞内施作防水板、底纵梁及部分底板、顶纵梁、钢管柱。

步骤3：铺设防水层，施作中跨顶板。

步骤4：纵向分段开挖站厅层中板底以上土体，施作车站结构边跨处站厅层侧墙防水层，中纵梁、中板及站厅层侧墙钢筋混凝土结构。

步骤5：开挖中跨土体至底板底，施作封底结构并拆除导洞部分结构，施作底板防水层及浇筑底板。

步骤6：开挖边跨土体至底板底，施作封底结构并拆除部分导洞结构，施作底板防水层及浇筑底板剩余结构。施作剩余侧墙及顶板防水层，浇筑侧墙与顶板剩余结构。

该施工方法通过引入大直径钢管混凝土支护体系替代传统暗挖法中的格栅支护体系，在车站覆土及断面形式均与明（盖）挖车站相当的情况下实现暗挖施工，极大地拓宽了暗挖法的适用范围，钢管横向连接如图7所示。

图7 钢管连接大样

随着我国地铁的快速发展，车站施工时为保证城市主干道交通的畅通和不迁改管线，采用两端明（盖）挖、中间暗挖的施工方法会越来越多，因此，新构筑法具有广泛的应用前景。

2.2 轨道采用液体阻尼钢弹簧浮置板整体道床

地铁新线沿线建（构）筑物多为居民楼，减振降噪措施采用国内领先的液体阻尼钢弹簧浮置板整体道床。液体阻尼钢弹簧浮置板轨道套筒内采用液体阻尼。隔振系统是一个“质量—弹簧”体系，其参振质量越大，弹性越高，隔振效果就越好，为此需增大振动体的振动质量并增加振动体的弹性，利用惯性力吸收冲击荷载，从而起到隔振作用。钢弹簧浮置板可以提供足够的惯性质量来抵消车辆产生的动荷载，只有静荷载和少量残余动荷载会通过弹性元件传到基础结构上。钢弹簧浮置板道床有多种结构形式，其中常见形式为侧置式及内置式（见图8）。

我国城市轨道交通（包括北京、广州、深圳、南京等）特殊减振地段普遍采用这种减振轨道，由于钢弹簧浮置板轨道的固有振动频率很低，所以减振效果显著，约为18～25 dB。其结构比较简单，没有橡胶垫老化问题，弹簧使用寿命很长，可达50年以上。国内多个城市地铁采用后，已形成较为完整的施工及维修方案，利用专用工具2个人就可以完成，不会影响地铁正常运营，可维修性强。该技术的应用，提高了轨道结构的减振水平，最大限度地降低了地铁运营对周围环境的影响（见图9、10）。

图8 浮置板道床

图9 钢弹簧浮置板整体道床安装

图10 钢弹簧浮置板整体道床示意

2.3 设备系统设计细节中的创新

供电系统在牵引降压混合变电所增加一套再生能量吸收装置，用于吸收列车在制动时所产生的多余能量，从而达到节能的效果。在变电所增加有源滤波装置，用于对车站动力及照明系统所产生的谐波进行滤除，以提高供电系统的电能质量。中压环网系统采用大分区的设置方式，减少了环网电缆的敷设数量。环控系统在全线活塞风井内设置结构片式消声器，有效降低了地铁运行产生的噪声，确保地铁的运行噪声不影响市民的生活和工作。在全线设置了专用新风机，在闭式运行工况下，可对车站公共区和区间隧道补充新风，保证环境品质，提高乘客乘坐地铁的舒适性。引入综合监控系统，集成和互联相关地铁机电系统，可将分散、孤立的机电系统纳入到同一个信息平台中，实现统一调度。各机电系统实现了信息互通、资源共享、协调联动，设备集中治理和维护，以及对子系统故障的监测，并为紧急情况下事件的处理提供全面而及时的信息和控制能力，进一步提高了地铁整体运营调度水平。

3 结语

综上所述，暖棚、热风幕、暗挖法、新管幕法、新构筑法、轨道采用液体阻尼钢弹簧浮置板整体道床和再生能量吸收装置等新工艺、新技术，在沈阳地铁工程中

都取得了良好的经济和社会效益，并能够指导今后寒冷地区地铁的建设工作。

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［10］北京城建设计研究总院.青年大街站设计施工图［R］.北京，2007.

［11］中铁工程设计咨询集团有限公司.新乐遗址站设计施工图［R］.北京，2010.

（编辑：王艳菊）

Characteristics of Innovation Technology in Shenyang Metr

Tong Xuerang Yao Chunyan ChenJu
（Shenyang Metro Group Co.， Ltd.， Shenyang110042）

This paper introduces the technical features of the finished projects of Shenyang Metro Line 1 and Line 2 and technology extensions in the projects under construction of Shenyang Metro Line 9 and Line 10.The constructed projects solved the problems of construction and operation in areas with a cold climate；subsurface excavation methods were used in the finished projects to avoid environmental interferences；new tubular roof construction method and application of reverse guiding hole technology were also employed.Technology extensions for projects under construction involve the adoption of newconstruction methods and the steel spring floating slab track with liquid damper and devices to absorb renewable energy.

Shenyang Metro；area with a cold climate；technical features；new tubular roof method

U 231.3

A

16726073（2015）06001206

10.3969/j.issnn.16726073.2015.06.003

2015-04-08

2015-08-20

仝学让，男，副总经理，从事城市轨道交通研究工作。