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口述|上海地铁如何在软土层上建成
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来源:上观新闻 作者:龚丹韵 整理 2015-11-16 15:36
摘要:从上世纪被外国专家断言“这里的软土层不能造地铁”,直到现在线路规模已是世界第一。上海如何做到?

 

每个工作日,上海有900万人次在轨道交通中密集穿行。不经意间,轨道交通已经超过公交,成为上海市民出行的首选。目前,上海的轨道交通网络规模仍在扩大,而今年年底,又有一批新的地铁站点即将开通,那就是13号线和12号线区间段。线网规模将达588公里。

 

仅仅用了20年左右的时间,上海地铁从无到有,从上世纪被外国专家断言“这里的软土层不能造地铁”,直到现在线路规模已是世界第一。这样的飞速发展背后,地铁的建造者、营运者,为之付出了难以想象的努力。

 

上海地铁维护保障有限公司总工程师、上海市政协常委王如路回忆起上海市中心心脏地带最早的地铁站——2号线南京东路站的建造过程,娓娓道来背后,那些紧张、辛苦而又充满创新的故事,很是动人。

 

曾被外国专家断言不适合造地铁的上海,如今地铁建造规模已居世界第一位。 资料照片

 

深夜的地铁,工人正在维修和整改沉降的轨道。 函飞 摄

 

在“心脏”建站的挑战

 

1998年,我从同济大学地下结构工程博士后毕业,被分到地铁公司工作。当时,地铁1号线已经建造起来,上海正打算建造2号线。

 

2号线的施工比当时的1号线难度大很多。它一开始就决定建在市中心,许多站点靠近保护建筑,有的甚至从老建筑下方穿过,我们对此没有任何经验。其中最难的,当属南京东路站,它原来叫河南路站。那里附近有一幢老楼:东海商都(今天的353广场),建于上世纪30年代,装饰艺术风格,是有名的历史保护建筑。

 

南京东路站难建,难到什么程度呢?一是地铁离老建筑太近,其外围结构到老房子的外边线,最近只有1.2米。我们从未建过贴得如此近的地铁站。现在回想起来,此后好像也没有建过离老房子近到这个程度的地铁站。

 

二是房子太老。拆开东海商都的立柱后,我们发现所有立柱,箍筋已经烂透。它们是一英寸乘一英寸的方钢,一圈箍筋都烂光,是很危险的事情。地下基础如此之差,困难如此之大,所以有六七位博士都被召集起来一起研究,建造南京东路站的同时,怎样才能保证脆弱的老建筑不受影响。我也是其中之一。

 

据说此前,决策层有过争议。有人提出,地铁站不如建在天津路上,毕竟天津路没那么多保护建筑。然而百般考虑后,还是下决心在南京路上建站,因为南京路汇聚了观光、旅游、商业、文化等种种功能。现在证明,这个大胆的决策颇有先见之明。但当时对我们工程技术人员来讲,压力很大。

 

再说一点背景。自主造地铁,在上海之前,只有北京做过。可北京的经验,上海难以借鉴。两者的地质条件不可同日而语。北京地下水很深,上海地下水太浅,土质松软,往下挖半米就可能“咕咕”地冒水,造地铁的困难大多了。上世纪中期,曾有外国专家来上海考察,直接断言“上海的土质不可能挖隧道和地铁”。

 

当时上海已经成功建造了地铁1号线,可谓打破了外国专家曾经的“预言”。然而当时1号线线路较短,有点试验性质,大部分不走市中心。而2号线,是首次在上海市中心的心脏地段——南京路步行街地下穿过。我们必须直面这个挑战。

 

“地铁之父”亲自带队

 

南京东路站由“地铁之父”刘建航院士亲自带队。刘院士生于1929年,几乎与东海商都这幢老楼同岁,但他依然坚持亲自跑工地。大家在地铁站边上临时安营,有需要就住在里面,位置就是后来的恒基广场。

 

刘院士最为辛苦,因为他说话管用,每当我们几个年轻人指挥不动工人时,只有靠刘院士去指挥。他还有高血压,但每次到了关键节点,他都坚持一定要去坑坑洼洼的工地看现场,甚至一连几天都住在现场不回家。难以想象,当时他已是70岁的老人了。

 

我记得有一天下雨,偏偏这时,一些工人不知怎么不见了。对上海的软土层来说,土挖到一定面积和深度,需要立即做支撑,不然要面临坍塌的风险,后果严重。争分夺秒。刘院士到现场一看,支撑居然还没做,一下子气急了,没注意脚下,“吧嗒”一脚踏空,踩到水潭里,鞋子、袜子、裤子全湿了,满身是泥。

 

我当时已经算正式工作了,其他几位还是博士生,作为刘院士的博士生,必须要跟着他跑工地。工作从早七点做到晚七点。1998年到2000年两年内,我们没有休息过一天。

 

如今回想起来,大家当时的工作状态非常好。中饭常常一起在河南路面馆吃一碗面。而刘院士的夫人,时不时会送来几包扬州的酱菜当佐料。工作安排是今天你去,明天他去,每个人轮流到现场,一班两人,彼此分工明确。重点观察挖土、支撑、加固的情况,随时测量数据,比对有没有变形。变形太大,就是险情,需要及时汇报,商量下一步应该怎么办。

 

我觉得很有意思,做这样一个工程,能抵得上读好多本书。外围的防险、加固、注浆等等,十八般武艺都用上了。这些东西现在来看,由于技术进步、材料工艺进步,做起来已经比当时容易多了。

 

中国独创的“挖地法”

 

上海能够建造地铁,刘院士贡献卓著。他很早就提出一些理论,比如说,上海的软土层,需要分区、分块、分层、对称、平衡、限时挖土。这种挖法,国外从未提出过。建造地铁1号线时,刘院士进一步总结了1号线的工程经验,最终归纳出“时空效应理论”。

 

“时空效应理论”简单点说,就是开挖的时候,时间和空间需要一起计算好。比如限定先挖某一块面积,限定先往下挖几米,按照种种参数计算,必须8个小时内挖好,及时做支撑。一旦超过这个时间,再挖就会造成较大的沉降和变形。时间和空间两个因素,同时影响着挖土的质量。这是上海能够在软土层建造地铁的法宝之一,也是国外从未有过的理论。

 

建1号线时,刘院士比较谨慎,这套办法只是粗浅的想法,在1号线建站时略有应证。但在建造2号线时,“时空效应理论”得到了充分利用和继承提升。可以说,2号线的顺利建造,真正为上海后来铺就几百公里长的地铁开创了条件。

 

不过,做工程的人都知道,世界上没有完美的施工。懂行的技术人员,不可能一天24小时盯着,执行的人难免有脱节。比如2号线科技馆站(原来叫杨高中路站)有一次基坑局部发生过问题,就是因为当时分层挖土的时候没控制好,支撑被冲断了。

 

建造南京东路站时,由于东海商都那栋楼,变形和沉降必须严格控制。当时挖一次土,必须在八小时甚至更短的时间内完成。然而囿于种种环境因素,完不成也有可能。所以每一次,我们都非常紧张。超时,就意味着变形大。变形大,墙后的土体就会移动。最终,东海商都这栋老楼会被“惊动”。

 

东海商都有七层高,当时却只靠7米短的11根小木桩支撑,而非现代建筑几十米的混凝土桩。它一动就会散架,像个碰不起的瓷娃娃。70年前,谁也没想到这个地方未来会建地铁。工程之难,不仅在于主体车站,出入口的施工也得十分小心。有一个出入口靠近南京饭店,那也是幢老建筑。

 

总之,南京东路站与人民广场站,当时并称2号线的“两大难点”。经过不断研究,基坑开挖时的沉降变形最后被有效控制住了。起初,深度挖了三分之一,已经沉降6厘米。后来我们调整方法,再挖剩下的三分之二时,沉降仅3厘米,变形只有原来的二分之一。若非如此,挖完后可能变形达到20厘米,那就会隐患重重。

 

最终,我们的团队竭尽全力完成了这项艰巨任务。

 

不愿做运营却做出了专利

 

2000年,地铁2号线正式通车。此后,地铁公司开始分成工程建设与运营维护两家。没想到,我被安排去做运营维护。说实话,我当时不愿去,有点小情绪。

 

建设和运营有很大差别,做这行的人都希望搞工程建设。每一座地铁站下面的结构都不同,每一次都能遇到新问题、新挑战,每一回都需要创新,因此工程建设很锻炼人。一旦成功做好,成就感也难以言表。

 

而运营不同,它要保证地铁顺顺利利使用100年,每一天的维护都必须认真仔细,点滴琐事永远做不完,俗话说“生活勿清爽”。

 

刘院士不愧是“地铁之父”,他与隧道打交道那么多年,对地铁的认识很深刻。当大家都想做建设不想做运营时,偏偏刘院士希望我去做运营,为此还专门到我家做我思想工作。他说,运营属于长期问题,做运营的人必须得懂建设。你是这个专业的全日制博士,也有建设经验,运营部门需要你。

 

直到今天,我越来越意识到刘院士当时看得多长远。从专业上来讲,工程建设或多或少都会有一些隐患,世界上不存在完美的工程。地铁想要百年以后还能使用,这些隐患就得靠后来的运营维护,去一一排查解决。所以刘院士当时就强调,后期运营这一块,必须有懂建设的人去做。

 

这几年,地铁站发生过一些事情。2004年左右,1号线黄陂南路到人民广场的某个区段,隧道变形很大。原因有多种可能,也许是上海地面这一块沉降快,也许是降水问题,也许是施工问题。它一直不断变形,已经变成椭圆形,如此下去非常危险,必须治理。

 

我们运营部门用了一年多时间,把上面的土体卸掉,更换成轻质材料,下面进行堵漏等等。每天后半夜,等地铁停运后,我们做一点、再做一点,一直修了一年半。后来,我们在多条运营线路上,大概发现三万多个变形点,平均每天晚上修补一百多个点。

 

把沉下去的地方抬起来,把变扁的隧道再撑圆,这个技术难度很高。此前全国都没有人尝试成功。为此,我们还获得了几项专利。

 

有意思的是,北京由于土质硬,此前没发生过类似情况。上海修补成功后,广州、天津、南京、杭州、宁波的地铁站,但凡碰到类似的沉降问题、隧道变形问题,都采用我们这套专利技术。现在全国各地在建的地铁线路上,发生类似问题,用的也是我们这套办法。

 

每一天晚上,当最后一列地铁末班车回到车库,整座城市已经入眠。而此时,正是地铁隧道里灯火通明的时候,有一百多人在检查和施工。每天,夜间停运的几个小时,对我们而言,都是最宝贵和繁忙的工作时间。

 

几年后,我又生出改做工程的念头。甚至表示,只要能做工程建设,没有任何职务我都愿意干。做运营很辛苦,辛苦也就算了,关键是你的辛苦和成绩,大家看不见,每天深夜都有忙不完的事儿。最终,是领导找我谈话,再一次说服了我。

 

第一个总是最惊心动魄

 

2006年的一天深夜,2号线过江隧道突然冒沙。当时我正好在静安寺站检查隧道,接到电话说,江底冒水,我吓了一跳。过江隧道漏水是非常棘手的事,于是我连忙打车前去。现场看到以后,心里更紧张。漏沙、漏水不断,堵都堵不住。这个问题不解决,可能整条过江隧道就不能用了。

 

后来刘院士也赶了过来。先让隧道公司帮忙抢修,隧道这方面的技术,我们的团队还做不了。大家一开始也想了几个方案,把隧道内部结构打开,一看,与预想的情况不一样,连忙又封上捂住,不敢轻易再动。就怕一动错,反而坏事。所有人一直忙到第二天早上9点,列车方能通车。

 

此后的半年,我们一直在研究,怎样处理隧道里的水。这些水每天深夜,都需要人手动去抽,工程艰巨。后来我们想到了液氮。用液氮把水冰冻,在冰冻状态下,一点点堵住。液氮这个方法用于地铁大概还属首次。我们用了半年时间,终于修复了过江隧道。

 

类似的情况,后来其他地铁站点也出现过。这一回大家都有经验了,知道用液氮处理。但第一个总是最惊心动魄的,在没有任何经验的情况下,那时候真是不敢轻举妄动,就怕隧道报废。

 

7号线黄浦江段,有一次发现隧道一天沉降1厘米,于是我们每天派人重点监测和检查,奇怪的是现场排摸,找了两天都没找到沉降原因。第三次,我说我去看一下吧,地毯式地找,终于找到一个小盖,打开一看,里面在漏水,水喷出来,但外面听不出任何声音。

 

针对情况,我们马上堵住漏水,沉降终于下降到一天不到1厘米。随后全网检查,发现有60多座车站都有类似的漏水点,原因还各不相同,又进行整改,花了近两年时间,终于全部堵住。

 

还有一次,凌晨3点我接到电话,说是一个正在建的站点,隧道被打穿了,下面不断冒沙。当时我的第一反应是:“不会吧,怎么会把隧道打穿了?”赶过去一看,果然如此,连钢轨都找不到,轨道被沙淹掉了。

 

每一次的施工队伍不同,经验和手法不同,也给后续的运营维护带来一些挑战。地铁的建设队伍一直在不断扩大,新手的技术培训显得越来越重要,必须及时跟上。施工中,意外的情况在所难免,但总希望越少发生越好。
当然,上海的建设队伍还是非常有水平的,比如“逆做法”就做得特别好。建造地铁时,一般顺序都是从下往上做,最后结构封顶。而从上往下挖,难度比较大,被称为“逆做”。“逆做”的好处很明显,就是地面交通恢复速度快。

 

淮海路上造地铁车站时,基本采取“逆做”,墙和顶板做好,管线铺上,防水洞挖好,地面交通就能迅速恢复。交通恢复后,施工队再继续往地下挖土,挖的时候,在风井的地方留个出土口,整个开挖过程,尽可能不影响地面交通。

 

目前,上海地铁线路总长超过500公里,三分之二都在地下。以上海的地质条件,地下建隧道,沉降、变形、漏水等问题都是常态,而维修不能影响第二天的正常运营。所以我后来感受到,运营这一块,一旦出现问题,解决起来的挑战性,比新建一座地铁站还大,所以就继续安心留下做运营。

 

做百年大计的地铁

 

刘院士至今都关心着地铁,前两年依然主动要求下隧道看看。考虑到他的身体情况,我们拦住不让他下去。但有时候开会,涉及重要方案时,我们还是请他一起来讨论。他一直强调说:“隧道是地铁的命脉。”一旦隧道没了,其他什么都没了,隧道和地铁的关系,就是“皮之不存,毛将焉附”。而上海由于特殊的地质条件,隧道的养护难度又非常大。

 

伦敦的第一条地铁线,是真正的百年大计。百年大计其实仅指隧道和车站。列车的使用寿命一般只有30年,管线、照明都要换好几次。只有隧道和车站,能在精心养护下使用100年。全世界第一条地铁隧道就在伦敦,它已经使用了130年,后来同样漏水问题严重,其后不断修修补补,经过几次“大手术”后继续使用,不轻易废弃。

 

上海对隧道的治理和养护,也很有自己的一套经验。比如,“微扰动注浆”。有一次我们和刘院士在现场演示,来自日本的几位专家,就对这项自主发明非常有兴趣。隧道沉降不能一下子抬上来,要一点点抬。看了我们演示的整个过程,日本的专家一直希望多与我们交流。至今为止,我们控制隧道沉降、变形,依然是靠这个发明。

 

上海如今的地铁规模总量已经达到世界前列。面对如此规模的地铁线路,我们对土建结构建立了多层次的管控机制。想象一下,这些线路,每天有八九百万人在其间穿梭,平均一条线路上就有几十万人,如果在白天运营时发生问题,地面交通势必乱套,对整座城市的生活影响很大。

 

我记得有一次,世纪大道站积水,早晨得知消息赶去,路上发现交通已经开始变慢,于是我对司机说:“你慢慢开,我坐地铁过去。”半个小时,我就到了世纪大道站,那时大概是早上6点。果然不一会儿,世纪大道附近的地面交通几近瘫痪。驾驶员10点还没开到世纪大道,而那时候,我们已经把世纪大道站的积水全部解决,地铁恢复运营了。

 

所以,我们这一块是永远做不好、做不完的活儿。但希望,在我们的努力下,上海地铁也能像伦敦一样,真正成为百年大计。 

 

(本文转载自今日《解放日报》。编辑邮箱:shguancha@sina.com)

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