武漢地鐵 7 號線工程技術創(chuàng)新與實踐

歐陽冬

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063）

1 項目概況及特點

武漢地鐵7號線長84.2 km，設站37座，是串聯北部新城、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，是串聯長江兩岸經濟帶的一條重要發(fā)展軸，如圖1所示。其中，7號線一期自園博園北至野芷湖，全長30.85 km，設站19座，2013年開工，2018年建成運營；7號線南延線（紙坊線）自野芷湖至青龍山地鐵小鎮(zhèn)站，全長16.9 km，設站7座， 2014年開工，2018年建成運營；7號線北延線（前川線）36.45 km，設站11座，已于2017年10月開工。全線批復概算總投資621億，為武漢市投資最高的地鐵線路。7號線工程具有如下特點。

（1）開拓城市新格局，創(chuàng)建了貫通武漢市南北的交通大動脈和經濟發(fā)展軸。7號線工程錨固了北部前川新城和臨空港經濟開發(fā)區(qū)、漢口武漢商務區(qū)和建設大道金融街、武昌濱江商務區(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，對漢口、武昌融合發(fā)展具有重要支撐作用。7號線建成后每天承擔跨長江客運量遠期預測將達到47.3萬人次/日，公路隧道遠期預測車流將超10萬輛/日，對于緩解過長江橋梁道路壓力具有重要意義。

（2）換乘車站多，是名副其實的“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)點的分布和換乘方式的靈活性對發(fā)揮軌道交通線網的整體功能具有重要意義。

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

（4）涉鐵工程多，等級高，運營鐵路保護和協調難度大。本工程共有11個區(qū)間合計20多處下穿鐵路。其中余—橫區(qū)間下穿京廣高鐵、?！L區(qū)間下穿漢宜漢丹客運專線，做好穿越既有高鐵、地鐵的方案研究及控制風險是本工程的一個重難點。

（5）沿線建筑物密集，管線眾多，實施環(huán)境復雜，施工難度巨大。

（6）首創(chuàng)“公鐵合建”超大盾構隧道下穿長江。

（7）科學合理推行“地鐵＋物業(yè)”可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，首創(chuàng)越江公路隧道風塔與超高層建筑核心筒合建方案，全線合計開發(fā)100多萬m2，開發(fā)強度和質量在國內名列前茅。

圖1 7號線工程線路走向示意圖

2 技術特點與創(chuàng)新

2.1 建筑與裝修

2.1.1 建筑空間

7號線車站在滿足地鐵基本功能的基礎上，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、大氣端莊的地下空間，給乘客提供了舒適的環(huán)境體驗。圖2為三陽路站、徐家棚站實景照。

圖2 三陽路站、徐家棚站實景

2.1.2 人性化

7號線所有站內均設置了雙向自動扶梯、無障礙垂直電梯、自動圖書借閱系統、直飲水系統、無障礙衛(wèi)生間、招援電話等人性化便民設施；每個車站配備了藝術凳子，供乘客休憩；在客流量大的徐家棚站換乘區(qū)內增設換乘專用衛(wèi)生間等，為乘客提供舒適、溫馨的乘車環(huán)境。

2.1.3 藝術性和文化性

7號線車站裝修設計在注意提升功能性基礎上，對天花板、立柱、墻面、地面、三角房進行了藝術化的處理與創(chuàng)新，以期達到最美視覺體驗。以“橙色律動，活力地鐵”為理念，表現了整條線路的運動、商業(yè)和交通活力。7號線標準站設計中結合線路鳳凰橙色，以中國家喻戶曉的鳳凰涅槃傳說為脈絡，力圖整體呈現湖北“楚文化”底蘊，強化公共空間的文化內涵，反映出獨特的湖北地方特色，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凳實景。

圖3 螃蟹岬站三角房及藝術凳

2.1.4 協調性

7號線車站出入口和風亭的地面部分結合周邊情況進行藝術化處理與創(chuàng)新，在與周圍環(huán)境的統一性和保持地鐵出入口的標志性造型之間進行了協調，達到了完美融合。圖4為考慮與周邊環(huán)境協調并經藝術化處理后的出入口、風亭效果圖。

2.2 車站結構及施工

2.2.1 公鐵合建車站結構

徐家棚站為武漢地鐵5號、7號、8號三線換乘車站，總建筑面積13.8萬m2，該站與三陽路越江隧道“公鐵合建”，車站基坑最深達36.76 m，為武漢地鐵車站最深基坑。車站緊鄰長江，場地存在40 m厚飽和粉細砂，地質條件差，周邊環(huán)境復雜，工程風險突出。傳統設計方法和技術無法滿足建設的需要，通過研究取得了以下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，實現了共享共建的先進理念。

圖4 出入口、風亭效果圖

（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、景觀、裝修”一體化的理念，營造了服務武漢千萬市民的高質量精品工程。

（3）開創(chuàng)了“先逆后順再拓”新型逆作工法，有效解決了“公鐵合建”二次轉換結構逆作施工難題；減少了近萬方混凝土支撐廢渣，成功實踐了“綠色建造、降噪、節(jié)能、低碳”的環(huán)保建設理念；研發(fā)了鋼管混凝土柱“兩點機械”定位技術，實現了安全高效的施工，保護了環(huán)境。

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

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、7號、11號、12號線4線換乘站，沿中山路敷設，為地下三層車站，車站主體標準段基坑深度約26.6 m。附屬過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準化設計、施工和設備制造成套技術，有效解決了交通疏解、管線遷改的難題。該成套技術采用的大斷面矩形頂管斷面尺寸為9.8 m×5.5 m（內凈空8.5 m×4.2 m），為國內地鐵過街通道下穿公路隧道斷面面積最大的矩形頂管。該成套技術在7號線5個附屬工程中應用總長度達270 m，應用效果良好。圖6為大斷面矩形頂管剖面圖。

2.2.3 半逆作法施工

武漢中央商務區(qū)站為武漢地鐵3號、7號線換乘站，車站總建筑面積達8.8萬m2，單體基坑面積達2.43萬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合工法：首先，施工超大基坑四周結構，利用車站主體結構替換內支撐，形成周邊桁架支撐體系，從上往下逆作法施工，開挖至基坑底；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，工效突出。

二期工程為7號線東西兩端結構，采用全逆作法施工，利用主體結構替代傳統內支撐系統，實現對一期工程的有效保護。圖7為武漢中央商務區(qū)站總圖及施工現場。

2.3 車輛段信息化設計

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 武漢中央商務區(qū)站總圖及施工現場

武漢地鐵7號線野芷湖車輛段是武漢地鐵規(guī)模最大、上蓋體量最大、技術最先進、線網資源全方位共享的車輛段，也是全國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。車輛段應用建筑信息模型（BIM）技術和虛擬現實（VR）數字化技術首次構建全專業(yè)BIM解決方案和技術裝備VR數字化方案，實現BIM 技術在工程全生命周期中的應用和技術及裝備的綜合VR數字化應用，使其成為國內首個數字化車輛檢修基地。

BIM技術和VR技術輔助核查可減少設計階段的錯誤，提高方案匯報的清晰度，可進行沉浸式方案展示，直觀反映設計意圖，降低對現場施工人員識別二維圖紙的要求，幫助其快速制定施工方案；利用VR技術可實現車輛段檢修工藝仿真模擬、檢修設備輔助研發(fā)等，實現車輛段土建、設備的數字化管理，制定運維方案，提高運維水平，開展員工培訓。BIM技術和VR技術的應用，實現了車輛基地設計、建造和運維管理的集成化、協同化、可視化和智能化。

圖8為野芷湖車輛段VR技術應用效果圖。

圖8 野芷湖車輛段VR技術應用效果圖

3 關鍵施工技術

3.1 “公鐵合建”超大盾構越江隧道施工

7號線三陽路越江隧道采用公路隧道與地鐵“公鐵合建”方案，線路全長4 650 m，合建段超大盾構區(qū)間長2 590 m，這是世界上首座公路與軌道交通合建的盾構法隧道，同時也是目前國內已貫通的最大直徑盾構隧道。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）三陽路越江隧道在長約1 360 m的江底段同時分布著強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”。施工過程中最困難、最艱險之處在于攻克了15.76 m的超大直徑盾構穿越“鉆石層和年糕團”這種上軟下硬復合地層的世界級難題。超大直徑+復合地層讓施工的風險和難度呈幾何級數上升，在中國隧道建設史上還是第一次，在全球工程領域也極為罕見。

（2）越江隧道武昌段盾構工作井基坑外包尺寸長66 m，寬52 m，開挖深度44.1 m，距離長江500 m，為國內地鐵緊鄰長江最深基坑；基坑場地存在40 m厚飽和粉細砂，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“雙墻”止水方案，徹底隔斷基坑內外水力聯系，形成可靠的落底式止水帷幕，攻克了緊鄰長江超深基坑的地下水滲漏問題；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場。

圖10 越江隧道武昌段工作井施工現場

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

3.2 大跨度橋梁轉體施工

7號線余—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)，橋梁主梁采用預應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澆加轉體施工，轉體重量達25 000 t，為我國城市軌道交通最大重量轉體工程。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 武昌段風塔超高層建筑綜合體效果圖

圖12 大跨度橋梁效果圖

7號線紙坊大街站—青龍山地鐵小鎮(zhèn)站區(qū)間全長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，毛洞設計最大寬度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，地質情況復雜、巖面多有起伏、承壓水賦存豐富、地質構造劇烈、圍巖級別多變、巖溶發(fā)育強烈，是本工程技術關鍵點和創(chuàng)新點，為武漢地鐵丘陵區(qū)高承壓水強烈?guī)r溶發(fā)育地帶礦山法設計與施工積累了寶貴的經驗。圖13為超大斷面隧道施工現場。

4 結語

武漢地鐵7號線一期和南延線工程已于2018年開通運營，通過技術創(chuàng)新和工程實踐，在建筑裝修、公鐵合建、特殊工法、車輛段場等方面取得了一系列創(chuàng)新成果。經2年時間的安全運營和實踐檢驗，各項成果應用良好，產生了良好的社會影響和經濟效益，代表城市軌道交通發(fā)展的先進水平，具有顯著的示范效應和開拓意義。

圖13 超大斷面隧道施工現場