地铁3号线南延段上厦区间施工现场。（厦门地铁供图）
厦门网讯（厦门日报记者林钦圣）厦门地铁3号线是贯穿整个“十四五”时期的厦门重点工程——2021年6月25日，厦门地铁3号线厦门火车站至蔡厝站段开通运营；2022年1月，地铁3号线南延段正式开工建设，目前正全力冲刺建成投用目标。分段建设、分段开通运营，其施工时间之长、施工难度之大，遭遇的自然条件、文脉保护之难，实属罕见——已开通运营的3号线（厦门火车站至蔡厝站段）过海段穿越厦门岛东侧海域遇上了国内罕见的海底风化深槽天险；目前在建南延段穿越万石山等复杂地质及临海富水地层，还毗邻厦门保留较完整的展现近代历史风貌的厦港老城区……
难题如何破解？近日，记者走近建设者，听他们讲述背后的故事。
矿山+泥水盾构攻克过海难题
“虽说男儿有泪不轻弹，但那一次走过海段的时候，眼泪忍不住掉下来。”现任厦门地铁建设公司3号线南延段项目经理邱林枫回忆说，2020年9月26日，地铁3号线过海段贯通当天，他没有参加贯通仪式，一直到3号线开通运营前夕，他一个人从岛内的五缘湾站一直走到翔安的东界站。这段路程，他和其他建设者们一齐走了1700多个日日夜夜。
邱林枫在2018年担任地铁3号线过海段一工区的项目经理。“过海段海域区间长约4公里，矿山法区间长度2.6公里，泥水盾构区间长度1.4公里。”采访时，邱林枫不假思索说出了这些数据，他说，这些数字他可能一辈子都不会忘。
地铁3号线过海段的地质复杂程度及施工难度远超预期，存在多个风化深槽、风化囊、基岩突起等地质现象，地质勘察整整用了一年半的时间才完成。“正是因为地质复杂多变，仅用一种工法难以应对，且风险极大，所以最后选择‘矿山+盾构’的组合工法，将两种工法的优势相结合，更好地控制了风险。”邱林枫介绍说。
“矿山法区间左右线先后穿越了9次海底风化深槽。风化深槽是海底岩层因风化作用形成的深坑。”邱林枫打了个比方，风化深槽就像“夹心饼干”，两边看似“硬”，中间却很“软”，存在极大的施工风险。面对过海段最长的一条长达290米的风化深槽，用了16个注浆开挖循环，多次邀请国内的工程院院士、资深专家研究论证，花费13个月才最终攻克。
全长约1.4公里（双线约2.8公里）的地铁3号线盾构法海域段，同样面临着复杂的地质条件。最终，厦门地铁建设者在海平面下60米（最深80米）、5.38个标准大气压环境中，完成长约200米孤石群、全断面砂层、风化深槽、上软下硬等复杂地层条件下掘进，攻克强度高达204兆帕全断面花岗岩地层长距离穿越、高水压环境下盾构密封等多项施工难题，实现了行业多项技术“零的突破”。如今市民乘客通过地铁3号线进出岛仅需5分钟，背后是4年9个月的默默坚守。
矿山+双模盾构攻克穿山难题
“海底能通，山里也能通！”2022年，邱林枫转战地铁3号线南延段，面对地铁3号线南延段上厦区间（上李新村站至厦门火车站），他和同事们依旧信心满满。
上厦区间是3号线南延段的控制性工程，全长3.2公里，依次下穿和侧穿龙虎山路排洪箱涵、岷厦国际学校、思明三建宿舍、龙虎山路宿舍、铁路疗养院、万石山、东坪山、梧村山后接入3号线火车站南端预留工程。
“过程中需长距离穿越软硬不均地层，以及多段断层及碎裂岩地层等复杂地质，其中长达2.19公里的中微风化花岗岩，岩石饱和抗压强度最大达124兆帕，给掘进施工带来极大挑战。”厦门地铁建设公司3号线南延段项目经理许垚谦介绍，为满足施工的适应性、安全性需求，上厦区间最终采用组合工法施工，其中2.4公里采用双模盾构法掘进，0.8公里采用矿山法开挖。
许垚谦说，虽然矿山法区间仅有0.8公里，但最大开挖跨度达20米，断面达231平方米，相当于半个篮球场的面积，是目前厦门地铁在建工程最大的区间隧道断面。为满足通风及逃生需要，同步在文屏路靠近山脚处设置了一座中间风井及风道。常规风井一般深度只有30多米，而该风井深度达到50.2米，创下厦门地铁建设中的最深纪录。
由于地质的复杂性，单一模式的盾构机无法满足上厦区间的施工需求，因此能“软硬兼施”的双模盾构机应运而起。“穿越软土及上软下硬地层，适合用‘土压平衡’模式；进入山体后有2000米长距离硬岩隧道，岩石强度高，就适合转换成‘TBM硬岩’模式掘进。”许垚谦说。
记者了解到，盾构机在上厦区间共进行了6次模式转换，足见地质复杂程度之高、起伏变化之大。许垚谦说，虽然每次模式转换平均需要约20个日日夜夜不间断操作，但这种可转换的盾构施工工法，更好地确保盾构隧道施工更快更安全进行。
无柱车站破除空间桎梏
地铁3号线南延段还在施工中。近日，记者走进主体结构已经完全成型的曾厝垵站，一座地下两层车站映入眼帘。与普通的车站大为不同，这个车站的站厅内并无立柱。
曾厝垵站是全国首个垂直开挖的预应力地铁车站。之所以采用“无柱设计”，一方面，标准地铁车站长度一般为220米至270米，但曾厝垵站受地形限制，仅有140米，是“短胖”型车站；另一方面，因为预应力技术特有的“无柱设计”，能进一步增大车站空间，空间开阔度提升80%。
不仅是曾厝垵站，地铁3号线南延段因为地处厦港老城区，多数车站选址毗邻老城建筑，房屋密度远超新开发区域，道路最窄处仅8米。“传统车站采用框架结构，无论是‘两柱三跨’，还是‘单柱双跨’结构形式都需要用柱子支撑。”厦门地铁建设公司设计总体技术主管王华毅表示，地铁3号线南延段的建设空间十分有限，若沿用传统施工工艺，不仅需大规模拆迁，还可能对周边风貌建筑地基造成影响。
最终，厦门地铁把目光投向了不需要支撑柱的预应力技术（通过预先施加的应力，改变结构的受力状态），但国内几乎没有地下地铁车站应用该技术。做第一个吃螃蟹的人，需要面对挑战的勇气，更需要经得起推敲的智慧。“为了使地铁车站混凝土结构顶板满足结构受力、裂缝控制等条件，我们联合同济大学搭建了全国最大足尺（全尺寸实体模型）模型试验装置。”王华毅回忆说，那段时间，他频繁往返上海和厦门。进行模型试验当天，当荷载加压至设计值两倍时，结构变形量仅为规范限值三分之一，实验室里响起了成功的欢呼声。
预应力技术的安全性与可靠性得到充分验证，但耐久性设计在地铁领域几乎是空白。王华毅介绍，在充分吸取桥梁、房建等领域的设计经验后，结合地下结构的实际情况，厦门地铁构建了多道防腐蚀体系——将钢筋保护层厚度由规范要求的55毫米提高到72毫米，经测算结构的使用年限可提高40%；采用特殊的管道填充料，在预应力套管内部和锚头封罩内填充材料中加入阻锈成分。
“厦门地铁与同济大学共同研发的地下轨道交通车站预应力施工技术，成功填补国内技术空白，构建老城区地铁建设的厦门模式。”王华毅表示，传统地铁车站明挖法施工不仅要大规模拆迁，还可能碰损周边的老城风貌，以地铁3号线南延段为例，预应力技术的应用，累计减少拆迁近8000平方米，成功留存老厦门的历史文化根脉。
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