樁與我國的城市地鐵建設

第三節  樁與我國的城市地鐵建設

城市地鐵是城市地下軌道交通的總稱和簡稱。城市地鐵一般設計在地下運行，淺埋或深埋。由于城市地形地勢地質等原因，以及建在非居民區，建在河流交匯處或既有鐵路沿線等環境原因，某些線路需在地面運行，稱為地面線，或在地上建造高架軌道運行，稱為高架線；地面線和高架線合稱為輕軌交通。城市地鐵和輕軌交通統稱為城市軌道交通。但人們在習慣上常用地鐵一詞涵蓋其地下線、地面線和高架輕軌交通。

城市地下軌道交通是城市中最快速、安全、舒適、節能、環保，兼具運量最大的高密度交通運輸系統和大眾交通工具，常被稱為“綠色交通”。如今，城市地下軌道交通已成為衡量城市經濟規模及發展水平的重要標志。

我國城市地鐵建設發端于1956年因國家戰備需要，由黨中央作為軍事機密任務直接下達給中國人民解放軍鐵道兵承擔籌建的北京市長安街地下工程，其中經過數年探索，包括先后邀請兩批蘇聯專家前來指導，后蘇聯專家毀約撤走，仍由我國專家自力更生，自行邊學習、邊設計、邊完善的一段艱苦歷程。

1965年2月4日，毛主席作重要指示決定北京地鐵上馬。此指示后被地鐵業界乃至土木建筑業界奉為圭臬，稱為“二四指示”，見圖2-12。

圖2-12  毛主席1965年2月4日對地鐵建設的指示

1965年7月1日，北京地鐵一期工程開工典禮在八寶山隆重舉行。黨和國家領導人朱德、鄧小平、彭真、羅瑞卿及時任北京軍區司令員楊勇等出席并奠基，見圖2-13和2-14。

       領導人出席，楊勇司令員（左1）致詞            一期工程奠基

1971年1月15日，北京地鐵一號線亦即我國的第一條地鐵建成通車，長23.6km，其中大部分線路建在長安街地下（參見圖2-15），該線后經幾次調整延伸，至2000年全長31.05km。

圖2-15  北京地鐵一號線天安門東站站臺候車廳竣工時內景

至2014年，自上世紀90年代初以來，我國的城市地鐵建設進入了一個分批有序、快速發展的時期。北京、天津、上海、廣州、深圳、南京、重慶、武漢、大連、長春10大城市和特大城市，加上稍后跟進的沈陽、成都、杭州、蘇州、西安、哈爾濱、長沙、福州等28個城市，全國共38個大中城市已建成通車運營及正在建設施工的地鐵總里程將近6000km之譜。其中

上海  567 km/ 18條線； 北京  527 km/18條線；

天津  227 km / 9條線； 廣州  260 km/ 9條線；

南京  182 km / 4條線； 深圳  177 km/ 5條線；

重慶  160 km / 5條線； 武漢  95.6km/ 3條線；

大連  259 km / 7條線；   長春  117km / 4條線。

我國香港特區和臺灣地區在IMF的統計中分別列為單獨的經濟體，但它們的經濟發展與內地/大陸密切相關，地鐵建設各有特色。

香港地鐵始建于1979年，現有3條線路，全長43.2km，其中地下線34.4km。香港地鐵由于開發地鐵車站上蓋物業和開發沿線土地與物業的創新實踐取得成功，獲得贏利，是全球唯一不需政府補貼的范例。

我國臺灣地區稱地鐵為“捷運”系統，自1997年開通，至今在臺北市有13條線，203.9km；高雄市2條線42.7km，臺中市1條線16km，三地總長262.6km，發展迅速。

查考國外地鐵發展情況，資料表明，倫敦地鐵始建于1856年，是世界上第一條地鐵，它于1862年1月10日通車運營，長約7.2km。當時以蒸汽機車牽引地鐵列車。后于1890年建成以電力機車索引的地鐵，為世界第一條電氣化地鐵。發展至今，倫敦地鐵有12條線路，總長約421km，其中地下線167km。

紐約地鐵最初于1868年建成一條高架線，使用纜索索引，后因噪音及污染嚴重而被拆除。1907年另建一條有58%為地下線的地鐵通車。目前，紐約地鐵有37條線路，總長443.2km，其中地下線250km。

芝加哥地鐵最初于1892年投入運營，總長170.8km，其中有90.8km是高架線，地下線不足18.3km，芝加哥地鐵又稱“L”或“el”線地鐵，它源于“elevated”（高架）之意。

巴黎地鐵于1900年開始運營，至今有14條主線，2條支線，總里程約220km。

柏林地鐵，始建于1902年，現有線路總長約134km。

東京于1927年12月開通了亞洲最早的地鐵，目前有13條線路，總長312.6km。

大阪地鐵始建于1933年，現有8條線路，總長861km。

莫斯科地鐵于1935年通車，長11.6km，現有17條線路，總長約212km。俄羅斯與獨立體各國建有地鐵網，全長約590km。

斯德哥爾摩地鐵始建于1950年，現有線路總長110km，其中地下線62km。

奧斯陸地鐵始建于1966年，現有線路總長100km，其中地下線15km。

墨西哥城地鐵始建于1969年，現有21條線路，總長400km，修建在海拔2300m的高原上。

舊金山地鐵始建于1972年，現有線路總長115km，其中地下線37.4km。

平壤地鐵于1973年通車，現有二條線，全長22.5km，最大埋深達200m左右，是世界上埋置最深的地鐵。

首爾地鐵于1974年通車，現有線路總長116km，其中地下線93km。

華盛頓地鐵始建于1976年，現有線路總長112km，其中地下線52.8km。

新加坡地鐵始建于1987年，現有線路總長62km，其中地下線18.9km。

在1987年之后，世界上又有若干城市興建了地鐵，但這些城市的地鐵里程都僅數十公里。

追溯自1856年至今，世界上共有40多個國家和地區的140多個城市建有地鐵，總里程（不包括我國）共約5800km，其中歐洲約2100km，亞洲約1000km，北美約1600km，南美約500km。 這說明我國的地鐵建設雖起步晚于先進工業國家100余年，但到目前我大陸38個城市，加上港臺二地4城市，地鐵建設總規模已超過世界上140多個城市地鐵里程總和的約10%；并且，按城市擁有地鐵里程排名，上海、北京躍居世界第一和第二位，其線網分別見圖2-16和2-17。同時，上海、北京兩地地鐵日均客運量均已超過1000萬人次，為世界上最繁忙的地鐵系統。其次為紐約，日均500萬人次。

圖2-16 上海軌道交通運營線路示意圖（2014年）

圖2-17 北京地鐵規劃線路圖（2014年）

對于城市地鐵，人們通常認為地下隧道線應是地鐵的主要部分。但國內外大量的工程實踐證明，地下線相比于地面線和高架線，建設工期長、難度大、造價高。因此，據統計世界各國已建地鐵系統約有51%是地面線，13.6%是高架線，只有35.4%是地下隧道線。換言之，在地鐵系統中約有三分之二是地面線和高架線，三分之一是地下隧道線。本文前面所舉國內和國外數十個城市，總體而言符合此規律。

基于上述情況，在地鐵建設中樁承擔了幾大重任：

第一、樁要為地鐵地面線的路基、橋墩和車站框架系統提供可靠的支承，并滿足對其沉降的嚴苛要求，這些樁稱為支承樁。

圖2-18和圖2-19分別是上海軌道交通虹橋路站車站結構的平面和剖面圖，可以大致感知車站框架柱下樁頂承受的荷載之繁重，遑論在設計中尚須計入巨大的活荷載等等。

圖2-18  上海軌道交通虹橋路站車站結構平面圖

圖2-18  上海虹橋路站車站結構剖面圖

支承樁常用的樁型主要有預制節段體外預應力混凝土管樁、預制鋼筋混凝土方樁、鉆孔灌注樁、人工挖樁等。

第二、樁要為車站及其出入口等地下結構包括設在各條線路終端的維修保養車庫車輛段、控制調度等場所以及盾構機出入井等的深大基坑開挖施工提供可靠的支護，此即支護樁、圍護樁或圍護結構。

由于城市地鐵網絡化運營必須實現二線、三線、四線等多線同臺換乘、立體無縫對接，換乘站和換乘樞紐的基坑開挖面積和深度越來越大，圍護結構的施工難度越來越大。

圖2-20和2-21分別是上海軌道交通徐家匯三線換乘樞紐和世紀大道四線換乘樞紐的效果圖。

近年來，根據不同城市具體線路的地質條件和環境要求，我國各地因地制宜開發應用了多種深大基坑圍護技術，例如鉆孔咬合排樁、水泥土地連墻、鋼筋混凝土地連墻、微型樁等等。

第三、對地下隧道掘進沿線及附近存在的建構筑物和歷史文物保護單位等既有的樁基和地下設施及地下各種管道線路等等，在經過慎密的勘測后，應先期分別采取保護隔離措施，打設加固、保護、隔離樁。參見圖2-22至2-23。

圖2-22  地鐵隧道位置與地面既有建構筑物相對平面示意略圖

圖2-23  對地下鄰近既有基礎工程等的保護性加固措施

所謂基礎加固樁、保護樁、隔離樁等，它們不同于支承樁和圍護樁，是將樁應用于上述非常規的特殊用途。近一、二十年來，隨著我國南北各地相繼興建地鐵，以及舊城改造的需要，在這些方面已積累了豐富的工程實踐經驗和試驗研究成果。本書在第五篇“樁的特殊應用”及第六篇“特種樁型的設計與應用”中均有相關論述。

第四、在地鐵線路行經之處，有的既有建構筑物需要進行“整體搬遷或移位”，有的需要進行基礎托換，這些工作都需有樁的介入；有的被廢棄的舊樁必須予以“清除”。已衍生了“基礎托換”和“舊樁清除”二門新技術，本書在第四篇中分別有專章論述。

相關鏈接——地鐵的起源

1850年代，英國倫敦人口超過了250萬，成為當時世界上最大的城市，稠密的人口使倫敦變成了歷史上第一個交通擁堵的城市。由于當時汽車尚未發明，擁堵在倫敦街上的是公共馬車和私家馬車。

一位名叫Charles Billson的律師覺察到倫敦市民對鄉村居住環境的向往，敏銳地意識到改善城鄉交通的意義和商機。他毅然決定修建一條運作于地下的鐵路。經過數年的籌備、集資和規劃、設計、試驗與施工制造，并說服市議會獲得了批準，世界上第一條地鐵從倫敦市帕丁頓至法靈頓，長7.6km，于1856年開建，1863年1月10日建成通車運營。其地下隧道為單拱式磚砌結構，截面高5.18m，寬8.69m。車廂用木材制作，車輛用蒸汽機車牽引。因當時電力尚未供商業應用，照明設備是煤油燈。

下圖為1864年的一幅版畫，描繪了當時倫敦市民搭乘地鐵的情景。

引自《鳳凰周刊》Oct.2014中第29期，p93