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国家最高科学技术奖获得者:钱七虎院士与城轨交通

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1月8日上午,2018年度国家科学技术奖励大会召开。中国人民解放军陆军工程大学钱七虎院士获2018年度国家最高科学技术奖。作为我国著名的防护工程与地下工程学家,钱七虎院士的身影也时常出现在我国城轨交通建设的世界级重难点工程之中。同时,他还是中国城市轨道交通协会专家学术委顾问。

钱七虎,1937年10月出生,江苏昆山人,中国工程院院士,陆军工程大学教授。60余载从事防护工程研究和人才培养工作,建立了我国现代防护工程理论体系,解决了核武器空中、触地、钻地爆炸以及新型钻地弹侵彻爆炸等若干工程防护关键技术难题,对我国防护工程各个时期的建设发展做出了突出贡献。

建起一座地下城市

19世纪是桥的世纪,20世纪是高层建筑的世纪,21世纪是地下空间大开发的世纪,城市发展空间由地面及上部空间向下延伸,是城市发展的必然趋势。越来越多的地下空间开发项目开始走进了人们的生活,如:地铁、地下快速通道、地下商场、地下停车场、地下仓储和物流、地下河川、地下综合管廊……

如何带动经济落后区域的发展?钱七虎认为,首要是发展轨道交通为核心的快速交通。因此,他率先倡导并开展了中国城市地下空间开发利用的研究,于2004年在国内首次提出了城市地上地下空间一体化的理念,依此构建我国城市地下空间规划理论,在北京、南京、杭州等20多个大型城市开展了地下空间开发利用的实践。

然而在施工过程中,沿江、沿河城市对工程施工建造技术提出了新的挑战。以南京地铁10号线为例,其长江隧道是目前国内地铁隧道最长、直径最大的,全长3600米,为单洞双线地铁隧道。

对此,中国铁建十四局集团与德国海瑞克公司合作,采用盾构技术施工工艺,并对直径11.64米的大型泥水平衡式盾构机换刀技术进行改革,在世界同类型直径泥水盾构机中,首次在长江的地铁越江隧道中采用常压换刀技术。

对国内同类型施工具有借鉴意义,对提高工效、降低成本、保证安全都有很好的示范作用。

加快换乘枢纽建设实现地铁零换乘

如何节省乘客的通勤时间?钱七虎认为关键在于地下换乘枢纽。他告诉记者,建设地铁路网的目的是提高乘客的方便与舒适,因此评定换乘枢纽与结构方案有效性的一个重要指标是节省乘客时间,特别是换乘时间,所以应力求最大限度地减少换乘枢纽站的不同线路车站站台中心之间的距离。

钱七虎说,并行行驶乘客只需要穿过站台,花费10-20秒就可完成换乘,反向换乘则要穿过在站台中央或站端的过道来完成,约花费60-90秒,反向换乘占地空间大,约1万平方米。

在国外的各城市换乘枢纽总量中,双线相交的最多占67.1%至88.3%(日本大阪为100%),三线相交其次,从11.7%至26.4%。四线相交的,巴黎为7.1%,伦敦为1.9%,莫斯科为4.8%。

各地铁城市中绝大多数换乘站的93%到100%,为两条地铁线或三条地铁线相交的换乘站。随着地铁网长度和地铁线路的增加,换乘枢纽的数量以较快的速度增长。为了及时地拟制大城市的地铁发展总方案以及综合开发地下的方案,分析研究新的、在规划与结构方面有效的地铁换乘枢纽是必须的和紧迫的。

他还表示,探讨新的换乘枢纽方案,首先要合理地指向保证两线或三线的换乘,这在很大程度上是适应了大城市地铁发展的趋势。同时,在密集的城市建筑区和历史文化风景保护区,应研究设计紧凑型换乘枢纽。

“按照舒适性、安全性、节省换乘时间、紧凑性来讲,联合换乘枢纽是最方便的,在联合换乘枢纽里,顺向与逆向的乘行站台相容于一个统一的结构性。”钱七虎说。

此外,城市综合开发利用地下空间的规划应高水平规划地铁线网,还应规划邻近枢纽的地下空间,并要考虑到建设城市新区或改造老城市中心区的前景。

要“面子”更要“里子”

随着城市化的发展,城市地下所要容纳的管线越来越多:电力、通信、广播电视、给水、排水、热力、燃气等市政管线各个“成员”都要在地下“安家落户”,如何实现地下空间的综合利用和资源共享呢?

钱七虎介绍,上世纪以来,国内综合管廊先行城市上海、成都、北京等已建成一批地下综合管廊,但却一直存在“建而不入”“建后难管”的难题,这与国外先进城市的综合管廊建设管理经验形成鲜明对照。

1999年,在莫斯科地铁胜利车站考察

综合管廊的病根究竟在哪里?分头管理的市政体制与条块分割的部门所有制无疑是重要因素,而破除分头管理与部门分割的利器则是“法治”。

钱七虎表示,应大力提倡综合管廊与地铁建设、地下街建设和地下快速路建设相整合,从而降低建设成本,减小社会干扰,避免重复建设、投资。修建地下快速路的趋势已经在国际上初露端倪,美国波士顿从1959年开始修建高架桥,到1994年开始拆除高架桥转而修建一条8-10车道的地下快速路和8车道的水下隧道,包括7.8英里的匝道和161英里的道路。

俄罗斯为保护莫斯科市列尔托福区的历史文化遗迹和人文景观,在地下36米处修建了长4公里的地下快速路。

在中国,地下空间开发规模也很庞大,例如,中国台北东西快速道路共同沟的建设,全长6.3km,其中2.7km与地铁整合建设;2.5km与地下街、地下车库整合建设;独立施工的共同沟仅1.1km,从而大大地降低了建设总成本,有效地推进了共同沟的发展。

武汉地铁三号线宗关站,将电力管、排水管、通讯管等管道集结在一起,与2、3号出入口工程整合建设,既解决了“城市蛛网”埋设随意性较大、分布不合理的问题,也可避免检修时对城市道路重复“开膛破肚”;乌鲁木齐市在远景规划城市轨道交通线网中,也考虑了同步进行地下综合管廊建设。

钱七虎表示,管线事故马路成“拉链”、空中架线漫天蜘蛛网,有了综合管廊,这些影响城市安全和市容环境的问题将迎刃而解,未来地下快速路和地下物流系统的修建,可以很好地解决汽车尾气排放污染问题,地下河川的建设也可以起到保护水资源不受污染的作用,中国城镇化的发展既要“面子”,也要“里子”。

谈兰州地铁建设

连续两天来,在兰州城市轨道建设工地上穿梭着一位白发老者,他就是中国工程院院士钱七虎。他跟随“一带一路”建设高层次专家甘肃咨询服务团队来到兰州,为兰州正在建设的地铁工程“问诊把脉”。

在施工现场,已经78岁的钱七虎在20多米深的基坑中爬上爬下,在400多米长的隧道里仔细勘察。白天跑现场,晚上回到驻地,他要把当天看到的问题进行梳理总结,并交由助手做好PPT,以便第二天及时反馈咨询情况。连日来,这位老者严谨的治学态度和认真的工作精神,让周围的人感动不已,而他提供的专业指导也令兰州城市轨道的管理和技术人员获益匪浅。

作为我国著名防护工程和地下工程专家,钱七虎曾率先提出并开展了中国城市地下空间开发利用的研究,并于2004年在国内首次提出了城市地上地下空间一体化的理念,依此构建我国城市地下空间规划理论,在北京、南京、杭州等20多个大型城市开展了百年之地下空间开发利用的实践。他曾参与三峡工程、长江隧道等国家重大工程,进行难题处置方案研究,并先后担任多个城市的地铁建设顾问。

2005年5月,兰州地铁指挥部成立专家组之初,钱七虎就作为专家代表,首次来到兰州进行咨询。深入的调查研究,使他对兰州地铁工程有了全面了解。

“兰州地铁工程建设的客观地质条件十分复杂,不良地质环境非常突出,从全国来讲都是少见的。”钱七虎向记者介绍,这些不利条件主要表现为卵砾石层复杂,卵石含量高达80%以上,最大卵石直径达到80厘米。与此同时,地层中石英含量高达80%、水压大、渗透性强有如一个个“拦路虎”,给工程施工带来一系列困难。施工一开始,就出现了刀具、刀盘磨损严重、卡机问题突出、卵砾石层含水情况下极易造成工作面坍塌等情况。

面对如此不利的施工环境,这位有着丰富地铁建设经验的专家首先谈的不是技术而是安全。钱七虎建议,要充分认识兰州地铁工程的特点,牢固树立如履薄冰的态度和安全第一的指导思想,才能克服不利条件;不要“快”字当头,要小步稳进,降低风险,做好兰州地铁工期要比别的城市更慢、更长、更困难的准备。

针对兰州地铁工程指挥部咨询的关于基坑涌砂、涌水以及中间风井渗漏水的难题,钱七虎在调研后也开出了“良方”。他建议要加强地质预报,查明富含水区和渗流通道,通过准确设计注浆孔位、选择最佳注浆参数等措施解决难题。

“兰州地铁工程的‘穿黄’隧道难度是世界级的”。在钱七虎看来,相比于南京、武汉长江隧道和南水北调工程“穿黄”,作为中国首座下穿黄河的城市地铁隧道,兰州地铁“穿黄”的条件更恶劣、施工更困难。他认为首先要解决好盾构机换刀的问题,降低水下高压换刀的风险,其次是解决好卵石层的稳定性问题,吸取国内先进经验,提升安全性。

“把问题想到前面,把准备做到前面,依靠科学技术和科学管理,降低我们的建设风险。”钱七虎如是说,这也正是他一直以来倡导实施的地铁安全风险管理体系的主旨。

再次祝贺钱院士!

(注:内容来源于中国城市轨道交通协会

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最后编辑于:2019/01/08作者: Mapper

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