上小學時，我們都學過中國人修建的第一條鐵路——京張鐵路的故事。從北京到張家口要穿過險峻的燕山山脈，鐵路需要爬坡、過橋、穿過隧道，在當時來看修建難度很高。詹天佑創造性地採用“人”字形展線、輕便機車、豎井法開鑿隧道等方式，成功地建成了京張鐵路，讓西方殖民者的“中國人廢物論”不攻自破。
一百多年過去了，中國的鐵路技術已發生翻天覆地的變化。2015年，新的京張鐵路開始修建，而且還是一條高鐵線。這條新的京張鐵路在各項新技術上體現了中國高鐵修建技術的高度，領先世界，建成後，它將成為世界上第一條設計時速350公里的有砟軌道高速鐵路，同時也是世界上第一條設計時速350公里的高寒、大風沙高速鐵路，屆時，從張家口到北京的時間將縮短到1小時。
（一）京張鐵路的軸心：八達嶺隧道
一百年前，為了儘量少修隧道地穿過險峻且漫長的八達嶺，老京張鐵路在途經青龍橋時，在陡峭的山坡上做了一個巧妙的“人”字形迂迴，讓鐵路翻越一部分山坡，將待挖的隧道長度從12公里縮減到了1100米。
當時，由於技術落後，缺乏專業的工程設備，修建八達嶺隧道從兩端開鑿每天只能掘進兩尺深。因此，詹天佑設計在隧道中部，從山頂垂直向下鑿了兩個井，這樣，加上外面的兩頭就是六處一起施工，大大加快了工程進度。而鑿出的豎井同時也可以作為天然的通風口。
儘管這一設計極其巧妙，是當時技術條件下能夠拿出的最優方案。但“人”字形鐵路線是在犧牲了火車運力、線路長度以及車速的基礎上的不得已之舉：
由於坡度陡，老京張鐵路不得不採用輕型機車，運力不足；盤山鐵路層層疊疊，多走了不少冤枉路；轉彎半徑小，火車的車速開不快。換言之，詹天佑的老鐵路是被“逼上了八達嶺”。
我們新時代的高鐵車速極快，當然不能採用這種老方案。所以，我們京張鐵路的對策是：
大力出奇跡。沒錯，我們神聖的先進生產力，至高至大！
（二）鑿穿整座山，不必被“逼上八達嶺”
京張高鐵動車組時速高達350公里，對線路的平整度、筆直度要求極高，是一種很“嬌氣”的鐵路。
為了保護它的平穩運行，工程師們絕不會讓它跋山涉水，而是遇山開山，遇水搭橋。12公里寬的八達嶺怎麼辦？沒錯，直接貫穿！
如今，我們已經掌握了全世界最先進的隧道挖掘技術，有能力進行12公里隧道的全程開挖。在“人”字形鐵路線下方約100米深的山體內，京張高鐵新八達嶺隧道及八達嶺長城站正在日夜不停地向前推進，日前已經掘進至5000米。
這條建設中的京張高鐵新八達嶺隧道要穿過斷層破碎帶，面臨著崩塌、落石和泥石流等重重問題。隧道圍巖條件差，存在湧水、突泥風險，被評為極高風險隧道，是京張高鐵的三個重難點隧道之一。
1、八達嶺隧道鑿的不是一個洞，而是一個“洞群”
在新八達嶺隧道的施工中，共設置有78個大小洞室，簡直就是一個“洞群”， 專業叫法是“地下多層多洞分離式群洞穹頂車站”。
所謂“多層”，意思是車站的地下結構主要分為兩層。上面是站廳層，站廳層中部設大跨穹頂中央大廳，大廳的跨度約為45m，其兩端則變為單洞隧道，跨度為10m和15m，就像燒烤串（兩側小隧道）上穿了個饅頭（穹頂大廳）。下面是站臺層，站臺層由三個單洞隧道組成：中間是寬12.8m的正線隧道，兩側是寬11.8m的發線隧道。除此之外，還有聯通站臺和站廳的進出站通道的隧洞。隧洞複雜交錯，在大山裡形成一個複雜的集群。
其實單個隧道的開挖在工程界都是小case，公路鐵路隧道常見的“雙洞”模式中兩個隧道相互平行，互相之間只用很小的洞相連，對彼此安全性的干擾也比較小。而新八達嶺隧道這種“洞群”則意味著：我作為一個洞穴，本來自己能保持穩定的，你們在我頭頂上開了洞，進一步削弱了我頭頂的岩層穩定性；在我兩側又各開一個洞，讓我的側面的牆壁沒那麼堅實；我身上還打了幾個和我垂直的通道，形成多個交叉點。在設計中，每一個交叉點都是危險源；在施工中，每一個相互影響，都要謹慎處理，如履薄冰。
在高科技的加持下，新八達嶺隧道的修建複雜程度比老八達嶺隧道高出了幾個數量級，依靠BIM（建築信息管理，Building Information Management）和綜合交通指揮等智能信息技術來進行地下物流與交通的協調組織，所有施工人員與機械設備均安裝GPS，監測360度無死角，施工指揮更精準。
2、隧道要穿過八達嶺長城，盾構機和傳統爆破技術都不能用
由於地理位置特殊，地質十分複雜，洞身需要穿越斷層破碎帶和風化槽，稍有不慎就會造成塌方。因此，隧道的施工不能使用常見的盾構機，而是使用鑽爆技術。為了最大限度地減少對長城的擾動，項目部採用精準電子雷管減震技術，將震速控制在0.16釐米/秒。
傳統爆破技術的震感強烈。在隧道施工位置爆破，對長城的擾動類似於汽車啟動時的振動；而使用採用精準電子雷管減震技術，經過精密的計算與調節，每爆破一次只相當於在長城上跺一下腳。迄今為止，這樣的爆破已經進行了接近五千次，長城及山體安然無恙。
3、隧道壁要防止塌方，必須對付破碎而堅固的山體
為了對付破碎的山體，隧道還使用了預應力拉桿與錨索來固定隧道壁。所謂預應力錨索，是在軟弱的岩層上鑽孔，將錨杆錨固進裡面比較堅硬的岩層中。再進行張拉，從而對隧道壁及周圍的岩層進行錨固，相當於將隧道壁緊緊地固定在了堅固的山體上，防止塌方。
採用預應力錨索，不僅增加了隧道的安全性，而且省去了昂貴且麻煩的外置鋼拱架。可以說是隧道修築中的“最優選擇”。
（三）世界最深高鐵站：長城站
新八達嶺隧道可不是一條單純的隧道，它同時還是一個高鐵站。
整個車站的建築面積為3.6萬平方米，相當於7個足球場大小，車站最大跨度達32.7米，橫斷面積近500平方米，最大埋深102米，是目前全世界埋深最大的高鐵地下車站。為了避免破壞長城，它無法採用傳統的明挖之後再回填的施工方式。
專家們經過研究，提出了“品字形”施工工法。所謂“品字形”施工法，顧名思義，就是將一個大隧道拆分成上、左、右三個小隧道分別開挖，在中間預留核心提供支撐；最後挖開核心，將三個小隧道合併成一個大“隧道”，也就是龐大的車站。其中，頂洞的開挖超前於其它兩洞，可以預先探明地質條件，為後兩洞的開挖提供對策。使用這種開挖方法，工法十分簡潔，也便於施工機械充分發揮作用。
施工完成後，長城站的空間體系非常規整，將車站自下而上分成站臺層、進站層和出站層，保證了進出站的旅客人流不會發生任何交匯，讓客流更加順暢。
長城站是完全深埋於八達嶺地下100多米開挖的真·地下車站。這座車站就位於長城的正下方，主要是為遊客遊覽長城準備的。將來通車後，遊客從北京坐高鐵到八達嶺長城只需要20分鐘。可是，這麼深的高鐵站，讓乘客們怎麼上長城呢？
事實上，乘客一步樓梯都不用爬。從地下百米的長城高鐵站下車，只需乘坐兩次電梯，就可直達長城，其中還包含一部先進的斜行電梯。
車站採用的斜行電梯及一次提升長大扶梯，都是運載能力超強、安全性能優秀的載人電梯。既能夠保障人的安全，又可以將大量的旅客迅速運出站，同時避免了步行換乘的麻煩，體現了對旅客的人性關懷。
此外，考慮到埋深太深、發生突發狀況時的協調不便，車站還採用了環形救援廊道設計，將施工中使用的管狀廊道改造成站內任何位置都可以在50米之內到達的求生通道。
（四）地下車站抗震性能：可抵抗烈度為8度的地震
還有一個問題大家很關心：北京的地震設防烈度較高，地下車站的抗震性能如何？這是該站的一個瓶頸性問題。車站體量大，形狀不規則，在地震來臨時一方面會受行波效應影響，車站不同部位的震動不一致；另一方面車站結構本身會改變地震波在地下的傳播路徑，進而產生更多經典方法無法估算的影響。
研究人員充分地調查了場地岩層的地質地理環境和區域的幾何形狀，建立了複雜的三維有限元模型，採用多種地震輸入方法（如一致地震輸入、非一致地震輸入等），進行了多種多組的地震波入射計算和分析。利用高科技的計算手段，準確分析高鐵站在地震中的反應，尋找地下結構的不利位置。在此基礎上，通過大量計算進行減震設計和抗震加固的設計施工，新八達嶺隧道按照高標準抗震設防要求設計，可以抵抗烈度為8度的地震。
所以，對於八達嶺隧道的抗震性，我們可以拍著胸脯說：只要施工沒問題，它的抗震一定沒問題！
結語
作為首個大型地下高鐵站、地下深埋群洞，八達嶺高鐵站設計施工時面臨很多其他地下隧道工程無需考慮的問題。憑藉先進的機械設備和強大科技能力，中國工程人員運用鑽爆技術、精準電子雷管減震技術、預應力拉桿與錨索等解決了這些難題，確保車站建設安全、可靠、經濟、環保。
預計到明年，京張高鐵的控制工程就能完全貫通，2019年，京張高鐵就可以建成通車。在八達嶺地下，一個安全、舒適、節能、美觀的高鐵站值得期待。
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