上海地鐵土建技術(shù)概要
摘 要：本文介紹上海地鐵一、二號(hào)線地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工方法的主要技術(shù)特點(diǎn)。針對(duì)上海軟粘土的高壓縮性和流變性，車站深基坑和盾構(gòu)法區(qū)間隧道施工中采用了一系列優(yōu)化施工工藝和施工參數(shù)的治理方法，經(jīng)濟(jì)有效地控制了地層移動(dòng)。
關(guān)鍵詞：地鐵、地下工程、基坑、盾構(gòu)法隧道
1、工程概況
上海地鐵一、二號(hào)線，總長37.7km（見圖1）。其中一號(hào)線地下車站11座，單線盾構(gòu)隧道18.8km；二號(hào)線地下車站12座，單線盾構(gòu)隧道24.2km。工程所處地層基本為飽和和含水流塑或軟塑粘土層，土抗剪強(qiáng)度低、含水量高、靈敏度大，大多數(shù)屬中高壓縮性土層，并且具有較大的流變性（見表1）。土體經(jīng)擾動(dòng)后強(qiáng)度明顯降低，且在長時(shí)間內(nèi)進(jìn)行固結(jié)和次固結(jié)沉降。
一、二號(hào)線地鐵線路十字交叉穿過市中心區(qū)，車站大多數(shù)設(shè)在街道狹窄、兩側(cè)建筑物密集的城市道路下面，街道下地下管線密布。區(qū)間隧道大多數(shù)穿過市中心城區(qū)，地面建筑年代久遠(yuǎn)、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)型式為淺基礎(chǔ)，盾構(gòu)在下部穿越引起地極易產(chǎn)生由不均勻沉降導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫。面對(duì)這些工程技術(shù)困難，在工程實(shí)踐中進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)和科學(xué)研究。在地下墻深基坑及盾構(gòu)法隧道施工、地下車站結(jié)構(gòu)防水和區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)防水等方面，力求在設(shè)計(jì)和施工技術(shù)中運(yùn)用安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理的方法。
圖1 上海地鐵一、二號(hào)線走向示意圖
在近10年來的工程實(shí)踐中，通過對(duì)不同施工工序和施工參數(shù)車站深基坑施工過程中進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測分析，形成了一套較完善運(yùn)用時(shí)空效應(yīng)原理的理論和方法，以充分利用軟土自身控制變形的潛力來進(jìn)行深基坑開挖施工方法。在盾構(gòu)施工過程中，采用信息施工土自身控制變形的潛力來進(jìn)行深基坑開挖施工方法。在盾構(gòu)施工過程中，采用信息施工和以優(yōu)化施工參數(shù)為主的手段來控制地層移動(dòng)。在對(duì)鄰近建筑物保護(hù)技術(shù)方面，逐步從常規(guī)的事先保護(hù)法，發(fā)展完善成套動(dòng)態(tài)過程保護(hù)法，確保鄰近建筑物的保護(hù)控制在結(jié)構(gòu)允許的范圍以內(nèi)。區(qū)間隧道和車站縱向剛度設(shè)計(jì)中、采用有限剛度柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，既滿足了結(jié)構(gòu)合理安全使用，又降低了地下工程的造價(jià)。
上海典型土層土性參數(shù)表 表1
2、地下工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖2考慮時(shí)空效應(yīng)的基坑擋墻
計(jì)算模型
在建筑物密集的市區(qū)建造地鐵車站，常采用地下連續(xù)墻圍護(hù)，其側(cè)墻有單層墻和雙層墻兩種結(jié)構(gòu)形式。單層側(cè)墻的地下墻既作為施工階段的圍護(hù)結(jié)構(gòu)又作為使用階段的永久結(jié)構(gòu)；雙層墻是將地下連續(xù)墻作為基坑開挖階段的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工澆筑內(nèi)襯形成永久復(fù)合型側(cè)墻。
2.1.1 車站深基坑的計(jì)算模型及參數(shù)
地下墻墻體結(jié)構(gòu)分別按基坑開挖階段、回筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工階段及使用階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形等方面計(jì)算。基坑開挖時(shí)地下墻內(nèi)力按“總和法”計(jì)算，內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工時(shí)地下墻～內(nèi)部結(jié)構(gòu)組合框架內(nèi)力按“分步疊加法”計(jì)算。基坑開挖階段地下墻內(nèi)力～變形計(jì)算，國內(nèi)外常用的計(jì)算方法很多，有相當(dāng)梁法、彈性法、塑性法、假想支點(diǎn)法、彈塑性法等等。
目前我們一般采用彈性桿系有限元法的計(jì)算模型，計(jì)算參數(shù)Kh采用在一定施工條件和一定地基加固條件下的經(jīng)驗(yàn)等效水平基床系數(shù)。水平基床系數(shù)根據(jù)實(shí)測分析土體的開挖深度、土的流變特性、墻體主動(dòng)區(qū)和被動(dòng)區(qū)應(yīng)力水平及地下墻無支撐暴露時(shí)間來選定（見圖2）。
2.1.2 車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工階段“地墻～內(nèi)部結(jié)構(gòu)組合框架”內(nèi)力計(jì)算
采用單層墻內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工階段內(nèi)力計(jì)算：地下墻與內(nèi)部結(jié)構(gòu)板按絞接相連，承受水平荷載時(shí)墻體內(nèi)力可按與開挖相似“總和法”模型獨(dú)立計(jì)算，水平荷載輸入尚需計(jì)入結(jié)構(gòu)板澆筑前該墻體的“先期位移”，內(nèi)部結(jié)構(gòu)板承受豎向荷載時(shí)的內(nèi)力計(jì)算，采用彈性地基上的框架模型，按各施工階段進(jìn)行內(nèi)力疊加。
采用雙層墻內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工階段的內(nèi)力計(jì)算：一般根據(jù)各施工階段的增量內(nèi)力采用“分步疊加法”計(jì)算；即隨著各回筑階段地下墻逐步與內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)合成彈性地基上層數(shù)不同的框架體系，先分步計(jì)算各不同階段因荷載增量所產(chǎn)生的框架內(nèi)力，再進(jìn)行內(nèi)力疊加，形成內(nèi)力包絡(luò)圖。（見圖3）。
圖3常用澆拆工序時(shí)的框架荷載內(nèi)力示意圖
2.1.3 車站結(jié)構(gòu)縱向變形及內(nèi)力處理的結(jié)構(gòu)措施
圖4 誘導(dǎo)縫布置示意圖
在靈敏度和壓縮性較高的飽和含水粘性土層中修建地鐵車站，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生縱向變形和內(nèi)力的主要影響因素有地基不均勻沉降、溫度和干縮。為了使地鐵車站結(jié)構(gòu)的撓曲和剪切移動(dòng)控制在一定的限度內(nèi)，以往通常是采用加大車站側(cè)墻和頂、樓板的厚度，通過提高車站的縱向剛度來控制車站的縱向變形。這往往又導(dǎo)致施工階段混凝土溫度內(nèi)力及建成后若干年內(nèi)干縮應(yīng)力的增大，從而引起結(jié)構(gòu)的開裂與滲水。國外為了解決這一問題往往是通過加大縱向配筋來控制裂縫的寬度，這又導(dǎo)致造價(jià)過大。通過對(duì)軟土地層中車站基坑開挖回彈～再壓縮規(guī)律的研究，以及在合理的工藝條件下，對(duì)混凝土施工階段溫度應(yīng)力和建成后一定時(shí)間內(nèi)干縮應(yīng)力的控制，在考慮長期使用階段季節(jié)性溫差引起的縱向應(yīng)力基礎(chǔ)上提出誘導(dǎo)縫結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施。
由地基不均勻沉降、溫度及干縮引起的結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力及水平應(yīng)力通過設(shè)置的橫向縫予以釋放防止混凝土的開裂，但又不允許車站底板撓曲和剪切移動(dòng)超過一定限度，通過橫向縫兩側(cè)可滑移的鋼筋來使整個(gè)車站結(jié)構(gòu)滿足一定的抗彎剛度（見圖4）。既使結(jié)構(gòu)具有一定縱向剛度來滿足軌道的平整度，又防止結(jié)構(gòu)板砼的開裂。
2.2 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1 計(jì)算模型
盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)按平面問題計(jì)算，計(jì)算模式取自由變形的彈性勻質(zhì)園環(huán)，并按襯砌與地層共同作用、接頭影響的彈性鉸園環(huán)復(fù)核。作為彈性勻質(zhì)圓環(huán)，考慮到接頭的影響，對(duì)襯砌的抗彎剛度EI取0.65～0.75的折減系數(shù)。彈性鉸園環(huán)是將各縱縫接頭按其所處的位置，可能產(chǎn)生的變形形態(tài)、螺栓的設(shè)置等處理成能承受一定彎矩即 的彈性鉸， 為接頭剛度（KN·m/rad）， 為接頭轉(zhuǎn)角（rad）。其設(shè)計(jì)荷載簡圖（見圖5）。
圖5設(shè)計(jì)荷載簡圖
2.2.2 結(jié)構(gòu)形式
為了提高襯砌環(huán)縫承受隧道縱向變形引起剪力的抵抗能力、抗裂及防水等要求，將管片的端肋面設(shè)計(jì)成凹凸榫。
管片寬度為1m，既便于起吊、安裝又使縫相對(duì)減少，隨著管片生產(chǎn)拼裝精度的提高和拼裝設(shè)備負(fù)荷增大，管片寬度可適當(dāng)增加。
管片環(huán)面大凸榫承受千斤頂力，可減少環(huán)面壓損。小封頂拆裝方便，亦可減少長沖程千斤頂。
2.2.3隧道襯砌防水
由于采用高精度鋼模（各向誤差小于0.5mm），使生產(chǎn)鋼筋混凝土管片誤差小于1mm，同時(shí)采用了彈性防水密封墊，使得拼裝后的隧道管片縫達(dá)到襯砌滲漏量小于0.1L/m2d；無滴漏線流；管片抗?jié)B要0.6Mpa以上。
彈性防水密封墊設(shè)計(jì)要求，（一號(hào)線）按環(huán)縫張開5mm和（二號(hào)線）環(huán)縫張開8mm，縱縫張開6mm，可抗水壓0.6Mpa。
3、地下工程的施工技術(shù)
3.1 地鐵車站深基坑施工技術(shù)
基坑開挖不可避免地要引起坑內(nèi)土體的應(yīng)力釋放，基坑開挖土體的空間尺寸的大小直接決定了每步開挖土體釋放的應(yīng)力大小。同時(shí)粘性土具有明顯的流變性，尤其是淤泥質(zhì)粘性土，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形在同一工況下會(huì)隨著時(shí)間的延長而不斷增長。因此，選取合理而可靠的施工工序和施工參數(shù)，就能在設(shè)計(jì)中科學(xué)地定量地考慮時(shí)空效應(yīng)為主要特征的施工因素。按此合理而規(guī)則地施工，就會(huì)使土體應(yīng)力路徑和土體應(yīng)力狀態(tài)的變化由復(fù)雜莫測變?yōu)橛幸欢ㄒ?guī)律。使軟土基坑變形的預(yù)測值與實(shí)測值變得相符，基坑變形達(dá)到可控。按上海地鐵實(shí)踐，地下車站深基坑施工工序及其參數(shù)可分為以下三種（圖6、7）：
圖6 長條形基坑施工順序及參數(shù)示意圖 圖7 基坑斜支撐部分的開挖步序和參數(shù)示意圖
3.2 盾構(gòu)施工技術(shù)
3.2.1 盾構(gòu)的選型
在近20m深的飽和含水的粘土性土層粉砂土層中采用加泥式土壓平衡盾構(gòu)，可以滿足盾構(gòu)施工對(duì)周圍環(huán)境控制變形的保護(hù)要求，使得地表變形在隆起1cm、沉降3cm的范圍內(nèi)。
3.2.2 土壓平衡盾構(gòu)的施工
合理的盾構(gòu)施工參數(shù)是根據(jù)盾構(gòu)試驗(yàn)段（一般出洞100m），在結(jié)合以往盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)的基礎(chǔ)上憑地表面變形監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及盾構(gòu)施工記錄的施工參數(shù)優(yōu)化得到的。特別是采用了以單環(huán)推進(jìn)引起的盾構(gòu)上方地面隆沉曲線推算按同樣施工參數(shù)做長距離推進(jìn)所引起的縱向地面隆沉曲線的方法，據(jù)以及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，可使盾構(gòu)在全線推進(jìn)中隨地質(zhì)、埋深、環(huán)境條件變化而動(dòng)態(tài)地加以優(yōu)化，提高控制地面變形的效果。
在優(yōu)化施工參數(shù)中，盾構(gòu)的正面壓力、推進(jìn)速度、出土量和同步壓漿材料、壓力與數(shù)量，以及推進(jìn)中糾編幅度是精心掌握的重點(diǎn)。
對(duì)在粉砂、砂質(zhì)粉土中盾構(gòu)施工，要根據(jù)測試數(shù)據(jù)提高土艙壓力，以在推進(jìn)過程中疏干正面一定范圍的土體，防止土體液化而由出土器噴出，同時(shí)又向正面壓注適量泥漿或泡沫，來提高土的塑性和減少刀盤切工阻力。
3.3 地鐵區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道及泵站的施工技術(shù)
隧道上下行線設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道是為了便于區(qū)間隧道內(nèi)列車發(fā)生火災(zāi)等意外事故時(shí)，乘客能就近下車，快速安全疏散到另一條平行隧道中去。
在上海飽和含水軟弱地層中，建造區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道的辦法不外乎有以下幾種：
① 豎井法－在場地條件允許的情況下，地面做圍護(hù)由上至下開挖，再和相鄰兩條隧道聯(lián)通。
② 頂管法－在地質(zhì)條件允許的情況下，用鋼頂管頂進(jìn)挖掘，類似箱涵頂進(jìn)施工，下部泵站施工可采用類沉井工法。
③ 類礦山法－先對(duì)聯(lián)絡(luò)通道及其泵站部位土體進(jìn)行地基加固，待加固地體達(dá)到一定強(qiáng)度后，采用類礦山法進(jìn)行施工。
被加固的土體要求勻質(zhì)、不透水（抗?jié)B透系數(shù)小于10－9cm/s）、具有一定的強(qiáng)度。根據(jù)不同的地質(zhì)及施工條件采用不同的加固方法，如：水泥土加固和凍結(jié)加固。
4、施工監(jiān)控
環(huán)境巖土工程監(jiān)控技術(shù)是通過將常規(guī)手段與高精度連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測手段相結(jié)合對(duì)工程自身強(qiáng)度和變形以及周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，通過對(duì)施工過程的監(jiān)控和分析研究，摸索一整套優(yōu)化施工參數(shù)保護(hù)周圍環(huán)境的信息化施工技術(shù)。
在車站基坑施工過程中，實(shí)踐證明：按照軟土基坑工程時(shí)空效應(yīng)的理論和方法，所設(shè)計(jì)的基坑在施工過程中，在各層開挖階段的擋墻水平位移及相應(yīng)的墻后地層位移基本符合設(shè)計(jì)預(yù)測值，但由于地層的各向異性和不均勻性以及地層在施工擾動(dòng)時(shí)發(fā)生的難以預(yù)測到的不明確因素，在施工過程的各個(gè)階段還可能發(fā)生某些偏離預(yù)測值的現(xiàn)象，這就必需在施工過程進(jìn)行施工監(jiān)測和有效控制。該項(xiàng)工作是保證地下工程的實(shí)際地層位移符合預(yù)測的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其工作要點(diǎn)有四：
(1) 按照基坑周圍環(huán)境保護(hù)要求，設(shè)計(jì)基坑工程并預(yù)測坑周地層位移分布，通過設(shè)計(jì)分析，確定出關(guān)鍵監(jiān)測點(diǎn)。對(duì)各關(guān)鍵觀測點(diǎn)均要經(jīng)預(yù)測計(jì)算，提出各重要部位在各層開挖過程中各階段的變形速率的警戒值 ，（如圖8）：
圖8 基坑分層開挖時(shí)的擋墻位移圖
式中， ——某層開挖中的墻體變形速率（每班次的變形增量）； ——開挖第i層過程中墻體允許最大水平位移值； ——開挖第i-1層過程中墻體允許最大水平位移值； ——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取0.8~0.9；N——開挖一層的工作班次。
(2) 按照測點(diǎn)的監(jiān)測內(nèi)容選擇具有相應(yīng)功能與精度的測試儀器，最常用和有效的有：①擋墻內(nèi)設(shè)置的測斜管，誤差≤0.5mm；②測量地表及建筑物垂直位移及水平位移的精密水準(zhǔn)儀（誤差≤0.2mm）及經(jīng)緯儀（誤差≤0.5mm）；③支撐軸力測壓傳感器（誤差≤10kN）；④孔隙水壓計(jì)（誤差≤0.01MPa）。
(3) 在關(guān)鍵部位施工過程中，對(duì)該部位關(guān)鍵監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，要緊跟工況發(fā)展進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與反饋分析。
(4) 當(dāng)變形速率的監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到警戒值時(shí)，立即采取有效控制，以事先備用的措施將施工中的風(fēng)險(xiǎn)性趨勢制止在萌芽狀態(tài)。使基坑工程坑周環(huán)境的安全和質(zhì)量始終處于可控狀態(tài)。
按一定施工參數(shù)施工中單環(huán)監(jiān)測數(shù)據(jù)推算施工參數(shù)相同的
長距離推進(jìn)的地面縱向變形示意圖
在盾構(gòu)施工過程中，施工監(jiān)測是對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行積極保護(hù)的關(guān)鍵措施，通過施工監(jiān)測和診斷各種施工因素對(duì)地表變形的影響，提供優(yōu)化施工參數(shù)的依據(jù)，根據(jù)觀測到的結(jié)果，預(yù)測下一步的地表沉降和對(duì)周圍建造及其它設(shè)施的影響，以便采取合理可靠的保護(hù)措施。根據(jù)單環(huán)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析推算按相同施工參數(shù)長距離推進(jìn)地面縱向變形曲線是盾構(gòu)施工監(jiān)測的精髓（見圖9）。
5、鄰近建造物及設(shè)施的保護(hù)技術(shù)
在上海建筑物密集市區(qū)進(jìn)行地鐵車站深基坑開挖和盾構(gòu)施工，環(huán)境保護(hù)問題是一個(gè)十分辣手的問題。根據(jù)上海地鐵深基坑的工程經(jīng)驗(yàn)，按環(huán)境保護(hù)的要求將基坑變形控制標(biāo)制標(biāo)準(zhǔn)分三個(gè)保護(hù)等級(jí)如表2。
按表2所要求的主要參數(shù)地表最大沉降量和圍護(hù)墻水平位移以及抗隆起安全系數(shù)來實(shí)施基坑工程，對(duì)環(huán)境保護(hù)問題通常采用兩種做法：(1)事先保護(hù)法;(2)過程保護(hù)法。
5.1 事先保護(hù)法
事先保護(hù)法是在基坑實(shí)施前對(duì)工程地質(zhì)和周圍環(huán)境作深入調(diào)查，提出基坑施工時(shí)減少地層位移的施工工藝和施工參數(shù)，并針對(duì)環(huán)境允許的強(qiáng)度和變形，事先對(duì)周圍環(huán)境采取工程保護(hù)如隔斷法、基礎(chǔ)托換、地基加固、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)等方法。
5.2 過程保護(hù)法
由于地下工程的不確定性，施工過程中各個(gè)階段可能發(fā)生某些偏離預(yù)測值的情況或者在采取事先保護(hù)法時(shí)費(fèi)用過大或不能完全徹底解決問題的情況，事先有所準(zhǔn)備在施工過程中采取的動(dòng)態(tài)保護(hù)方法，有跟蹤注漿法、被動(dòng)區(qū)注漿法、降水糾偏法等等。
基坑變形控制保護(hù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 表2
注：H為基坑開挖深度， 為抗隆起安全系數(shù)，按圓弧滑動(dòng)公式算出，c、f值取固結(jié)快剪峰值的0.7倍。
· 跟蹤注漿法：
進(jìn)行軟土深基坑開挖卸載造成圍護(hù)墻兩側(cè)壓力差過大引起基坑內(nèi)土體回彈隆起，以及圍護(hù)墻變形引起圍護(hù)墻坑外主動(dòng)區(qū)土體損失，對(duì)坑周邊建筑物及地下管線均會(huì)造成不均勻沉降差，若不均勻沉降差超出現(xiàn)有設(shè)施允許值，便會(huì)導(dǎo)致周邊設(shè)施的破壞。怎樣在施工過程中減少坑外土體的損失是控制現(xiàn)有設(shè)施不均勻沉降差的關(guān)鍵。
跟蹤注漿法就是在基坑施工各個(gè)階段，在嚴(yán)密監(jiān)測的前提下，通過緊貼坑外注漿管進(jìn)行及時(shí)、適量、分層、低壓速注漿，及時(shí)填充由于開挖造成坑外土體損失（如圖10）。
對(duì)盾構(gòu)施工土體損失引起地表建筑不均勻沉降，也經(jīng)常采用及時(shí)跟蹤注漿的辦法來控制沉降差。
· 被動(dòng)區(qū)注漿法
圖10
圖11
在基坑施工過程中，由于基坑較深，圍護(hù)墻剛度相對(duì)較小，同時(shí)存在深層超載或運(yùn)營地鐵的振動(dòng)荷載引起圍護(hù)墻變形速率過大。提高被動(dòng)區(qū)抗力在被動(dòng)區(qū)采取的雙液分層注漿技術(shù)。被動(dòng)區(qū)注漿通常要求要和支撐預(yù)應(yīng)力的更加結(jié)合在一起，及時(shí)用支撐力將圍護(hù)結(jié)構(gòu) 頂緊，有效控制基坑的變形（如圖11）。
· 降水糾偏法
上海軟粘土地下水位較高，大多夾有薄層粉砂，采用真空深井可控地降低地下水位，利用降水后土層中有效應(yīng)力的增加，原來由孔隙水壓承擔(dān)的荷載將逐漸轉(zhuǎn)嫁到土骨架上，因此隨著孔隙水壓力的消散，將會(huì)引起土體固結(jié)和變形，導(dǎo)致地表和建筑物的沉降。降水糾偏只是通過監(jiān)控，將這種沉降變得可控有利。
由于上海軟粘土水平滲透系數(shù)大于垂直滲透系數(shù)。采用降水糾偏要注意地下水位降低對(duì)地下管線及鄰近其他建筑物的不利影響，因此對(duì)降水井所產(chǎn)生的水頭的高低及由此引起土體固結(jié)沉降量要特別引起重視，影響方案設(shè)計(jì)及實(shí)施的時(shí)候井點(diǎn)布置。某工程通過控制建筑物不同點(diǎn)的水頭高度達(dá)到了調(diào)整建筑物不均勻沉降差之目的。
6、軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工
軌道是地鐵運(yùn)營設(shè)備的基礎(chǔ)，它直接承受地鐵列車荷載，引導(dǎo)列車的運(yùn)行。由于地鐵列車軸重輕、行車密度大、運(yùn)營時(shí)間長、維修保養(yǎng)時(shí)間短，軌道結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性方面具有以下特征：
1) 適應(yīng)維修時(shí)間短，養(yǎng)護(hù)工程量少，使用壽命長的特點(diǎn)；
2) 扣件具有適量的彈性，使列車運(yùn)行所引起的振動(dòng)與噪聲控制在容許的范圍內(nèi)；
3) 要具有絕緣性能，降低雜散電流對(duì)周圍金屬的電腐蝕；
4) 減少軌道結(jié)構(gòu)的零部件的非標(biāo)品種，盡可能選用鐵道部通用件，以降低工程造價(jià)和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。
6.1 軌道設(shè)計(jì)
針對(duì)上述原則，鋼軌應(yīng)具有足夠承載能力、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性及穩(wěn)定性、耐磨性、耐腐蝕性等。鋼軌的選型采用了國鐵“年通過重量在30～60Mt時(shí)，采用60kg/m鋼軌”的選型規(guī)定。
地鐵扣件要求具有足夠的強(qiáng)度、扣壓力和耐久性，以及具有良好彈性和絕緣性能。根據(jù)不同減振要求分別在整體道床采用DTⅢ型扣件和軌道減振扣件，地面線碎石道床地段，采用了國鐵的定型扣件，詳見圖12、13。
道床在隧道內(nèi)采用整體道床，考慮到上海區(qū)間隧道處于飽和軟土地層中，為了減少隧道結(jié)構(gòu)縱向不均勻沉降以及運(yùn)營列車振動(dòng)可能引起隧道下臥土層振陷和液化，將道床設(shè)計(jì)成連續(xù)支承的縱向軌枕式整體道床，道床和管片具有一定的抗剪強(qiáng)度粘結(jié)成一個(gè)整體，通過加大結(jié)構(gòu)重量減緩振動(dòng)以減少對(duì)隧道結(jié)構(gòu)周邊土體的影響，鋼軌下的彈性墊層及鋼筋混凝土基礎(chǔ)都是順線路方向連續(xù)的，其橫斷面圖詳見圖14。
6.2 軌道結(jié)構(gòu)的施工
1、 于地鐵圓形區(qū)間隧道的內(nèi)徑較緊湊，無法提前設(shè)置輕型軌道作為施工材料的運(yùn)輸線路，而只能利用正式鋼軌，并在道床施工地段兩側(cè)水溝設(shè)置。
2、 龍門吊軌道采用長軌枕。
3、預(yù)拼軌排然后運(yùn)到施工地段，再用鋼軌支撐吊掛，經(jīng)調(diào)整合格后澆筑混凝土道床，使軌道施工既便捷又快速，其整體道床施工工藝流程圖詳見圖15。
圖15 整體道床施工工藝流程圖
為了提高地鐵線路的質(zhì)量，軌道設(shè)計(jì)采用了超長無縫線路，無縫線路采用溫度應(yīng)力式。鎖定軌溫確定為1/2（當(dāng)?shù)氐淖罡哕墱兀?dāng)?shù)氐淖畹蛙墱兀?℃。無縫線路的焊接方式，采用工廠接觸焊機(jī)將短軌焊成250米長的長軌條，送至現(xiàn)場，再采用洞內(nèi)氣壓焊接成無縫線路，針對(duì)隧道內(nèi)小半徑曲線及陡坡給無縫線路鋪設(shè)與鎖定帶來的困難，采用“分段鋪設(shè)、交叉鎖定、線上連焊、統(tǒng)一換算”的施工方案，比較合理地解決了勞力、設(shè)備及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的難題。
軌道是地鐵運(yùn)營設(shè)備的基礎(chǔ)，它直接承受地鐵列車荷載，引導(dǎo)列車的運(yùn)行。由于地鐵列車軸重輕、行車密度大、運(yùn)營時(shí)間長、維修保養(yǎng)時(shí)間短，軌道結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性方面具有以下特征：
1) 適應(yīng)維修時(shí)間短，養(yǎng)護(hù)工程量少，使用壽命長的特點(diǎn)；
2) 扣件具有適量的彈性，使列車運(yùn)行所引起的振動(dòng)與噪聲控制在容許的范圍內(nèi)；
3) 要具有絕緣性能，降低雜散電流對(duì)周圍金屬的電腐蝕；
4) 減少軌道結(jié)構(gòu)的零部件的非標(biāo)品種，盡可能選用鐵道部通用件，以降低工程造價(jià)和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。
7、結(jié)論
1. 在軟粘土地層采用考慮時(shí)空效應(yīng)的理論和方法進(jìn)行深基坑設(shè)計(jì)和施工是一條被實(shí)踐證明經(jīng)濟(jì)而可靠的技術(shù)途徑，在軟土基坑工程得到廣泛的應(yīng)用。
2. 科學(xué)的施工工藝和施工參數(shù)是設(shè)計(jì)的必要依據(jù)，也是控制基坑變形的關(guān)鍵。科學(xué)的監(jiān)測方式及信息化施工以及根據(jù)監(jiān)測信息對(duì)施工工藝及參數(shù)做必要的優(yōu)化是工程成功的保障。
3. 盾構(gòu)施工中根據(jù)單環(huán)推進(jìn)引起上方地表沉降推算按相同施工參數(shù)做長距離推進(jìn)引起地面隆沉曲線，進(jìn)行施工參數(shù)的優(yōu)化是施工的精髓。
4. 輔助施工技術(shù)和措施是地下工程的必不可少的關(guān)鍵手段之一。隨著施工技術(shù)的提高，將會(huì)得到廣泛地應(yīng)用和發(fā)展。
5. 采用合理的軌道結(jié)構(gòu)措施，可避免列車長期振動(dòng)引起砂性土的液化和軟粘土的振陷。
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原文作者：葛世平（上海地鐵運(yùn)營有限公司）
摘 要：本文介紹上海地鐵一、二號(hào)線地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工方法的主要技術(shù)特點(diǎn)。針對(duì)上海軟粘土的高壓縮性和流變性，車站深基坑和盾構(gòu)法區(qū)間隧道施工中采用了一系列優(yōu)化施工工藝和施工參數(shù)的治理方法，經(jīng)濟(jì)有效地控制了地層移動(dòng)。
關(guān)鍵詞：地鐵、地下工程、基坑、盾構(gòu)法隧道
1、工程概況
上海地鐵一、二號(hào)線，總長37.7km（見圖1）。其中一號(hào)線地下車站11座，單線盾構(gòu)隧道18.8km；二號(hào)線地下車站12座，單線盾構(gòu)隧道24.2km。工程所處地層基本為飽和和含水流塑或軟塑粘土層，土抗剪強(qiáng)度低、含水量高、靈敏度大，大多數(shù)屬中高壓縮性土層，并且具有較大的流變性（見表1）。土體經(jīng)擾動(dòng)后強(qiáng)度明顯降低，且在長時(shí)間內(nèi)進(jìn)行固結(jié)和次固結(jié)沉降。
一、二號(hào)線地鐵線路十字交叉穿過市中心區(qū)，車站大多數(shù)設(shè)在街道狹窄、兩側(cè)建筑物密集的城市道路下面，街道下地下管線密布。區(qū)間隧道大多數(shù)穿過市中心城區(qū)，地面建筑年代久遠(yuǎn)、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)型式為淺基礎(chǔ)，盾構(gòu)在下部穿越引起地極易產(chǎn)生由不均勻沉降導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫。面對(duì)這些工程技術(shù)困難，在工程實(shí)踐中進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)和科學(xué)研究。在地下墻深基坑及盾構(gòu)法隧道施工、地下車站結(jié)構(gòu)防水和區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)防水等方面，力求在設(shè)計(jì)和施工技術(shù)中運(yùn)用安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理的方法。
圖1 上海地鐵一、二號(hào)線走向示意圖
在近10年來的工程實(shí)踐中，通過對(duì)不同施工工序和施工參數(shù)車站深基坑施工過程中進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測分析，形成了一套較完善運(yùn)用時(shí)空效應(yīng)原理的理論和方法，以充分利用軟土自身控制變形的潛力來進(jìn)行深基坑開挖施工方法。在盾構(gòu)施工過程中，采用信息施工土自身控制變形的潛力來進(jìn)行深基坑開挖施工方法。在盾構(gòu)施工過程中，采用信息施工和以優(yōu)化施工參數(shù)為主的手段來控制地層移動(dòng)。在對(duì)鄰近建筑物保護(hù)技術(shù)方面，逐步從常規(guī)的事先保護(hù)法，發(fā)展完善成套動(dòng)態(tài)過程保護(hù)法，確保鄰近建筑物的保護(hù)控制在結(jié)構(gòu)允許的范圍以內(nèi)。區(qū)間隧道和車站縱向剛度設(shè)計(jì)中、采用有限剛度柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，既滿足了結(jié)構(gòu)合理安全使用，又降低了地下工程的造價(jià)。
上海典型土層土性參數(shù)表 表1
2、地下工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖2考慮時(shí)空效應(yīng)的基坑擋墻
計(jì)算模型
在建筑物密集的市區(qū)建造地鐵車站，常采用地下連續(xù)墻圍護(hù)，其側(cè)墻有單層墻和雙層墻兩種結(jié)構(gòu)形式。單層側(cè)墻的地下墻既作為施工階段的圍護(hù)結(jié)構(gòu)又作為使用階段的永久結(jié)構(gòu)；雙層墻是將地下連續(xù)墻作為基坑開挖階段的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工澆筑內(nèi)襯形成永久復(fù)合型側(cè)墻。
2.1.1 車站深基坑的計(jì)算模型及參數(shù)
地下墻墻體結(jié)構(gòu)分別按基坑開挖階段、回筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工階段及使用階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形等方面計(jì)算。基坑開挖時(shí)地下墻內(nèi)力按“總和法”計(jì)算，內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工時(shí)地下墻～內(nèi)部結(jié)構(gòu)組合框架內(nèi)力按“分步疊加法”計(jì)算。基坑開挖階段地下墻內(nèi)力～變形計(jì)算，國內(nèi)外常用的計(jì)算方法很多，有相當(dāng)梁法、彈性法、塑性法、假想支點(diǎn)法、彈塑性法等等。
目前我們一般采用彈性桿系有限元法的計(jì)算模型，計(jì)算參數(shù)Kh采用在一定施工條件和一定地基加固條件下的經(jīng)驗(yàn)等效水平基床系數(shù)。水平基床系數(shù)根據(jù)實(shí)測分析土體的開挖深度、土的流變特性、墻體主動(dòng)區(qū)和被動(dòng)區(qū)應(yīng)力水平及地下墻無支撐暴露時(shí)間來選定（見圖2）。
2.1.2 車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工階段“地墻～內(nèi)部結(jié)構(gòu)組合框架”內(nèi)力計(jì)算
采用單層墻內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工階段內(nèi)力計(jì)算：地下墻與內(nèi)部結(jié)構(gòu)板按絞接相連，承受水平荷載時(shí)墻體內(nèi)力可按與開挖相似“總和法”模型獨(dú)立計(jì)算，水平荷載輸入尚需計(jì)入結(jié)構(gòu)板澆筑前該墻體的“先期位移”，內(nèi)部結(jié)構(gòu)板承受豎向荷載時(shí)的內(nèi)力計(jì)算，采用彈性地基上的框架模型，按各施工階段進(jìn)行內(nèi)力疊加。
采用雙層墻內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工階段的內(nèi)力計(jì)算：一般根據(jù)各施工階段的增量內(nèi)力采用“分步疊加法”計(jì)算；即隨著各回筑階段地下墻逐步與內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)合成彈性地基上層數(shù)不同的框架體系，先分步計(jì)算各不同階段因荷載增量所產(chǎn)生的框架內(nèi)力，再進(jìn)行內(nèi)力疊加，形成內(nèi)力包絡(luò)圖。（見圖3）。
圖3常用澆拆工序時(shí)的框架荷載內(nèi)力示意圖
2.1.3 車站結(jié)構(gòu)縱向變形及內(nèi)力處理的結(jié)構(gòu)措施
圖4 誘導(dǎo)縫布置示意圖
在靈敏度和壓縮性較高的飽和含水粘性土層中修建地鐵車站，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生縱向變形和內(nèi)力的主要影響因素有地基不均勻沉降、溫度和干縮。為了使地鐵車站結(jié)構(gòu)的撓曲和剪切移動(dòng)控制在一定的限度內(nèi)，以往通常是采用加大車站側(cè)墻和頂、樓板的厚度，通過提高車站的縱向剛度來控制車站的縱向變形。這往往又導(dǎo)致施工階段混凝土溫度內(nèi)力及建成后若干年內(nèi)干縮應(yīng)力的增大，從而引起結(jié)構(gòu)的開裂與滲水。國外為了解決這一問題往往是通過加大縱向配筋來控制裂縫的寬度，這又導(dǎo)致造價(jià)過大。通過對(duì)軟土地層中車站基坑開挖回彈～再壓縮規(guī)律的研究，以及在合理的工藝條件下，對(duì)混凝土施工階段溫度應(yīng)力和建成后一定時(shí)間內(nèi)干縮應(yīng)力的控制，在考慮長期使用階段季節(jié)性溫差引起的縱向應(yīng)力基礎(chǔ)上提出誘導(dǎo)縫結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施。
由地基不均勻沉降、溫度及干縮引起的結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力及水平應(yīng)力通過設(shè)置的橫向縫予以釋放防止混凝土的開裂，但又不允許車站底板撓曲和剪切移動(dòng)超過一定限度，通過橫向縫兩側(cè)可滑移的鋼筋來使整個(gè)車站結(jié)構(gòu)滿足一定的抗彎剛度（見圖4）。既使結(jié)構(gòu)具有一定縱向剛度來滿足軌道的平整度，又防止結(jié)構(gòu)板砼的開裂。
2.2 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1 計(jì)算模型
盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)按平面問題計(jì)算，計(jì)算模式取自由變形的彈性勻質(zhì)園環(huán)，并按襯砌與地層共同作用、接頭影響的彈性鉸園環(huán)復(fù)核。作為彈性勻質(zhì)圓環(huán)，考慮到接頭的影響，對(duì)襯砌的抗彎剛度EI取0.65～0.75的折減系數(shù)。彈性鉸園環(huán)是將各縱縫接頭按其所處的位置，可能產(chǎn)生的變形形態(tài)、螺栓的設(shè)置等處理成能承受一定彎矩即 的彈性鉸， 為接頭剛度（KN·m/rad）， 為接頭轉(zhuǎn)角（rad）。其設(shè)計(jì)荷載簡圖（見圖5）。
圖5設(shè)計(jì)荷載簡圖
2.2.2 結(jié)構(gòu)形式
為了提高襯砌環(huán)縫承受隧道縱向變形引起剪力的抵抗能力、抗裂及防水等要求，將管片的端肋面設(shè)計(jì)成凹凸榫。
管片寬度為1m，既便于起吊、安裝又使縫相對(duì)減少，隨著管片生產(chǎn)拼裝精度的提高和拼裝設(shè)備負(fù)荷增大，管片寬度可適當(dāng)增加。
管片環(huán)面大凸榫承受千斤頂力，可減少環(huán)面壓損。小封頂拆裝方便，亦可減少長沖程千斤頂。
2.2.3隧道襯砌防水
由于采用高精度鋼模（各向誤差小于0.5mm），使生產(chǎn)鋼筋混凝土管片誤差小于1mm，同時(shí)采用了彈性防水密封墊，使得拼裝后的隧道管片縫達(dá)到襯砌滲漏量小于0.1L/m2d；無滴漏線流；管片抗?jié)B要0.6Mpa以上。
彈性防水密封墊設(shè)計(jì)要求，（一號(hào)線）按環(huán)縫張開5mm和（二號(hào)線）環(huán)縫張開8mm，縱縫張開6mm，可抗水壓0.6Mpa。
3、地下工程的施工技術(shù)
3.1 地鐵車站深基坑施工技術(shù)
基坑開挖不可避免地要引起坑內(nèi)土體的應(yīng)力釋放，基坑開挖土體的空間尺寸的大小直接決定了每步開挖土體釋放的應(yīng)力大小。同時(shí)粘性土具有明顯的流變性，尤其是淤泥質(zhì)粘性土，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形在同一工況下會(huì)隨著時(shí)間的延長而不斷增長。因此，選取合理而可靠的施工工序和施工參數(shù)，就能在設(shè)計(jì)中科學(xué)地定量地考慮時(shí)空效應(yīng)為主要特征的施工因素。按此合理而規(guī)則地施工，就會(huì)使土體應(yīng)力路徑和土體應(yīng)力狀態(tài)的變化由復(fù)雜莫測變?yōu)橛幸欢ㄒ?guī)律。使軟土基坑變形的預(yù)測值與實(shí)測值變得相符，基坑變形達(dá)到可控。按上海地鐵實(shí)踐，地下車站深基坑施工工序及其參數(shù)可分為以下三種（圖6、7）：
圖6 長條形基坑施工順序及參數(shù)示意圖 圖7 基坑斜支撐部分的開挖步序和參數(shù)示意圖
3.2 盾構(gòu)施工技術(shù)
3.2.1 盾構(gòu)的選型
在近20m深的飽和含水的粘土性土層粉砂土層中采用加泥式土壓平衡盾構(gòu)，可以滿足盾構(gòu)施工對(duì)周圍環(huán)境控制變形的保護(hù)要求，使得地表變形在隆起1cm、沉降3cm的范圍內(nèi)。
3.2.2 土壓平衡盾構(gòu)的施工
合理的盾構(gòu)施工參數(shù)是根據(jù)盾構(gòu)試驗(yàn)段（一般出洞100m），在結(jié)合以往盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)的基礎(chǔ)上憑地表面變形監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及盾構(gòu)施工記錄的施工參數(shù)優(yōu)化得到的。特別是采用了以單環(huán)推進(jìn)引起的盾構(gòu)上方地面隆沉曲線推算按同樣施工參數(shù)做長距離推進(jìn)所引起的縱向地面隆沉曲線的方法，據(jù)以及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，可使盾構(gòu)在全線推進(jìn)中隨地質(zhì)、埋深、環(huán)境條件變化而動(dòng)態(tài)地加以優(yōu)化，提高控制地面變形的效果。
在優(yōu)化施工參數(shù)中，盾構(gòu)的正面壓力、推進(jìn)速度、出土量和同步壓漿材料、壓力與數(shù)量，以及推進(jìn)中糾編幅度是精心掌握的重點(diǎn)。
對(duì)在粉砂、砂質(zhì)粉土中盾構(gòu)施工，要根據(jù)測試數(shù)據(jù)提高土艙壓力，以在推進(jìn)過程中疏干正面一定范圍的土體，防止土體液化而由出土器噴出，同時(shí)又向正面壓注適量泥漿或泡沫，來提高土的塑性和減少刀盤切工阻力。
3.3 地鐵區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道及泵站的施工技術(shù)
隧道上下行線設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道是為了便于區(qū)間隧道內(nèi)列車發(fā)生火災(zāi)等意外事故時(shí)，乘客能就近下車，快速安全疏散到另一條平行隧道中去。
在上海飽和含水軟弱地層中，建造區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道的辦法不外乎有以下幾種：
① 豎井法－在場地條件允許的情況下，地面做圍護(hù)由上至下開挖，再和相鄰兩條隧道聯(lián)通。
② 頂管法－在地質(zhì)條件允許的情況下，用鋼頂管頂進(jìn)挖掘，類似箱涵頂進(jìn)施工，下部泵站施工可采用類沉井工法。
③ 類礦山法－先對(duì)聯(lián)絡(luò)通道及其泵站部位土體進(jìn)行地基加固，待加固地體達(dá)到一定強(qiáng)度后，采用類礦山法進(jìn)行施工。
被加固的土體要求勻質(zhì)、不透水（抗?jié)B透系數(shù)小于10－9cm/s）、具有一定的強(qiáng)度。根據(jù)不同的地質(zhì)及施工條件采用不同的加固方法，如：水泥土加固和凍結(jié)加固。
4、施工監(jiān)控
環(huán)境巖土工程監(jiān)控技術(shù)是通過將常規(guī)手段與高精度連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測手段相結(jié)合對(duì)工程自身強(qiáng)度和變形以及周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，通過對(duì)施工過程的監(jiān)控和分析研究，摸索一整套優(yōu)化施工參數(shù)保護(hù)周圍環(huán)境的信息化施工技術(shù)。
在車站基坑施工過程中，實(shí)踐證明：按照軟土基坑工程時(shí)空效應(yīng)的理論和方法，所設(shè)計(jì)的基坑在施工過程中，在各層開挖階段的擋墻水平位移及相應(yīng)的墻后地層位移基本符合設(shè)計(jì)預(yù)測值，但由于地層的各向異性和不均勻性以及地層在施工擾動(dòng)時(shí)發(fā)生的難以預(yù)測到的不明確因素，在施工過程的各個(gè)階段還可能發(fā)生某些偏離預(yù)測值的現(xiàn)象，這就必需在施工過程進(jìn)行施工監(jiān)測和有效控制。該項(xiàng)工作是保證地下工程的實(shí)際地層位移符合預(yù)測的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其工作要點(diǎn)有四：
(1) 按照基坑周圍環(huán)境保護(hù)要求，設(shè)計(jì)基坑工程并預(yù)測坑周地層位移分布，通過設(shè)計(jì)分析，確定出關(guān)鍵監(jiān)測點(diǎn)。對(duì)各關(guān)鍵觀測點(diǎn)均要經(jīng)預(yù)測計(jì)算，提出各重要部位在各層開挖過程中各階段的變形速率的警戒值 ，（如圖8）：
圖8 基坑分層開挖時(shí)的擋墻位移圖
式中， ——某層開挖中的墻體變形速率（每班次的變形增量）； ——開挖第i層過程中墻體允許最大水平位移值； ——開挖第i-1層過程中墻體允許最大水平位移值； ——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取0.8~0.9；N——開挖一層的工作班次。
(2) 按照測點(diǎn)的監(jiān)測內(nèi)容選擇具有相應(yīng)功能與精度的測試儀器，最常用和有效的有：①擋墻內(nèi)設(shè)置的測斜管，誤差≤0.5mm；②測量地表及建筑物垂直位移及水平位移的精密水準(zhǔn)儀（誤差≤0.2mm）及經(jīng)緯儀（誤差≤0.5mm）；③支撐軸力測壓傳感器（誤差≤10kN）；④孔隙水壓計(jì)（誤差≤0.01MPa）。
(3) 在關(guān)鍵部位施工過程中，對(duì)該部位關(guān)鍵監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，要緊跟工況發(fā)展進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與反饋分析。
(4) 當(dāng)變形速率的監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到警戒值時(shí)，立即采取有效控制，以事先備用的措施將施工中的風(fēng)險(xiǎn)性趨勢制止在萌芽狀態(tài)。使基坑工程坑周環(huán)境的安全和質(zhì)量始終處于可控狀態(tài)。
按一定施工參數(shù)施工中單環(huán)監(jiān)測數(shù)據(jù)推算施工參數(shù)相同的
長距離推進(jìn)的地面縱向變形示意圖
在盾構(gòu)施工過程中，施工監(jiān)測是對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行積極保護(hù)的關(guān)鍵措施，通過施工監(jiān)測和診斷各種施工因素對(duì)地表變形的影響，提供優(yōu)化施工參數(shù)的依據(jù)，根據(jù)觀測到的結(jié)果，預(yù)測下一步的地表沉降和對(duì)周圍建造及其它設(shè)施的影響，以便采取合理可靠的保護(hù)措施。根據(jù)單環(huán)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析推算按相同施工參數(shù)長距離推進(jìn)地面縱向變形曲線是盾構(gòu)施工監(jiān)測的精髓（見圖9）。
5、鄰近建造物及設(shè)施的保護(hù)技術(shù)
在上海建筑物密集市區(qū)進(jìn)行地鐵車站深基坑開挖和盾構(gòu)施工，環(huán)境保護(hù)問題是一個(gè)十分辣手的問題。根據(jù)上海地鐵深基坑的工程經(jīng)驗(yàn)，按環(huán)境保護(hù)的要求將基坑變形控制標(biāo)制標(biāo)準(zhǔn)分三個(gè)保護(hù)等級(jí)如表2。
按表2所要求的主要參數(shù)地表最大沉降量和圍護(hù)墻水平位移以及抗隆起安全系數(shù)來實(shí)施基坑工程，對(duì)環(huán)境保護(hù)問題通常采用兩種做法：(1)事先保護(hù)法;(2)過程保護(hù)法。
5.1 事先保護(hù)法
事先保護(hù)法是在基坑實(shí)施前對(duì)工程地質(zhì)和周圍環(huán)境作深入調(diào)查，提出基坑施工時(shí)減少地層位移的施工工藝和施工參數(shù)，并針對(duì)環(huán)境允許的強(qiáng)度和變形，事先對(duì)周圍環(huán)境采取工程保護(hù)如隔斷法、基礎(chǔ)托換、地基加固、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)等方法。
5.2 過程保護(hù)法
由于地下工程的不確定性，施工過程中各個(gè)階段可能發(fā)生某些偏離預(yù)測值的情況或者在采取事先保護(hù)法時(shí)費(fèi)用過大或不能完全徹底解決問題的情況，事先有所準(zhǔn)備在施工過程中采取的動(dòng)態(tài)保護(hù)方法，有跟蹤注漿法、被動(dòng)區(qū)注漿法、降水糾偏法等等。
基坑變形控制保護(hù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 表2
注：H為基坑開挖深度， 為抗隆起安全系數(shù)，按圓弧滑動(dòng)公式算出，c、f值取固結(jié)快剪峰值的0.7倍。
· 跟蹤注漿法：
進(jìn)行軟土深基坑開挖卸載造成圍護(hù)墻兩側(cè)壓力差過大引起基坑內(nèi)土體回彈隆起，以及圍護(hù)墻變形引起圍護(hù)墻坑外主動(dòng)區(qū)土體損失，對(duì)坑周邊建筑物及地下管線均會(huì)造成不均勻沉降差，若不均勻沉降差超出現(xiàn)有設(shè)施允許值，便會(huì)導(dǎo)致周邊設(shè)施的破壞。怎樣在施工過程中減少坑外土體的損失是控制現(xiàn)有設(shè)施不均勻沉降差的關(guān)鍵。
跟蹤注漿法就是在基坑施工各個(gè)階段，在嚴(yán)密監(jiān)測的前提下，通過緊貼坑外注漿管進(jìn)行及時(shí)、適量、分層、低壓速注漿，及時(shí)填充由于開挖造成坑外土體損失（如圖10）。
對(duì)盾構(gòu)施工土體損失引起地表建筑不均勻沉降，也經(jīng)常采用及時(shí)跟蹤注漿的辦法來控制沉降差。
· 被動(dòng)區(qū)注漿法
圖10
圖11
在基坑施工過程中，由于基坑較深，圍護(hù)墻剛度相對(duì)較小，同時(shí)存在深層超載或運(yùn)營地鐵的振動(dòng)荷載引起圍護(hù)墻變形速率過大。提高被動(dòng)區(qū)抗力在被動(dòng)區(qū)采取的雙液分層注漿技術(shù)。被動(dòng)區(qū)注漿通常要求要和支撐預(yù)應(yīng)力的更加結(jié)合在一起，及時(shí)用支撐力將圍護(hù)結(jié)構(gòu) 頂緊，有效控制基坑的變形（如圖11）。
· 降水糾偏法
上海軟粘土地下水位較高，大多夾有薄層粉砂，采用真空深井可控地降低地下水位，利用降水后土層中有效應(yīng)力的增加，原來由孔隙水壓承擔(dān)的荷載將逐漸轉(zhuǎn)嫁到土骨架上，因此隨著孔隙水壓力的消散，將會(huì)引起土體固結(jié)和變形，導(dǎo)致地表和建筑物的沉降。降水糾偏只是通過監(jiān)控，將這種沉降變得可控有利。
由于上海軟粘土水平滲透系數(shù)大于垂直滲透系數(shù)。采用降水糾偏要注意地下水位降低對(duì)地下管線及鄰近其他建筑物的不利影響，因此對(duì)降水井所產(chǎn)生的水頭的高低及由此引起土體固結(jié)沉降量要特別引起重視，影響方案設(shè)計(jì)及實(shí)施的時(shí)候井點(diǎn)布置。某工程通過控制建筑物不同點(diǎn)的水頭高度達(dá)到了調(diào)整建筑物不均勻沉降差之目的。
6、軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工
軌道是地鐵運(yùn)營設(shè)備的基礎(chǔ)，它直接承受地鐵列車荷載，引導(dǎo)列車的運(yùn)行。由于地鐵列車軸重輕、行車密度大、運(yùn)營時(shí)間長、維修保養(yǎng)時(shí)間短，軌道結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性方面具有以下特征：
1) 適應(yīng)維修時(shí)間短，養(yǎng)護(hù)工程量少，使用壽命長的特點(diǎn)；
2) 扣件具有適量的彈性，使列車運(yùn)行所引起的振動(dòng)與噪聲控制在容許的范圍內(nèi)；
3) 要具有絕緣性能，降低雜散電流對(duì)周圍金屬的電腐蝕；
4) 減少軌道結(jié)構(gòu)的零部件的非標(biāo)品種，盡可能選用鐵道部通用件，以降低工程造價(jià)和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。
6.1 軌道設(shè)計(jì)
針對(duì)上述原則，鋼軌應(yīng)具有足夠承載能力、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性及穩(wěn)定性、耐磨性、耐腐蝕性等。鋼軌的選型采用了國鐵“年通過重量在30～60Mt時(shí)，采用60kg/m鋼軌”的選型規(guī)定。
地鐵扣件要求具有足夠的強(qiáng)度、扣壓力和耐久性，以及具有良好彈性和絕緣性能。根據(jù)不同減振要求分別在整體道床采用DTⅢ型扣件和軌道減振扣件，地面線碎石道床地段，采用了國鐵的定型扣件，詳見圖12、13。
道床在隧道內(nèi)采用整體道床，考慮到上海區(qū)間隧道處于飽和軟土地層中，為了減少隧道結(jié)構(gòu)縱向不均勻沉降以及運(yùn)營列車振動(dòng)可能引起隧道下臥土層振陷和液化，將道床設(shè)計(jì)成連續(xù)支承的縱向軌枕式整體道床，道床和管片具有一定的抗剪強(qiáng)度粘結(jié)成一個(gè)整體，通過加大結(jié)構(gòu)重量減緩振動(dòng)以減少對(duì)隧道結(jié)構(gòu)周邊土體的影響，鋼軌下的彈性墊層及鋼筋混凝土基礎(chǔ)都是順線路方向連續(xù)的，其橫斷面圖詳見圖14。
6.2 軌道結(jié)構(gòu)的施工
1、 于地鐵圓形區(qū)間隧道的內(nèi)徑較緊湊，無法提前設(shè)置輕型軌道作為施工材料的運(yùn)輸線路，而只能利用正式鋼軌，并在道床施工地段兩側(cè)水溝設(shè)置。
2、 龍門吊軌道采用長軌枕。
3、預(yù)拼軌排然后運(yùn)到施工地段，再用鋼軌支撐吊掛，經(jīng)調(diào)整合格后澆筑混凝土道床，使軌道施工既便捷又快速，其整體道床施工工藝流程圖詳見圖15。
圖15 整體道床施工工藝流程圖
為了提高地鐵線路的質(zhì)量，軌道設(shè)計(jì)采用了超長無縫線路，無縫線路采用溫度應(yīng)力式。鎖定軌溫確定為1/2（當(dāng)?shù)氐淖罡哕墱兀?dāng)?shù)氐淖畹蛙墱兀?℃。無縫線路的焊接方式，采用工廠接觸焊機(jī)將短軌焊成250米長的長軌條，送至現(xiàn)場，再采用洞內(nèi)氣壓焊接成無縫線路，針對(duì)隧道內(nèi)小半徑曲線及陡坡給無縫線路鋪設(shè)與鎖定帶來的困難，采用“分段鋪設(shè)、交叉鎖定、線上連焊、統(tǒng)一換算”的施工方案，比較合理地解決了勞力、設(shè)備及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的難題。
軌道是地鐵運(yùn)營設(shè)備的基礎(chǔ)，它直接承受地鐵列車荷載，引導(dǎo)列車的運(yùn)行。由于地鐵列車軸重輕、行車密度大、運(yùn)營時(shí)間長、維修保養(yǎng)時(shí)間短，軌道結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性方面具有以下特征：
1) 適應(yīng)維修時(shí)間短，養(yǎng)護(hù)工程量少，使用壽命長的特點(diǎn)；
2) 扣件具有適量的彈性，使列車運(yùn)行所引起的振動(dòng)與噪聲控制在容許的范圍內(nèi)；
3) 要具有絕緣性能，降低雜散電流對(duì)周圍金屬的電腐蝕；
4) 減少軌道結(jié)構(gòu)的零部件的非標(biāo)品種，盡可能選用鐵道部通用件，以降低工程造價(jià)和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。
7、結(jié)論
1. 在軟粘土地層采用考慮時(shí)空效應(yīng)的理論和方法進(jìn)行深基坑設(shè)計(jì)和施工是一條被實(shí)踐證明經(jīng)濟(jì)而可靠的技術(shù)途徑，在軟土基坑工程得到廣泛的應(yīng)用。
2. 科學(xué)的施工工藝和施工參數(shù)是設(shè)計(jì)的必要依據(jù)，也是控制基坑變形的關(guān)鍵。科學(xué)的監(jiān)測方式及信息化施工以及根據(jù)監(jiān)測信息對(duì)施工工藝及參數(shù)做必要的優(yōu)化是工程成功的保障。
3. 盾構(gòu)施工中根據(jù)單環(huán)推進(jìn)引起上方地表沉降推算按相同施工參數(shù)做長距離推進(jìn)引起地面隆沉曲線，進(jìn)行施工參數(shù)的優(yōu)化是施工的精髓。
4. 輔助施工技術(shù)和措施是地下工程的必不可少的關(guān)鍵手段之一。隨著施工技術(shù)的提高，將會(huì)得到廣泛地應(yīng)用和發(fā)展。
5. 采用合理的軌道結(jié)構(gòu)措施，可避免列車長期振動(dòng)引起砂性土的液化和軟粘土的振陷。
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原文作者：葛世平（上海地鐵運(yùn)營有限公司）
