上海地铁二号线盾构法隧道施工技术综述概况

上海地铁二号线盾构法隧道施工技术综述

摘要：本文以上海地铁二号线工程为背景，介绍了盾构穿越地面密集建筑物及特殊地下管线等特殊技术措施，并针对隧道叠交工况提出了地面隆起变形计算公式，给出了隧道叠交穿越时地层移动的数学模型。关键词：地铁盾构建筑物隧道叠交数学模型

1 概述

1.1 工程概况

上海地铁二号线工程圆隧道部分西起中山公园站，东止龙东路站，双线（上、下行）全长24.122km ，共设12座车站。全线横贯长宁、静安、黄浦及浦东新区，除浦东东方路以南大都为农田外，其余各段所处的市政环境为地面交通繁忙、建筑物密集及地下管线错综复杂。尤其是浦西段区间隧道基本在素有“中华第一街”之称的南京路地下穿越，施工难度很大。地铁二号线的建成，将与地铁一号线及正在建设的明珠一号线构成上海地上及地下相结合的“申”字型高速有轨交通系统。（详见图1）

图1 地铁二号线总平面图

地铁二号线各区间隧道均采用盾构法施工，其中静安寺~石门一路区间段隧道采用上海隧道工程股份有限公司设计、制造的F6340mm 加泥式土压平衡盾构；陆家嘴~河南路区间段隧道采用中法联合制造的F6340mm 土压平衡盾构；其余各段均采用原地铁一号线使用过并经维修保养的法国FCB 公司制造的F6340mm 土压平衡盾构。

地铁区间隧道包括上行线和下行线各一条，隧道衬砌外径为F6200mm ，内径为F5500mm, 衬砌为预制钢筋混凝土管片，每环宽度1000mm ，每环由封顶块( F 、邻接块(L1及L2 、标准块(B1及B2 和落底块(D6块管片拼装而成。除杨高路站~东方路站区间隧道外，两相邻管片的纵向、环向均采用M30螺栓连接，管片设

计强度等级为C50，抗渗为S8，接缝防水采用水膨胀性橡胶和氯丁橡胶复合而成的弹性密封垫。

1.2 工程地质

地铁二号线区间隧道，沿线主要穿越的地层有：‚2灰色砂质粉土层，易发生流砂；l 灰色淤泥质粉质粘土层，饱和、流塑，属高压缩性土；m 灰色淤泥质粘土层，饱和、流塑~软塑、夹少量薄层粉砂，属高压缩性土；n1－1灰色粘土层，很湿、软塑~可塑、受扰动后沉降大，属高偏中压缩性土；n1－2灰色粉质粘土层，很湿、软塑、受扰动后沉降大、局部夹薄层粉砂，属中压缩性土。其中陆家嘴路站~河南路站区间隧道江中段的土层物理力学性能指标详见表1。

表1 陆家嘴路站~河南路站区间隧道江中段土层物理力学性能指标

层号数值类别含水量W 天然孔隙比e 压缩系数a1-a 压缩模量E1-a 渗透系数无侧限抗压强度qu 十字板剪切强度Su 静三轴内聚力Cu 静止侧压力系数

Kv Kh

% MPa－1 MPa cm/s cm/s kPa kPa kPa

‚2灰色砂质粉土最大 37.8 1.071 0.38 8.82 2.49E-4 1.50E-4 66.0

平均 34.5 0.984 0.28 6.93 ～～ 50.4 49.4 0.44

最小 30.5 0.881 0.22 4.99 6.40E-5 4.78E-5 41.6

l 灰色淤泥质粉质粘土最大 43.3 1.212 0.76 3.72 62.7 42.6 0.51

平均 40.5 1.136 0.63 3.31 43.0 31.6 23.0 0.47

最小 36.8 1.030 0.54 2.97 28.7 20.5 0.42

m 灰色淤泥质粘土最大 58.9 1.593 1.41 3.31 1.28E-7 1.86E-7 72.1 34.5 32.0 0.58

平均 50.8 1.408 1.07 2.23 ～～ 46.6 29.3 30.0 0.56

最小 45.1 1.233 0.67 1.65 3.00E-7 4.20E-7 33.0 25.9 26.0 0.48

n1－1灰色粘土最大 43.5 1.267 0.75 4.53 80.0 48.0 53.0

平均 38.6 1.110 0.61 3.37 67.0 42.0 40.0 0.54

最小 34 0.988 0.44 2.76 39.6 36.0 31.0

n1－2灰色粉质粘土最大 39.5 1.171 0.74 6.45 1.37E-6 2.90E-6 97.0 76.0 0.56

平均 33.4 0.993 0.45 4.53 ～～ 80.7 58.0 0.54

最小 28.6 0.887 0.28 3.27 3.14E-7 1.30E-7 43.9 40.0 0.52

1.3 施工技术难点

地铁二号线区间隧道盾构施工中需穿越很多的密集型地面建筑物、地面交通干道及特殊地下管线，故对环境的保护要求相当高，简述如下：

（1）陆家嘴站~河南路站区间隧道中，盾构与外滩观光隧道同期施工；

（2）人民公园站~河南路站区间隧道中，盾构穿越营运中的地铁一号线；

（3）杨高路站~东方路站区间隧道中，盾构穿越上游引水箱涵；

（4）静安寺站~石门一路站区间隧道中，盾构穿越名城广场地下室；

（5）陆家嘴路站~河南路站区间隧道中，盾构穿越全断面粉砂层；

1.4 科研项目开发及推广应用

（1）隧道叠交施工的相互影响理论及施工工艺研究；（陆家嘴路站~河南路站区间隧道）

（2）盾构法隧道施工专家系统的推广应用。（杨高路站~东方路站、静安寺站~江苏路站、人民公园站~河南路站、陆家嘴站~河南路站等区间隧道）

针对上述区间隧道施工中所遇到的有关技术难点，采取了相应技术措施，具体如下。

2 短期隧道叠交施工技术

2.1 简况

陆家嘴~河南路区间隧道施工中，在浦西防汛墙底下地铁二号线与外滩观光隧道成51°21’斜交，上、下行线隧道顶部与其净距分别为1.57m 及2.18m （详见图2），形成三条隧道叠交穿越工况。施工先后顺序为地铁二号线上行线、地铁二号线下行线、外滩观光隧道。

图2 地铁二号线与外滩观光隧道位置示意图

外滩观光隧道工程东起东方明珠电视塔西侧的浦东出入口竖井, 西至南京路外滩（陈毅塑像北侧）绿化带内的浦西出入口竖井，全长646.70m 。隧道外径

F7.48m ，内径F6.76m ，采用φ7650mm 铰接式土压平衡盾构施工。

地铁二号线隧道与外滩观光隧道施工时间间隔仅三个月左右，隧道尚处于非稳定状态。由于土体的不稳定，必将产生相互影响，这是盾构施工需要研究的新课题。为此，进行室内模拟实验并建立了数学模型，以指导实际施工。

2.2 动态隧道叠交室内实验及数据分析

2.2.1 室内实验

2.2.1.1 总体设计