上海地鐵4號(hào)線工程設(shè)計(jì)與施工新技術(shù)
【摘 要】地鐵4號(hào)線工程在上海軌道交通規(guī)劃網(wǎng)中的地位舉足輕重，本文結(jié)合該工程的建設(shè)情況，簡(jiǎn)單介紹了方案中線路設(shè)計(jì)、換乘方式和盾構(gòu)穿越地下墻時(shí)所體現(xiàn)的新思路。詳細(xì)總結(jié)了車站施工和盾構(gòu)推進(jìn)過程中為保護(hù)周圍環(huán)境和控制地層移動(dòng)，所采取的一系列科學(xué)合理的新技術(shù)和新措施。
【關(guān)鍵詞】地鐵車站 “八”字形線路 換乘方式 玻璃鋼纖維（GFRP） 凍結(jié)法施工 盾構(gòu)上下重疊推進(jìn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
1 前言
根據(jù)上海城市2050遠(yuǎn)景總體規(guī)劃，最終規(guī)劃軌道交通線路總長(zhǎng)562Km，共21條軌道交通線，其中地鐵11鐵，輕軌10條。絕大多數(shù)成放射狀，而明珠線二期（M4）與明珠線一期（M3）西部線路相結(jié)成環(huán)，是軌道交通系統(tǒng)中唯一的城市環(huán)線。它是聯(lián)系其他線路的紐帶，其主要功能是將其他軌道線路聯(lián)系起來，使整個(gè)上海軌道交通網(wǎng)成為一個(gè)有機(jī)的整體。對(duì)于現(xiàn)階段來說，地鐵4號(hào)線首先要與已建的1號(hào)線、2號(hào)線、明珠一期線西部線路接軌，形成“申”字形軌道交通網(wǎng)絡(luò)的基本骨架。本文將主要介紹地鐵4號(hào)線工程建設(shè)過程中的設(shè)計(jì)及施工不同于以往的一些新的技術(shù)特點(diǎn)，以供交流。
2 地鐵4號(hào)線工程概況
2.1 線路規(guī)模和走向
地鐵4號(hào)線工程線路全長(zhǎng)22.032KM，其中高架線1.25KM，其余均為地下線。共設(shè)17座車站，其中地下一層半站2座，地下二層站10座，地下三層站5座，平均間距為1.238KM。設(shè)停車場(chǎng)1座。M4工程線路走向?yàn)椋篗3寶山路站——溧陽(yáng)路——臨平路——長(zhǎng)陽(yáng)路——楊樹浦路——浦東大道——張楊路——浦電路——藍(lán)村路——浦東南路——南浦大橋——西藏南路——魯班路——大木橋路——東安路——天鑰橋路——上體場(chǎng)路——宜山路——M3虹橋路站。如圖１所示。
圖1 上海軌道交通地鐵4號(hào)線工程線路示意圖
2.2 建設(shè)工期及工程籌劃
本工程建設(shè)年限為2000年初~2004年底，2004年底建成試通車，2005年完成運(yùn)行設(shè)備調(diào)試，建設(shè)總共期為5年。各工程項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度如表1所示，盾構(gòu)的工程籌劃如圖2 所示。
表1 地鐵4號(hào)線工程項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度表
2.3工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件
沿線地鐵車站一般埋深10~20m，基坑內(nèi)土性以第①層填土、第②1層褐黃色粉質(zhì)粘土、第②3層灰色砂質(zhì)粉土、第③層灰色淤泥質(zhì)粘土、第④層灰色淤泥質(zhì)粘土為主。沿線區(qū)間隧道埋深一般在14~21m，隧道主要穿越第④層灰色淤泥質(zhì)粘土以及第⑤1層灰色粘土為主。
淺部土層中潛水埋深淺，一般離地面0.3~1.5m，年平均地下水位離地面05~0.7m；第②3、③2、⑤2層地下水具有微承壓水特征；⑦1、⑦2層中的地下水，為承壓含水層，承壓水頭離地面埋深5.0~18.0m。
3 設(shè)計(jì)新特點(diǎn)
地鐵4號(hào)線工程作為上海地鐵規(guī)劃中最重要的環(huán)線，城市平面投影完全落在內(nèi)環(huán)線以內(nèi)的中心城區(qū)，與已建、在建、將建地鐵線有眾多的交叉換乘，是上海地鐵交通實(shí)現(xiàn)輻射功能的中樞，其是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，涉及建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、車輛、通信、信號(hào)、環(huán)控等多個(gè)方面。
3.1線路設(shè)計(jì)特點(diǎn)
1)成環(huán)，包括共環(huán)與獨(dú)立成環(huán)。在初期運(yùn)營(yíng)時(shí)（2005-2015年），地鐵4號(hào)線與已建好的明珠一期成環(huán)共營(yíng)，遠(yuǎn)期(2030年以后)再考慮獨(dú)立成環(huán)，中期階段（2015-2030）考慮兩者共存。由于前者17個(gè)車站全為地下，后者9個(gè)車站全為高架車站，針對(duì)不同時(shí)期的運(yùn)營(yíng)要求，既要考慮與明珠一期的設(shè)施與界限的兼容性，又要考慮今后的升級(jí)，這就意味著，地鐵4號(hào)線的線路設(shè)計(jì)，是一個(gè)承前啟后的設(shè)計(jì)，需要從建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、信號(hào)、通信等多個(gè)方面考慮不同階段的要求，關(guān)系是相當(dāng)復(fù)雜的；
2）障礙條件多，線路設(shè)計(jì)限制多。上海屬于典型的軟土地區(qū)，又是中國(guó)工業(yè)化、城市近代化最早的城市，也是近十年來中國(guó)發(fā)展最快、城市基本建設(shè)投入最大的城市之一，地下新老構(gòu)筑物眾多，且存在很多不明障礙物，地面高層建筑、交通市政設(shè)施繁多，因地質(zhì)條件差，大多地面建筑、構(gòu)筑物都采用樁基（包括近年建造的多層和小高層），加之地鐵4號(hào)線正好全部建在繁華的中心城區(qū)的地下，線路選擇的一個(gè)基本原則是逢樁就讓，遇到不可克服的障礙物也要讓，這就決定了要最終選定一個(gè)符合功能要求的、滿足車輛運(yùn)行的、經(jīng)濟(jì)合理的路線是多么不容易的事情。
3)小半徑區(qū)間多。產(chǎn)生小半徑區(qū)間，一種原因是成環(huán)本身就決定的，因?yàn)閺暮鐦蚵氛巨D(zhuǎn)到寶山路站的環(huán)轉(zhuǎn)向近270度，由于某些轉(zhuǎn)角偏大，甚至形成了曲線車站，如上體場(chǎng)車站；另一種原因，就是由于許多障礙物的限制導(dǎo)致的，比如從宜山路站、上體場(chǎng)站到蒲匯塘停車場(chǎng)方向去的線路，在不到1公里范圍內(nèi)其連續(xù)穿過明珠一期高架及內(nèi)環(huán)高架的數(shù)個(gè)橋墩之間，由此產(chǎn)生了許多小半徑區(qū)間及緩和曲線，半徑最小的才150米，大的不過300米。過小的半徑對(duì)盾構(gòu)施工及車輛運(yùn)行的要求都較高。
4）橋隧結(jié)合。正是由于前述地下線路與高架線路成環(huán)的特點(diǎn)，形成標(biāo)高上的過渡，導(dǎo)致線路“上天入地”，在地鐵4號(hào)線工程的兩個(gè)端頭，形成橋梁、隧道過渡（中間還有暗埋與光柵坡段）的線路特點(diǎn)。
5)局部線路上下變位重疊。在地鐵4號(hào)線工程的浦東南路站-南浦大橋站區(qū)間及南浦大橋-西藏南路站區(qū)間，由于南浦大橋站周圍存在密集的橋墩橋基（長(zhǎng)樁），使得線路接近南浦大橋站時(shí)，水平方向空間不足，不得已改變線形，在近南浦大橋兩端頭井的二百多米范圍內(nèi)，兩區(qū)間線路垂直重疊，用垂直空間換水平空間，形成地鐵4號(hào)線一大特色。由于這個(gè)原因，其會(huì)形成南浦大橋站的上下重疊的側(cè)式站臺(tái)，并導(dǎo)致區(qū)間盾構(gòu)施工的諸多難度。
6)局部線路“八”字形
地鐵4號(hào)線工程停車場(chǎng)選址于中山西路以西蒲匯塘以北處，其出入線以“八”字形分別在上海體育場(chǎng)站和宜山路站與正線接軌,見圖3。出入場(chǎng)線右線接軌于宜山路站南端上、下行正線，然后線路以R=250m曲線跨下行正線后，穿過中山西路，在中山西路南側(cè)設(shè)盾構(gòu)工作井。此后線路采用明挖法，線路以R=150m的曲線接入車場(chǎng)。出入場(chǎng)左線接軌于上海體育場(chǎng)站西端下行正線出入場(chǎng)左線，隨后以R=300m曲線下穿凱花公寓樁基，下穿中山西路，最后線路再以R=300m曲線折向出入場(chǎng)右線，與出入場(chǎng)右線并行接入車場(chǎng)。
3.2多種站型
地鐵4號(hào)線的線路設(shè)計(jì)特點(diǎn)，從一定程度上決定了車站對(duì)站臺(tái)的選擇。多數(shù)車站為島式站臺(tái)車站，而象臨平路車站，則為島側(cè)式站臺(tái)車站，而由于前述的原因，在南浦大橋車站形成了上下重疊式側(cè)式站臺(tái)車站。從車站層數(shù)來說，由于標(biāo)高的變化、地下開發(fā)及處理與其他地鐵線路的關(guān)系等原因，形成以二層車站為主，兼有一層半（如溧陽(yáng)路車站）及三層（如上體場(chǎng)車站，浦東南路車站）車站。
3.3換乘點(diǎn)多，換乘方式多樣
地鐵4號(hào)線線路的走向及其功能決定了其勢(shì)必與規(guī)劃路網(wǎng)中的諸多地鐵、輕軌交通線相銜接，形成較多換乘點(diǎn)，17個(gè)車站中有11個(gè)車站與其他線路形成換乘，而在寶山路及虹橋路接軌段，實(shí)現(xiàn)與明珠一期的共線換乘。本工程以既定的規(guī)劃路網(wǎng)為依據(jù)，因地制宜采取了多種換乘形式，如表2所示：
3.4 根據(jù)地鐵現(xiàn)狀及規(guī)劃，解決連接設(shè)計(jì)
正是由于地鐵4號(hào)線的環(huán)狀、與其他線路多個(gè)相交的特點(diǎn)，需要解決其與已有線路、在建的及規(guī)劃線路的連接問題。1)對(duì)于已有線路，地鐵4號(hào)線在1好線上體館車站處與上體館車站實(shí)現(xiàn)T型換乘連接，前者的站臺(tái)層穿過后者的站層下方，形成新老一體化結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)上采用了托換樁梁的方法對(duì)老車站結(jié)構(gòu)的荷載托換，通過設(shè)后澆帶的形式解決新老結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)的問題，通過冰凍礦山法對(duì)穿越段進(jìn)行穿越設(shè)計(jì)，形成了地鐵4號(hào)線設(shè)計(jì)問題中最難的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題；在2好線東方路站，地鐵4號(hào)線的張楊路站與2好線實(shí)現(xiàn)平行換乘，并利用東方路站的老地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)作為圍護(hù)及支撐受力結(jié)構(gòu)，對(duì)既有線路的影響也是非常之大的，形成地鐵4號(hào)線工程設(shè)計(jì)中又一突出的結(jié)構(gòu)問題。2)對(duì)于在建線路，如地鐵4號(hào)線與M8線在西藏南路站十字相交，由于兩線具有同步實(shí)施的條件，則在此站采取了統(tǒng)一設(shè)計(jì)的方法，圓滿解決二者的連接。3)對(duì)于規(guī)劃線路，主要采取預(yù)留連接措施的辦法。如對(duì)于宜山路車站，由于其與R4線相交，R4線盾構(gòu)將在宜山路車站建成后，在車站底板下穿過，為方便以后盾構(gòu)的成功穿越，在穿越處地下墻下部11.8米深度范圍，采用玻璃鋼纖維（GFRP）代替鋼筋并采用低標(biāo)號(hào)砼（C10）的設(shè)計(jì)方案；又如東安路車站，由于其與規(guī)劃中的M7線相交換乘，因此在設(shè)計(jì)東安站時(shí)就預(yù)先考慮了十字換乘而在換乘段采用三層結(jié)構(gòu)，以方面今后新老線路的順利連接。
3.5 考慮適當(dāng)開發(fā)
土地與地下空間資源都是寶貴的不可再生資源。地鐵4號(hào)線設(shè)計(jì)根據(jù)上海市的發(fā)展階段與水平，適當(dāng)?shù)乜紤]了地下空間開發(fā)及與周邊的聯(lián)合開發(fā)。如在浦東南路站、西藏南路站、張楊路站都有數(shù)千平方米的地下空間開發(fā)量，而在臨平路站，則考慮了與周邊房地產(chǎn)聯(lián)合開發(fā)設(shè)計(jì)的可能性。對(duì)于土地開發(fā)，由于停車場(chǎng)需要占用大量的土地，如果象老的地鐵線路一樣，辟出專門土地只用于停車場(chǎng)之用，則非常浪費(fèi)，因此，地鐵4號(hào)線工程停車場(chǎng)考慮了相當(dāng)量的物業(yè)開發(fā)，擬在地面一層建造停車場(chǎng)，停車場(chǎng)上部通過巨型框架結(jié)構(gòu)及大厚板轉(zhuǎn)換層進(jìn)行物業(yè)開發(fā)及景觀設(shè)計(jì)，等于再造了相當(dāng)于停車場(chǎng)用地的土地面積，必將獲得巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。這方面的嘗試與經(jīng)驗(yàn)，完全可以用作對(duì)以前單純停車場(chǎng)的物業(yè)改造。
3.6 土建結(jié)構(gòu)及設(shè)備方面不拘一格
1)圍護(hù)設(shè)計(jì)：采用多種圍護(hù)結(jié)構(gòu),有地下連續(xù)墻（800與600），SMW墻；多種接頭形式（預(yù)制接頭樁，鎖口管柔性接頭，十字鋼板剛性接頭）；并對(duì)封堵墻加以靈活應(yīng)用，一般說來，封堵墻在翻交過程中應(yīng)用較廣，而在張楊路車站中，其被用來切割大基坑為小基坑，通過4堵封堵墻將長(zhǎng)條形深基坑分成5塊，大大降低了基坑施工的風(fēng)險(xiǎn)；
2)用時(shí)空效應(yīng)指導(dǎo)挖土、支撐設(shè)計(jì)。由于上海的土層基本上屬于第四紀(jì)海積相軟土，土的蠕變效應(yīng)明顯，因此設(shè)計(jì)將時(shí)空效應(yīng)引入為設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)規(guī)范基坑施工及減少環(huán)境影響，起到很好作用；
3)永久結(jié)構(gòu)采用雙墻與單墻形式。一般說來，上海由于地下水位高，多采用雙墻車站形式。近年，由于地下連續(xù)墻施工水平的提高，為地下連續(xù)墻作為永久結(jié)構(gòu)提供了技術(shù)上的保證，因此在地鐵4號(hào)線的某些車站（大木橋路、東安路及天鑰橋路）采用了單墻結(jié)構(gòu)，效果也不錯(cuò)；
4）連續(xù)的結(jié)構(gòu)變化：由于地鐵4號(hào)線的線路特點(diǎn)，對(duì)某些車站、區(qū)間都出現(xiàn)了從地下暗埋到地面甚至高架的連續(xù)的結(jié)構(gòu)變化。對(duì)于車站，如宜山路車站，車站長(zhǎng)度達(dá)600多米，包括暗埋、明挖基坑、光柵爬坡及高架橋梁等連續(xù)結(jié)構(gòu)變化段；對(duì)于區(qū)間：如宜山路-虹橋接軌站的下行線，中漕井到葡萄糖廠到停車場(chǎng)的出入場(chǎng)線等，出現(xiàn)盾構(gòu)區(qū)段、明挖爬坡及高架橋梁等連續(xù)結(jié)構(gòu)變化段。這些對(duì)接頭過渡部分的設(shè)計(jì)有較高要求。
5)設(shè)備上的突破。采用西門子的前推平開式車輛，使地鐵4號(hào)線的車站的限界設(shè)計(jì)與以往平開式車輛有所區(qū)別；對(duì)于車站結(jié)構(gòu)，考慮到乘客安全、分區(qū)環(huán)控及節(jié)能要求，還采用屏蔽門設(shè)計(jì)。
4 施工新特點(diǎn)
4.1 從順作法到逆作法、框架逆作法及蓋挖逆作法
地鐵4號(hào)線工程的絕大多數(shù)車站均采用順作法施工，局部翻交段采用了逆作法，而只有東安路車站采用了全逆作法施工。采用順作法的代價(jià)是占用道路，犧牲城市交通效率，在象上海這樣繁忙的大都市，實(shí)在是不得已而為之。而通過東安路逆作法的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)期費(fèi)用及工工期并未增長(zhǎng)，而對(duì)周邊環(huán)境保護(hù)相當(dāng)有利，鄰近2.5米處有一2層、天然地基的線性加速器房要保護(hù)，施工最大差異沉降不到1/1000，滿足特級(jí)保護(hù)要求。費(fèi)用未見增長(zhǎng)，是因?yàn)槭┕に降倪M(jìn)步及小型挖機(jī)的合理高效利用，環(huán)境保護(hù)好得益于逆作法化深大基坑為淺小基坑的作用，而對(duì)于高溫天氣，頂板以下的砼施工及養(yǎng)護(hù)的環(huán)境也是相當(dāng)有利的。當(dāng)然，全蓋逆作法，有一個(gè)材料運(yùn)輸面狹窄的問題。而在浦東南路-南浦大橋區(qū)間的過江風(fēng)井，采用框架逆作法，將可克服這個(gè)缺點(diǎn)。對(duì)于上海，因?yàn)椴捎梅饨换蚍坏姆椒ǎ鷥r(jià)是較大的，而市政府將嚴(yán)格控制地鐵施工對(duì)道路的影響與占用，這就極有可能將逆作法、框架逆作法甚至蓋挖逆作法大量推到地鐵建設(shè)的前臺(tái)。
4.2 盾構(gòu)技術(shù)的新進(jìn)展
上海1，2號(hào)線所采用的FCB盾構(gòu)仍然在地鐵4號(hào)線工程中應(yīng)用，還是采用通縫拼裝。但是，地鐵4號(hào)線工程也從日本三菱公司進(jìn)口了4臺(tái)新的盾構(gòu)，采用1200*300mm的薄管片，錯(cuò)縫拼裝，整體剛度較通縫拼裝要高。從投入使用的效果來看，防水效果好，工作效率高，縱橫沉降小，對(duì)周邊環(huán)境影響不大。應(yīng)當(dāng)作為上海今后盾構(gòu)應(yīng)用的一個(gè)方向。也有遇到盾構(gòu)覆土相當(dāng)淺的情況（只有盾構(gòu)直徑的一半），對(duì)此采用壓重的方法，取得較好的效果。此外，在用9號(hào)盾構(gòu)開挖浦東南路-南浦大橋上行區(qū)間時(shí)，采用機(jī)械式履帶運(yùn)土代替軌道運(yùn)土，管片與土方分道，效率大幅度提高，最高每天推進(jìn)21環(huán)，有著很好的應(yīng)用前景。
4.3 臨近施工及構(gòu)（建）筑物保護(hù)
對(duì)于車站，由于上海房屋密集，車站圍護(hù)距民房過近，有的接近零距離。簡(jiǎn)單施工不可避免會(huì)對(duì)民房的結(jié)構(gòu)安全和正常使用帶來影響。在外圍采用樹根樁等隔離保護(hù)，并充分發(fā)揮時(shí)空效應(yīng)，取得了較好效果。對(duì)于區(qū)間，一般上、下行線距離都較近，為了避免二區(qū)間同時(shí)施工的影響，同向推進(jìn)時(shí)，采用一先一后方式，如浦東大道-張楊路區(qū)間，采用6號(hào)、7號(hào)盾構(gòu)同向推進(jìn)，間隔200環(huán)以上，可以保證效果；若采用掉頭盾構(gòu)，則基本無影響；有相當(dāng)極端的情況，如楊樹浦路站-浦東大道站區(qū)間與相連的大連路隧道同時(shí)施工，區(qū)間最近距離僅十幾米，由于二者均采用較先進(jìn)的新盾構(gòu)，相互干擾相對(duì)減小，過于臨近并未產(chǎn)生不良影響；魯班路-西藏南路區(qū)間與盧浦大橋浦西段橋樁距離同樣很近，區(qū)間施工時(shí)，盧浦大橋的橋墩鉆孔樁也在施工，由于區(qū)間采用新的12號(hào)盾構(gòu)施工并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與協(xié)調(diào)，二者并未產(chǎn)生不利影響；南浦大橋兩端頭區(qū)間采用重疊盾構(gòu)施工，采用先下后上，一先一后的方式，進(jìn)展順利。在構(gòu)（建）筑物保護(hù)方面，針對(duì)保護(hù)對(duì)象的特點(diǎn)，因物制宜，也積累了可貴的工程經(jīng)驗(yàn)。以宜山路站的明珠一期保護(hù)和南浦大橋兩端重疊隧道后行施工對(duì)對(duì)先行隧道保護(hù)為例進(jìn)行說明。
1)宜山路站施工對(duì)明珠一期高架的保護(hù)
地鐵4號(hào)線宜山路車站的西側(cè)是正在運(yùn)營(yíng)的明珠一期高架線路和宜山路車站，已投入使用近三年。待建車站的地下墻外邊線至高架線路承臺(tái)最小距離4.5m，至車站承臺(tái)最小距離3.8m，至車站建筑外邊線2.7m。明珠一期工程基礎(chǔ)采用PHC樁，樁徑為0.6m，樁長(zhǎng)為45m（與地下墻深度接近），分為三節(jié)，第一二節(jié)接頭均在基坑深度范圍內(nèi)，必須采取嚴(yán)格的保護(hù)措施對(duì)明珠一期高架進(jìn)行保護(hù)。為此采取一系列措施：
(1)在地下墻施工方面，采用900mm高的預(yù)制、移動(dòng)式高導(dǎo)墻防止槽段坍方，嚴(yán)格控制新鮮泥漿比重為1.08以提高槽壁的穩(wěn)定性，間隔施工SMW帷幕，隔斷地墻施工對(duì)土體的擾動(dòng)；
(2)在地基加固方面：在車站基坑內(nèi)根據(jù)車站的深度及與高架的關(guān)系，采用多種加固形式，在南、北端頭井及穿越段采用滿堂旋噴加固，在標(biāo)準(zhǔn)段采用深層攪拌樁加固，而在暗埋段則采用雙液注漿法施工；
(3)基坑開挖方面：在標(biāo)準(zhǔn)段采用“兩明一暗半逆作法”施工,并采用了被劉建骯院士稱為“創(chuàng)舉”的裝配牛腿式鋼支撐。嚴(yán)格按時(shí)空效應(yīng)原則組織基坑開挖，作到單元開挖，單元整體支撐。
(4) 施工監(jiān)測(cè)方面：宜山路車站采用了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)和預(yù)報(bào)系統(tǒng)，能系統(tǒng)、連續(xù)、全面、及時(shí)地采集數(shù)據(jù)，同時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在經(jīng)軟件處理后進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，并由專門編制的工程管理軟件進(jìn)行智能化全過程預(yù)測(cè)分析和動(dòng)態(tài)反饋分析，實(shí)現(xiàn)工程施工監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化。圖5為宜山路站現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)布置示意圖。
圖4 宜山路車站施工對(duì)一期高架車站影響自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖（22軸橫斷面）
通過上述一系列措施，明珠一期高架在施工期間得到了很好的保護(hù)，沒有發(fā)生任何不利情況。
2)浦東南路－南浦大橋區(qū)間重疊隧道保護(hù)
浦東南路站～南浦大橋站區(qū)間隧道工程由于受南浦大橋浦西引橋的限制，在靠近南浦大橋站端頭井處，隧道要上、下重疊在一起，重疊長(zhǎng)度約為235m,見圖6。兩條隧道的最小凈距僅為2m。如何減少或避免兩隧道間相互不利影響，以達(dá)到互相保護(hù)，在施工措施上的難度之大，在國(guó)內(nèi)隧道施工中尚屬首例。
為此采取如下措施，取得很理想的保護(hù)效果。
(1)施工時(shí)間、空間順序上采取措施。兩個(gè)盾構(gòu)同向、分時(shí)錯(cuò)開從浦東向浦西推進(jìn)，先下后上；(2)采用信息化反饋施工，動(dòng)態(tài)調(diào)整物理、材料、空間等參數(shù)，始終合理控制推進(jìn)速度，嚴(yán)格控制土倉(cāng)壓力、出土量及盾構(gòu)姿態(tài)變化；(3)采取動(dòng)態(tài)、全程、可控、精確的注漿加固措施，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償因土層蠕變、地層損失等可能影響的兩隧道間的空間關(guān)系及結(jié)構(gòu)平衡。為此，a.在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，對(duì)盾構(gòu)與襯砌間的環(huán)形空隙壓注緩凝漿液；b.在下部隧道施工后，上部隧道施工前，通過壓漿孔對(duì)下部隧道土體進(jìn)行二次雙液注漿加固；c.在上部隧道推進(jìn)已成段與先行隧道間，利用隧道內(nèi)注漿孔全天候、動(dòng)態(tài)雙液注漿，直至上部隧道地表沉降穩(wěn)定；d.在上行線隧道施工時(shí)，通過對(duì)下行線隧道內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋，調(diào)整上行線的推進(jìn)參數(shù)、隧道內(nèi)注漿量、注漿壓力及注漿部位；e.在后行隧道也結(jié)束后，根據(jù)實(shí)測(cè)資料，對(duì)隧道變形尚未穩(wěn)定區(qū)段，打開剩余的管片注漿孔，再進(jìn)行雙液注漿來達(dá)到控制變形的目的。(4)周密安排疊交盾構(gòu)進(jìn)洞施工。由于上行線、上部盾構(gòu)后進(jìn)洞，基座要騰空架設(shè)，由于車站底板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，且疊交的上下兩條隧道外緣最小凈距只有2m，為此建立可靠的盾構(gòu)基座的支撐體系。并觀察基座的變形，為防止變形量過大而造成破壞。
4.4多種地基加固方法
地鐵4號(hào)線施工中，由于地基的軟弱性，為各種地基加固方法提供了廣闊的舞臺(tái)，有時(shí)一個(gè)車站就成為多種加固方法的聚會(huì)場(chǎng)所（如東安路站在不同時(shí)期采用了旋噴，攪拌，注漿，樹根樁，冰凍，降水等多種方法）。地鐵4號(hào)線中較常用的的方法有坑抽條加固（攪拌或旋噴），群邊加固（滿高），連續(xù)墻的墻址加固及鉆孔樁的樁底加固，多種方法經(jīng)常并用，各取所長(zhǎng)，往往取得較好的效果。
4.5各種穿越
如前所述，地鐵4號(hào)線的線路特點(diǎn)就決定施工方面要面臨眾多的穿越。在施工中常遇到的是盾構(gòu)穿越房屋，根據(jù)目前的盾構(gòu)保護(hù)環(huán)境的水平，控制地面沉降在2-3公分內(nèi)還是比較容易的。但是對(duì)其他穿越，還是有相當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)的，主要包括：對(duì)高架橋墩的穿越，對(duì)黃浦江的穿越。地鐵4號(hào)線的正線、某些長(zhǎng)出入口和出入場(chǎng)線穿越上海內(nèi)環(huán)高架、1好線、2好線及高架明珠一期的橋墩樁基不下于10次，其中上體場(chǎng)站穿越1好線為最難；穿越黃浦江4次，其中浦東南路-南浦大橋區(qū)間為Ω大曲線（圖6），為目前穿越黃浦江最長(zhǎng)的隧道，穿越地層相當(dāng)復(fù)雜，其中第⑥層暗綠色硬土層，地層強(qiáng)度高，為此嚴(yán)格控制速度，隧道下方第⑦層草黃色砂質(zhì)粉土層有承壓水，為此特別注意加強(qiáng)同步注漿管理，嚴(yán)格控制壓漿量，充分壓注盾尾油脂，防止泥水從盾尾涌入，加強(qiáng)盾構(gòu)補(bǔ)壓漿系統(tǒng)管理，確保螺旋機(jī)的密封性能，在盾構(gòu)轉(zhuǎn)入垂直同向推進(jìn)時(shí)將穿過第②2層含砂量較高的灰色粉質(zhì)粘土，為此在推進(jìn)過程中每隔一定距離在盾構(gòu)前方及螺旋機(jī)內(nèi)壓注膨潤(rùn)土或加注泡沫劑，進(jìn)行土體改良。由于各項(xiàng)施工措施得當(dāng)，各種穿越均安然無恙，說明地鐵4號(hào)線工程穿越技術(shù)的成熟。
4.6 冰凍法及旁通道技術(shù)
上海地下水位高，在兩區(qū)間間打通旁通道一般采用冰凍法施工，主要的凍結(jié)法為水平凍結(jié)法。而在浦東南路-南浦大橋的過江風(fēng)井兼深旁通道施工中，采用密閉連續(xù)墻內(nèi)的垂直凍結(jié)法施工，如果獲得成功，是很有積極意義的。
4.7 時(shí)空效應(yīng)、環(huán)境保護(hù)與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
在上海的地鐵施工中，時(shí)空效應(yīng)是很多從都能耳熟能詳?shù)脑~。但是能將時(shí)空效應(yīng)、環(huán)境保護(hù)與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，在上海地鐵建設(shè)中還是第一次。無論是地鐵工程本身的受力變形，還是周邊環(huán)境（房屋，管線，構(gòu)筑物等）的沉降，其結(jié)果都通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)得到即時(shí)、準(zhǔn)確的反映，方便遠(yuǎn)程專家決策。
地鐵4號(hào)線所有車站，都安裝了由上海時(shí)空軟土研究中心開發(fā)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。
遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是指將現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)與有關(guān)分析系統(tǒng)結(jié)合起來，形成一套集數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、遠(yuǎn)程傳送、數(shù)據(jù)處理與分析、施工全過程分析、動(dòng)態(tài)施工反饋和預(yù)測(cè)的集成化系統(tǒng)。其實(shí)施過程是：在工程施工中及時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)把監(jiān)測(cè)和管理信息發(fā)送到上層管理部門和有豐富經(jīng)驗(yàn)的專家部門分析并決策，把由決策產(chǎn)生的措施通過管理部門及時(shí)反饋到施工現(xiàn)場(chǎng)以指導(dǎo)施工，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工的全過程控制以及工程建設(shè)的現(xiàn)代化管理。該系統(tǒng)從2001年8月15日起，在地鐵4號(hào)線各車站先后安裝。在一年內(nèi)，該系統(tǒng)對(duì)施工過程共發(fā)現(xiàn)了險(xiǎn)情2起，異常5起，但都得到了及時(shí)解決，將工程事故扼殺在萌芽之中，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。圖6為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)斜分析、工程挖土支撐工況兩個(gè)子系統(tǒng)示意圖。
圖6 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)斜分析和工程挖土支撐工況界面圖
4.8 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)
地鐵4號(hào)線工程穿越或影響的內(nèi)環(huán)線高架、明珠一期高架及地鐵一、2好線都是上海的生命線交通工程，其的安危是任何時(shí)候都必須放在第一位的。為了隨時(shí)、動(dòng)態(tài)把握可能受地鐵4號(hào)線工程影響的那一部分的受力及變形反應(yīng)，采用了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)手段，即將受力和變形傳感器連續(xù)或間隔地布置在監(jiān)測(cè)對(duì)象上，并與自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、分析、報(bào)警等系統(tǒng)相連，從而達(dá)到全天候、精確化監(jiān)控。對(duì)南浦大橋橋墩、地鐵1好線、明珠一期的應(yīng)用表明，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)取得可觀的效果，減少了人員開支和勞動(dòng)，增加了監(jiān)測(cè)對(duì)象的安全系數(shù)。
4.9 結(jié)構(gòu)一體化施工技術(shù)
如前所述，由于早期地鐵建設(shè)未為后來的地鐵線路預(yù)留連接措施，導(dǎo)致后來線路對(duì)先建線路先“外科手術(shù)”再“縫合”的一體化施工技術(shù)的產(chǎn)生。其中最有代表性的就是地鐵4號(hào)線與地鐵1好線上體館站及2好線東方路站的一體化。
1)上體場(chǎng)車站換乘節(jié)點(diǎn)的一體化施工技術(shù)
地鐵4號(hào)線上海體育場(chǎng)站為地下三層曲線車站，與地鐵1好線上海體育館站（地下二層、上有漕溪北路高架）呈“T”字相接，見圖8。設(shè)計(jì)車站與1好線車站站廳共享并從上體館車站下穿過，形成與1好線車站的站廳和站臺(tái)直接換乘節(jié)點(diǎn)。因1好線上體館未預(yù)留任何換乘措施，同時(shí)換乘段開挖土層中上部約2.2m為④1層淤泥質(zhì)粘土，下部4m為④2層砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)砂土，施工中極易產(chǎn)生流砂。故為保證工程的安全，尤其是確保1好線、高架的正常運(yùn)營(yíng)，本換乘段采取了多種特別措施。
（1）1好線車站與高架的托換：為克服換乘段施工對(duì)1好線地墻開孔造成的影響，在換乘段兩側(cè)圍護(hù)邊各設(shè)置四根Φ1000托換支承樁（長(zhǎng)度79m，底板以上部分為450×450H型鋼）；在各層樓板位置設(shè)置托換梁，并通過植筋形式將聯(lián)系梁與上體館車站地下墻和主體結(jié)構(gòu)連接；在穿越施工前，換乘段范圍上部1好線車站頂板覆土挖除，并在該范圍頂板跨中設(shè)置一根鋼橫梁，擱置在兩側(cè)托換梁上，并與原車站立柱、頂板連接，以提高車站整體剛度。
（2）U型水平凍結(jié)：換乘段結(jié)構(gòu)劃分為上行線隧道、換乘通道和下行線隧道三部分進(jìn)行施工。凍土帷幕采用“U_U”形式進(jìn)行分期凍結(jié)，兩個(gè)“U”形凍土帷幕厚度取1.5m，中部“_”形凍土帷幕取2.5m。同時(shí)，為克服凍脹、融沉、凍土帷幕與原有混凝土結(jié)構(gòu)之間接觸薄弱等問題，施工中采取泄壓孔放水卸壓；泄壓孔或凍結(jié)孔補(bǔ)償注漿；凍結(jié)管靠近混凝土底板以及打入混凝土連續(xù)墻等措施。
（3）礦山法施工：在冰凍體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在1好線站臺(tái)底板下，進(jìn)行邊挖邊撐的礦山法施工，換乘通道礦山法開挖：待上、下行隧道結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行換乘通道礦山法開挖，土方開挖分二層進(jìn)行，先進(jìn)行上層3m土方開挖，間隔2m設(shè)置45度斜撐；待上層開挖出一定斷面長(zhǎng)度后，進(jìn)行下層約3m土方開挖，間隔2m設(shè)置2道垂直支撐、1道水平支撐。由于是隨挖隨撐式，再結(jié)合托換樁的作用，可以將影響降到最小。
2)張楊路車站平行換乘節(jié)點(diǎn)一體化施工技術(shù)
張楊路車站外包尺寸為220.6m×27.3m，深20.5m，為地下三層車站，該車站和已建地鐵2好線東方路車站（地下二層）平行換乘(圖9)。兩車站西端頭井貼在一起共用一堵圍護(hù)墻，標(biāo)準(zhǔn)段兩車站最大間距也只有5.4m。
由于張楊路車站比東方路車站埋深深6.9m，為盡量減少?gòu)垪盥奋囌窘ㄔO(shè)對(duì)已建車站和區(qū)間隧道的影響，施工中采取了如下措施：（1）采用“化整為零”的方法充分發(fā)揮時(shí)空效應(yīng)理論，增設(shè)4道封頭墻，將220m長(zhǎng)的大型基坑劃分為五只小基坑，分階段獨(dú)立進(jìn)行施工，以減小對(duì)東方路站的不利影響。（2）東、西端頭井均采用旋噴加固。西端頭井另澆灌一排灌注樁。臨近東方路車站一側(cè)4.0米范圍內(nèi)的旋噴樁樁間距加密，加固區(qū)底標(biāo)高超出東方路站圍護(hù)墻墻底標(biāo)高，解決基坑開挖原有地下連續(xù)墻插入比不足問題。（3）標(biāo)準(zhǔn)段基坑坑底土體采用水泥土攪拌樁與雙液注漿抽條加固。（4）東、西端頭井施工區(qū)內(nèi)設(shè)置兩道鋼筋混凝土支撐（下一、下四道），其余為φ609鋼管支撐，其中標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)六道支撐為雙榀，并對(duì)所有鋼支撐施加支撐軸向預(yù)應(yīng)力，保持軸力穩(wěn)定，以控制基坑變形量。（5）加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，在端頭井基坑與區(qū)間隧道間設(shè)置自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，必要時(shí)采取一些措施如跟蹤注漿等，確保區(qū)間隧道的安全。
5 結(jié)語
地鐵4號(hào)線線是上海軌道交通網(wǎng)的重要環(huán)線，其建設(shè)時(shí)機(jī)處在上海軌道交通正在大規(guī)模興起之時(shí)，時(shí)間上是承前啟后，空間上是與多條已建、在建及規(guī)劃的線路相交，是一個(gè)巨大繁雜的系統(tǒng)工程，工程巨大、困難重重，該工程建設(shè)不僅需要上海業(yè)已建好的三條地鐵線已積累的可貴經(jīng)驗(yàn)，更需要的是開拓進(jìn)取、與時(shí)俱進(jìn)的探索、創(chuàng)新精神，因?yàn)樵诮ㄔO(shè)過程中遇到大量的新情況、新困難、新問題，這些問題在上海過去的建設(shè)詞典中都很難找到答案而又必須要回答的。從地鐵4號(hào)線工程的建設(shè)情況，可以得出以下幾點(diǎn)：
(1)對(duì)于特大城市和有條件的城市，地鐵建設(shè)中采用環(huán)線加輻射線的模式，形成樞紐核心，可以發(fā)揮極高的運(yùn)輸效率，并且從時(shí)代發(fā)展與城市交通空間整合的角度看，該種模式具有持續(xù)發(fā)展、升級(jí)的優(yōu)點(diǎn)。為了最大限度地發(fā)揮軌道交通網(wǎng)的運(yùn)輸效率，地鐵4號(hào)線線結(jié)合實(shí)際情況，與已建的和規(guī)劃中的軌道交通線路之間，采取了“L”形、“T”形、“十”字形、同站臺(tái)、通道以及平行換乘等多種換乘方式，充分體現(xiàn)了作為交通紐帶的功能。
(2)地鐵4號(hào)線工程在設(shè)計(jì)施工中遇到了大量的技術(shù)難題，都牽涉到工程本身的建設(shè)與周邊環(huán)境保護(hù)等普遍的矛盾問題，體現(xiàn)了發(fā)展與保護(hù)的辯證關(guān)系，解決這些矛盾，正確處理二者關(guān)系的辦法，既不是退縮無為，也不是野蠻建設(shè)，而是必須依靠科技進(jìn)步、生產(chǎn)力提高來解決城市交通發(fā)展問題。地鐵4號(hào)線工程為解決這類矛盾積累了大量的成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我國(guó)其他城市尤其是沿海軟土城市提供了寶貴的借鑒。
(3)信息化施工的趨勢(shì)。地鐵4號(hào)線工程建設(shè)中采用的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及自動(dòng)化監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)并取得成功，為高科技的應(yīng)用和信息化施工在地鐵建設(shè)中應(yīng)用作了很好的注解，標(biāo)志著地下工程建設(shè)朝著施工的信息化、監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化、管理的科學(xué)化目標(biāo)跨上了一個(gè)新的臺(tái)階。
由于地鐵4號(hào)線截止到本文成稿時(shí)，還處于建設(shè)當(dāng)中，本文中所介紹的地鐵4號(hào)線工程設(shè)計(jì)和施工中所體現(xiàn)的新特點(diǎn)、新技術(shù)和新措施等，均是被地鐵4號(hào)線建設(shè)實(shí)踐證明是科學(xué)可行、合理可靠、效果顯著的部分，而地鐵4號(hào)線工程還有一些重大科技難題，目前正在被地鐵4號(hào)線工程的參建各方用自己的汗水和智慧去面對(duì)、去攻克。
毫無疑問，地鐵4號(hào)線工程建設(shè)過程中所積累的設(shè)計(jì)施工的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，必將成為今后地鐵建設(shè)可以借鑒的寶庫(kù)。
參考文獻(xiàn)
[1] 上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院.上海市軌道交通地鐵4號(hào)線工程可行性研究報(bào)告(最終稿)．2000.12
[2] 基坑工程手冊(cè).劉建航、侯學(xué)淵.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.4
