孫其清

(中鐵二院工程集團有限責任公司,610031,成都∥高級工程師)

上海軌道交通12號線國際客運中心站—隆昌路站區(qū)間隧道設計優(yōu)化

孫其清

(中鐵二院工程集團有限責任公司,610031,成都∥高級工程師)

城市軌道交通施工對近鄰建筑物的影響已成為工程中的重點和難點。根據(jù)設計規(guī)劃,上海軌道交通12號線國際客運中心站—隆昌路區(qū)間,在建設過程中需要下穿各類建筑物(包括多座受保護建筑物)、市政管道、高架橋等建(構(gòu))筑物,對隧道盾構(gòu)施工提出了嚴格的要求。針對隧道區(qū)間途經(jīng)的關(guān)鍵節(jié)點,提出了該部分工程盾構(gòu)施工的優(yōu)化設計方案,以減少沉降對地面的影響。

上海軌道交通12號線; 隧道設計; 地面沉降

Author′s address China Railway Eryuan Engineering Group Co.,Ltd.,610031,Chengdu,China

1 工程概況

上海軌道交通12號線工程國際客運中心站—隆昌路區(qū)間,涉及6座車站,上行線單線總長度4 160.203 m,下行線單線總長度4 172.698 m。在該區(qū)段共設計建設三個區(qū)間隧道,均為單圓盾構(gòu)區(qū)間,主要在軟黏性土中掘進。三個區(qū)間設計概況如下：

(1) 國際客運中心站—提籃橋站區(qū)間隧道:位于上海市虹口區(qū)和楊浦區(qū),區(qū)間隧道出國際客運中心站東端頭井后,沿東長治路向東行進,中途穿越高陽路、丹徒路、公平路,最后進入提籃橋站。國際客運中心站—提籃橋站區(qū)間不設旁通道及泵房。

(2) 提籃橋—大連路站—長陽路站區(qū)間隧道:涉及兩個車站區(qū)間。提籃橋站—大連路站區(qū)間出提籃橋站東端頭井后,穿越海門路后自西向東沿長陽路前行,最后進入大連路站,中途穿越海門路、舟山路、臨潼路及保定路。大連路站—長陽路站區(qū)間隧道位于楊浦區(qū)長陽路下,區(qū)間設置旁通道及泵站。

(3) 長陽路站—寧國路站—隆昌路站區(qū)間隧道:涉及兩個車站區(qū)間。寧國路站—長陽路站區(qū)間出寧國路站后沿長陽路向西南穿行,依次穿過眉州路、楊樹浦港、蘭州路、齊齊哈爾路后到達長陽路站。該區(qū)間上、下行線隧道中心距為15.2 m。隆昌路站—寧國路站區(qū)間盾構(gòu)出隆昌路站后沿長陽路向西偏南穿行,依次穿過寧武路、雙陽路、臨青路、寧國路(黃興路內(nèi)環(huán)高架)后到達寧國路站。該區(qū)間設置旁通道及泵站,上、下行線隧道中心距為12.0 m。

2 關(guān)鍵節(jié)點施工設計優(yōu)化

上海軌道交通12號線過國際客運中心站后,沿線兩側(cè)零星分布有高層商住樓,需下穿上海減速機械廠東廠、長陽路585號和明圓村等多層建筑物，上海電話局長陽路分局等低層建筑物,以及楊樹浦港和非開挖電信頂管。線路受兩側(cè)建(構(gòu))筑物以及位于楊樹浦港處的長陽路橋樁基、楊樹浦港河床標高控制。此外,隧道區(qū)間穿越范圍內(nèi)均敷設有較多市政管線(包括上水、污水、雨水、煤氣、電力、電信等)。12號線隧道沿線主要經(jīng)過保護建筑物、大型建筑片區(qū)、高架橋等控制性節(jié)點。線路施工期間一方面要減少對地面交通的干擾,另一方面要避免施工產(chǎn)生過大的地面沉降對周圍環(huán)境和建筑物的影響。在12號線國際客運中心站—隆昌路站區(qū)段中,有如下關(guān)鍵節(jié)點在隧道的施工設計環(huán)節(jié)需要進行優(yōu)化。

(1) 摩西會堂及舟山路電信頂管。摩西會堂位于提籃橋站—大連路站區(qū)間,位于提籃橋歷史風貌保護區(qū),屬于保護建筑物。區(qū)間隧道上行線側(cè)穿摩西會堂,盾構(gòu)外邊界水平距該建筑2.8 m。區(qū)間隧道上、下行線下穿舟山路電信頂管，隧道頂距離電信頂管約1.25 m。區(qū)間隧道與摩西會堂、舟山路電信頂管的空間關(guān)系分別如圖1、2所示。

圖1 區(qū)間隧道與摩西會堂、舟山路電信頂管

圖2 隧道區(qū)間與舟山路電信頂管關(guān)系剖面圖

(2) 上海東方建筑裝潢材料市場。其主體是5層建筑,建筑物采用箱形基礎,基礎埋深3.5 m,與12號線隧道的豎向凈距約5.75 m。上海東方建筑裝潢材料市場與區(qū)間隧道位置關(guān)系如圖3、4所示。

圖3 區(qū)間隧道與上海東方建筑裝潢材料市場平面關(guān)系示意圖

圖4 區(qū)間隧道與上海東方建筑裝潢材料市場關(guān)系剖面圖

(3) 內(nèi)環(huán)高架橋節(jié)點。根據(jù)設計,隆昌路站—寧國路站區(qū)間隧道需要側(cè)穿內(nèi)環(huán)高架橋。內(nèi)環(huán)高架橋采用450 mm×450 mm預制樁,樁頂標高0.4 m,樁底標高-31.6 m,樁長32.0 m,橋墩平面距12號線隧道上行線最近凈距為2.8 m。區(qū)間隧道與內(nèi)環(huán)高架橋的空間位置關(guān)系如圖5、6所示。

3 關(guān)鍵節(jié)點施工要點

3.1 摩西會堂、舟山路電信頂管節(jié)點優(yōu)化設計

施工前須對摩西會堂基礎型式、舟山路非開挖電信頂管的管徑和埋深，以及二者與區(qū)間隧道的位置關(guān)系進行細致調(diào)查,確保施工時摩西會堂和舟山路電信頂管安全。對于以上兩控制節(jié)點采取如下措施:

圖5 區(qū)間隧道與內(nèi)環(huán)高架橋平面關(guān)系示意圖

圖6 區(qū)間隧道與內(nèi)環(huán)高架橋關(guān)系剖面圖

(1) 加強盾構(gòu)的保養(yǎng)與維修,避免盾構(gòu)在側(cè)穿建筑物基礎時的非正常停機。

(2) 將穿越前50～100環(huán)作為側(cè)穿或穿越節(jié)點的試掘進區(qū),通過在此區(qū)段內(nèi)的試推進,來總結(jié)盾構(gòu)推進參數(shù)和地面沉降變形規(guī)律。

(3) 盾構(gòu)掘進時應及時調(diào)整掘進速度和出土量等施工參數(shù),減少地表的沉降和隆起。

(4) 盾構(gòu)施工中,必須對地表及建筑物進行監(jiān)測,并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果不斷調(diào)整和優(yōu)化施工參數(shù)。

(5) 在靠近摩西會堂側(cè)1 m外施做Φ850SMW工法樁(隔離樁),H型鋼隔一插一,樁間距中至中0.6 m,樁長至隧道底部下3 m。盾構(gòu)側(cè)穿時,摩西會堂建筑物變形控制在+5～-5 mm,建筑物傾斜<2‰,地層損失率控制在2‰以內(nèi),盾構(gòu)推進速度控制在勻速2 cm/min。具體位置關(guān)系如圖7所示。

圖7 區(qū)間隧道與摩西會堂關(guān)系剖面圖

(6) 將信息頂管的沉降控制在+5～-5 mm范圍內(nèi),地層損失率控制為2‰,盾構(gòu)推進速度控制在勻速2 cm/min。

(7) 區(qū)間隧道穿越以上兩節(jié)點時,襯砌管片增設注漿孔,配合地面監(jiān)測,必要時二次補壓漿。

(8) 嚴格控制同步注漿壓力和注漿量來保證注漿質(zhì)量。

(9) 施工中應制定應急預案以應對盾構(gòu)穿越電信頂管、側(cè)穿摩西會堂時由于土體沉降變化過大而引起電信頂管和摩西會堂建筑物的破壞。

3.2 上海東方建筑裝潢材料市場節(jié)點區(qū)間隧道下穿優(yōu)化設計

為了避免上海軌道交通12號線在下穿時造成的地面沉降對上海東方建筑裝潢材料市場的影響,需要嚴格控制盾構(gòu)過程。具體節(jié)點保護措施如下:

(1) 本節(jié)點設計對地面附加位移控制在+5～-15 mm,地層損失率按5‰進行控制,建筑物傾斜<4‰,盾構(gòu)推進速度控制在勻速2 cm/min,襯砌管片采用深埋襯砌;同時,需要增設注漿孔,配合地面監(jiān)測,必要時采取二次補壓漿。

(2) 加強盾構(gòu)的保養(yǎng)與維修,避免盾構(gòu)在側(cè)穿建筑物基礎時的非正常停機。

(3) 將穿越前20環(huán)作為側(cè)穿節(jié)點的試掘進區(qū),通過在此區(qū)段內(nèi)的試推進,來總結(jié)盾構(gòu)推進參數(shù)和地面沉降變形規(guī)律。

(4) 盾構(gòu)掘進時應及時調(diào)整掘進速度和出土量等施工參數(shù),減少地表的沉降和隆起。

(5) 盾構(gòu)施工中,必須對地表及建筑物進行監(jiān)測,并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果不斷調(diào)整和優(yōu)化施工參數(shù)。

(6) 嚴格控制同步注漿壓力和注漿量來保證注漿質(zhì)量。

(7) 應制定應急預案以應對盾構(gòu)側(cè)穿該節(jié)點時由于土體沉降變化過大而引起建筑物的破壞。

3.3 內(nèi)環(huán)高架橋節(jié)點區(qū)間隧道側(cè)穿優(yōu)化設計

盾構(gòu)隧道沿線穿越高架時將不可避免地對高架橋墩產(chǎn)生影響。盾構(gòu)推進所引起的沉降變形將引起橋墩傾斜,從而影響橋墩上方蓋梁、橋面梁的受力狀態(tài),嚴重時可能造成橋梁上部結(jié)構(gòu)的破壞,危及高架橋安全。同時,盾構(gòu)施工也將對橋墩樁基產(chǎn)生影響,盾構(gòu)推進所產(chǎn)生的推進力、側(cè)壁摩阻力,以及盾構(gòu)推進后所引起的土體變形將影響橋墩樁身受力狀態(tài)[12]。為保證12號線隧道工程的施工質(zhì)量和內(nèi)環(huán)高架橋安全,參考上海長江西路越江隧道工程研究,在盾構(gòu)推進過程中控制地層損失率可以有效減少地面沉降。在不采取任何保護措施的前提下,地層損失率從6‰提高到4‰時,地面沉降、承臺沉降等均能得到改善。在全方位高壓噴射工法(MJS)加固保護措施下隧道開挖產(chǎn)生的地表與樁基沉降得到了有效控制,盾構(gòu)穿越后的樁基承載力能夠滿足上部荷載的要求,通過與實測數(shù)據(jù)的對比分析,充分說明采用的樁基保護措施達到了預期的效果[13]。

結(jié)合上海長江西路越江隧道工程穿越逸仙路高架和上海軌道交通3號線,以及上海北京西路-華夏西路電力電纜隧道側(cè)穿南北高架的相關(guān)工程研究,擬在本區(qū)間隧道的節(jié)點設計中對地面附加位移控制在+5～-10 mm,橋墩沉降控制在+5～-10 mm,橋墩差異沉降控制5 mm以內(nèi),地層損失率按1‰進行控制,盾構(gòu)推進速度控制在勻速2 cm/min,并配合地面監(jiān)測。

具體的施工要點如下:

(1) 為保證高架橋樁基和隧道的長期穩(wěn)定和安全,在盾構(gòu)穿越段域中除常規(guī)注漿外,還必須在盾構(gòu)穿越后對該穿越區(qū)段進行二次注漿來控制地層損失率、增加高架橋樁基的摩阻力和減小樁自身變形。

(2) 加強盾構(gòu)的保養(yǎng)與維修,避免盾構(gòu)在側(cè)穿建筑物基礎時的非正常停機。

(3) 將穿越前20～50環(huán)作為側(cè)穿節(jié)點的試掘進區(qū),通過在此區(qū)段內(nèi)的試推進,來總結(jié)盾構(gòu)推進參數(shù)和地面沉降變形規(guī)律。

(4) 盾構(gòu)施工期間,必須對盾構(gòu)推進軸線上方受其施工影響的高架樁基及周邊建筑物進行變形監(jiān)測,為隧道盾構(gòu)推進提供信息,并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果不斷調(diào)整和優(yōu)化施工參數(shù)。

(5) 在盾構(gòu)隧道穿越高架橋梁基的數(shù)值模擬力學計算分析中,噴漿加固對豎向位移的影響較為明顯,相較于不加固的盾構(gòu)開挖,豎向沉降減少了52%～65%,最大水平向位移也減少了35%～67%,沿盾構(gòu)機掘進方向減少了44%～56%。由此可見,噴漿加固對于減小盾構(gòu)機對土層的擾動有明顯的效果,對于有效減小不均勻沉降、減小施工差異帶來的沉降均具有良好的工程效果。因此,在盾構(gòu)施工過程中需嚴格控制同步注漿壓力和注漿量來保證注漿質(zhì)量。

(6) 施工中在制定應急預案應對盾構(gòu)側(cè)穿該節(jié)點時由于土體沉降變化過大而引起橋梁的破壞。

[1] 馮國冠.基于某地鐵盾構(gòu)隧道施工地表沉降的分析研究[J].中國安全生產(chǎn)科學技術(shù),2010(4):81-84.

[2] 劉樹山.砂卵石地層盾構(gòu)施工對建筑物的影響分析及技術(shù)措施[J].城市軌道交通研究,2008(4):39-46.

[3] 何理,鐘茂華,史聰靈,等.地鐵突發(fā)事件下乘客疏散行為調(diào)查研究[J].中國安全生產(chǎn)科學技術(shù),2009,4(1):53-58.

[4] 侯建增.基坑工程安全控制探討[J].中國安全生產(chǎn)科學技術(shù),2009,4(5):181-183.

[5] 石杰紅,鐘茂華,何理,等.雙線盾構(gòu)地鐵隧道施工地表沉降數(shù)值分析[J].中國安全生產(chǎn)科學技術(shù),2006,2(3):53-57.

[6] 趙保建,姜忻良,王濤.盾構(gòu)法地鐵施工地表變形分析及數(shù)值模擬[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2007,44(2):58-63.

[7] 沈培良,張海波,殷宗澤.上海地區(qū)地鐵隧道盾構(gòu)施工地面沉降分析[J].河海大學學報(自然科學版),2003(5):556-559.

[8] 林存剛,吳世明,張忠苗,等.盾構(gòu)掘進速度及非正常停機對地面沉降的影響[J].巖土力學,2012(8):2472-2482.

[9] 張恒,陳壽根,鄧稀肥.盾構(gòu)掘進參數(shù)對地表沉降的影響分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2010(5):48-53.

[10] 地盤工學會.盾構(gòu)法的調(diào)查·設計·施工[M].牛清山，陳鳳英，徐華，譯.北京:中國建筑出版社,2008.

[11] 鐘茂華,王金安,史聰靈,等,地鐵施工圍巖穩(wěn)定性數(shù)值分析[M].北京:科學出版社,2006.

[12] 侯劍鋒.盾構(gòu)隧道施工對高架橋墩及樁基影響分析[J].城市道橋與防洪,2010(3):83-87.

[13] 李新星,楊志豪.盾構(gòu)近距離穿越高架樁基的施工影響與保護措施[J].巖土力學,2015(S1):537-541.

[14] 張恒,陳壽根,鄧稀肥.盾構(gòu)掘進參數(shù)對地表沉降的影響分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2010(5):48-53.

Optimized Design of Shanghai Rail Transtit Line 12 Tunnel between International Cruise Terminal and Longchanglu Station

SUN Qiqing

The influence of metro construction on adjacent buildings has always been the focus and engineering difficulty in metro project. According to the design plan, in the construction process of Shanghai rail transit Line 12, the section between International Cruise Terminal and Longchanglu Station has to cross under various types of buildings (including the historic listed buildings), pipelines, viaducts and other structures, which propose strict requirements on the shield tunnel construction. Aiming at the key nodes which the Shanghai rail transit Line 12 tunnel will pass through, an optimized design scheme of the shield tunnel construction is put forward to reduce the settlement influence on adjacent buildings.

Shanghai rail transit line 12; tunnel design; surface subsidence

U 452.2

10.16037/j.1007-869x.2017.01.037

2016-09-20)