杜一鳴

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司 200092）

為滿足城市建設(shè)和城市軌道交通的發(fā)展，城市軌道交通常常需要在城市建成區(qū)的地塊中穿越，城市建成區(qū)環(huán)境的限制條件對(duì)軌道交通的規(guī)劃設(shè)計(jì)影響很大。規(guī)劃軌道交通線位要求穿越無(wú)法拆除的建筑群間的狹窄通道，在滿足區(qū)間兩端的車站選址要求后，區(qū)間線位有時(shí)只能采用上下行線重疊的方式才能穿越建筑群的間隙。按照規(guī)范要求，區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道間距應(yīng)不大于600m。當(dāng)重疊區(qū)間段長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，需要在重疊區(qū)間段設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道。

重疊隧道區(qū)間段中設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道，需要結(jié)合環(huán)境條件、地層條件、施工技術(shù)進(jìn)行分析研究。本文以上海某軌道交通區(qū)間為例，介紹在重疊隧道段設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道的方案研究過(guò)程中的一些分析和思考。

1 概況

1.1 工程水文地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地80m深度范圍內(nèi)屬第四紀(jì)沉積物。主要由粘性土、粉性土及砂土組成，一般呈水平向?qū)永矸植?。地下水類型主要為松散巖類孔隙水，包括潛水含水層及深部第⑦層承壓水含水層。第⑦層為承壓水含水層水頭低于潛水水位（一般離地表面0.3m～1.5m），第⑦層承壓水水位變化幅度約為3.0m～11.0m。場(chǎng)地主要土層：

（1）第①1層雜填土；

（2）第②1粉質(zhì)粘土、③2層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；

（3）第④層淤泥質(zhì)粘土，夾少量薄層粉砂；

（4）第⑤1-1層灰色粘土，夾少量薄層粉砂，下部⑤1-2以粉質(zhì)粘土為主；

（5）第⑥2層暗綠～草黃色粉質(zhì)粘土；

（6）第⑦1-1層砂質(zhì)粉土，第⑦1-2層粉細(xì)砂，局部夾薄層粘性土。

其中①1～⑤1土層均具有高含水量、高壓縮性、高靈敏度、大孔隙比、低強(qiáng)度的特點(diǎn)。聯(lián)絡(luò)通道所在土層為④、⑤1、⑥層。

1.2 隧道布置

本區(qū)間的長(zhǎng)度約1680m，上、下行線均為盾構(gòu)隧道，需設(shè)置2座聯(lián)絡(luò)通道，以滿足規(guī)范“兩條單線區(qū)間隧道應(yīng)設(shè)聯(lián)絡(luò)通道，相鄰兩個(gè)聯(lián)絡(luò)通道之間的距離不應(yīng)大于600m”的要求。區(qū)間盾構(gòu)隧道上、下行線，斜向穿越地塊建筑群時(shí)采用上、下重疊方式，按規(guī)范要求，需在重疊段范圍內(nèi)設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道，即圖2中聯(lián)絡(luò)通道。區(qū)間隧道平面布置、聯(lián)絡(luò)通道隧道剖面見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 區(qū)間隧道平面布置Fig.1 Plan of the section tunnel

圖2 聯(lián)絡(luò)通道處隧道剖面Fig.2 Profile of the tunnel at the connection aisle

上、下行線盾構(gòu)隧道內(nèi)徑5900mm，管片厚度350mm，環(huán)寬1200mm，通縫拼裝。聯(lián)絡(luò)通道處采用鋼襯砌環(huán)。

1.3 聯(lián)絡(luò)通道處的環(huán)境

聯(lián)絡(luò)通道位于區(qū)間隧道的上、下重疊段范圍內(nèi)。南側(cè)為浦東石油公司，西側(cè)為地下車庫(kù)，東側(cè)為金樟閣小區(qū)，北側(cè)為浦東大道，選址調(diào)整余地小。場(chǎng)地北側(cè)的浦東大道交通繁忙。

聯(lián)絡(luò)通道的周邊環(huán)境見(jiàn)圖3。擬建場(chǎng)地內(nèi)有2座10kV箱式變電柜，根據(jù)管線探查成果，進(jìn)出箱式變電柜的電纜埋深約1.0m。此外，金樟閣小區(qū)西側(cè)道路范圍內(nèi)有1根通信管及1根架空電纜。沿浦東大道布置有眾多管線。

2 方案設(shè)計(jì)及特點(diǎn)分析

地鐵盾構(gòu)隧道區(qū)間的聯(lián)絡(luò)通道一般水平向設(shè)置，可以在需要時(shí)供人員緊急從一側(cè)區(qū)間通過(guò)聯(lián)絡(luò)通道，進(jìn)入另一側(cè)區(qū)間疏散。

重疊盾構(gòu)隧道段的聯(lián)絡(luò)通道，不能水平向設(shè)置。工程上通常采用盾構(gòu)穿越設(shè)豎井，在豎井內(nèi)設(shè)上下聯(lián)絡(luò)通道；或者在重疊區(qū)間隧道的側(cè)面設(shè)明挖豎井，再用水平通道聯(lián)結(jié)上、下行隧道，形成聯(lián)絡(luò)通道。

由于本區(qū)間不需要設(shè)置中間風(fēng)井，豎井或聯(lián)絡(luò)通道只需要滿足人員疏散通行的要求，因此豎井或聯(lián)絡(luò)通道可以設(shè)在區(qū)間隧道的側(cè)面，而且通道斷面只需要滿足人員通行。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件研究了采用暗挖方式實(shí)施聯(lián)絡(luò)通道的方案，在隧道外側(cè)結(jié)合樓梯布置設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道。

圖3 聯(lián)絡(luò)通道的周邊環(huán)境Fig.3 Surroundings around the connection aisle

2.1 盾構(gòu)穿越豎井方案

在重疊隧道段設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道，可以采用盾構(gòu)直接穿越豎井的方案。盾構(gòu)穿越豎井后，在豎井內(nèi)布置樓梯和機(jī)電設(shè)備，樓梯一般設(shè)在隧道投影面的外側(cè)。工作井的平面尺寸要滿足盾構(gòu)穿越、布置樓梯和機(jī)電設(shè)備的要求，井平面內(nèi)凈尺寸達(dá)到24.00m（長(zhǎng)）×15.40m（寬），豎井深度35m。在區(qū)間中間設(shè)置豎井，盾構(gòu)要多次進(jìn)出豎井，盾構(gòu)進(jìn)出豎井的洞門(mén)外需進(jìn)行土體加固。

明挖豎井，需要現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地。在本項(xiàng)目中，施工場(chǎng)地需要借用道路和地塊，還需要搬遷部分地下管線。區(qū)間中間設(shè)置豎井，區(qū)間盾構(gòu)掘進(jìn)施工前要建成豎井，區(qū)間的施工工期中需增加豎井的工期。

采用盾構(gòu)穿越豎井建設(shè)聯(lián)絡(luò)通道的方案，工期長(zhǎng)、費(fèi)用大、工程風(fēng)險(xiǎn)一般，需要協(xié)調(diào)施工場(chǎng)地及管線搬遷。

重疊盾構(gòu)隧道穿越豎井剖面，見(jiàn)圖4。盾構(gòu)隧道穿越豎井方案，需要地鐵運(yùn)營(yíng)期間進(jìn)行豎井內(nèi)機(jī)電設(shè)施的維護(hù)管理，地面設(shè)出入口時(shí)還需要征地。

2.2 盾構(gòu)側(cè)設(shè)豎井方案

盾構(gòu)隧道的側(cè)面設(shè)豎井，在豎井內(nèi)布置上下樓梯，并在上下重疊盾構(gòu)隧道對(duì)應(yīng)標(biāo)高處設(shè)水平通道，形成聯(lián)絡(luò)通道。豎井內(nèi)部布置樓梯及機(jī)電設(shè)施，豎井平面尺寸較小，內(nèi)凈尺寸約6m×6m。豎井深度滿足與下側(cè)隧道設(shè)水平通道和布置排水泵房，豎井深度比盾構(gòu)穿越豎井方案淺2m。水平通道斷面與一般聯(lián)絡(luò)通道相同，通道長(zhǎng)度約3m～4m。

圖4 重疊盾構(gòu)隧道穿越豎井剖面Fig.4 Profile of the overlapped shield tunnel crossing the shaft

重疊盾構(gòu)隧道側(cè)設(shè)豎井剖面，見(jiàn)圖5。

圖5 重疊盾構(gòu)隧道側(cè)設(shè)豎井剖面Fig.5 Profile of the overlapped shield tunnel aside the shaft

盾構(gòu)側(cè)設(shè)豎井一般明挖法施工，暗挖水平通道凍結(jié)法施工。側(cè)設(shè)豎井需要的地面施工場(chǎng)地相對(duì)較小，但仍需協(xié)調(diào)地塊和進(jìn)行管線搬遷。

側(cè)設(shè)豎井應(yīng)在盾構(gòu)區(qū)間掘進(jìn)前完成施工，上下兩條水平通道在區(qū)間貫通后分別凍結(jié)施工。因?yàn)闆](méi)有盾構(gòu)進(jìn)出豎井的作業(yè)，施工工期比穿越豎井方案短。

側(cè)設(shè)豎井建成后不設(shè)地面出入口，不需要征地。盾構(gòu)隧道、豎井、水平通道的施工較常規(guī)，風(fēng)險(xiǎn)較小。豎井規(guī)模小，水平通道短，工程費(fèi)用相對(duì)較小。

2.3 暗挖豎向聯(lián)絡(luò)通道方案

盾構(gòu)穿越豎井和盾構(gòu)側(cè)設(shè)豎井方案，均需地面施工，占用較大施工場(chǎng)地，在有地面施工條件時(shí)可以實(shí)施。但隨著城市建設(shè)和軌道交通發(fā)展，區(qū)間穿越或臨近成熟地塊時(shí)，要滿足地面施工的條件，有時(shí)困難很大。本項(xiàng)目穿越成片建筑群，在地塊內(nèi)進(jìn)行豎井施工的條件不具備。為避免占用地面施工，同時(shí)滿足規(guī)范設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道的要求，設(shè)計(jì)提出暗挖豎向聯(lián)絡(luò)通道方案。豎向聯(lián)絡(luò)通道空間布置、豎向聯(lián)絡(luò)通道平面見(jiàn)圖6。

圖6 豎向聯(lián)絡(luò)通道示意Fig.6 Schematic diagram of the vertical connection aisle

重疊盾構(gòu)隧道段的聯(lián)絡(luò)通道，是在隧道側(cè)面布置空間通道，通過(guò)樓梯上下，實(shí)現(xiàn)重疊隧道上下聯(lián)絡(luò)的人行通道。

豎向聯(lián)絡(luò)通道斷面為圓形，內(nèi)徑3.0m，由兩段斜通道和一段水平通道組成。分別從上下重疊的盾構(gòu)隧道的側(cè)面，設(shè)斜向通道與水平通道在空間相接，相接段為圓弧段。在水平段內(nèi)設(shè)雙向開(kāi)啟的防火門(mén)。斜通道內(nèi)布置踏步和平臺(tái)，踏步寬度1200mm。

豎向聯(lián)絡(luò)通道在區(qū)間貫通后施工，不影響區(qū)間施工工期。

豎向聯(lián)絡(luò)通道采用凍結(jié)法施工，凍結(jié)管全部從隧道內(nèi)向外打設(shè)，在通道周圍形成凍土壁。施工分別從上下重疊盾構(gòu)隧道的側(cè)面開(kāi)始向水平通道開(kāi)挖、設(shè)置初襯，最后打通水平通道，一次性澆筑通道內(nèi)襯。

2.4 方案比選

在重疊隧道段設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道，可采用盾構(gòu)穿越豎井、盾構(gòu)側(cè)設(shè)豎井以及暗挖豎向聯(lián)絡(luò)通道等技術(shù)方案。技術(shù)方案比選見(jiàn)表1。

表1 技術(shù)方案比選Tab.1 Technical scheme comparison and selection

重疊盾構(gòu)隧道段聯(lián)絡(luò)通道設(shè)置方案，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目具體條件確定。有地面施工場(chǎng)地時(shí)，一般采用盾構(gòu)側(cè)設(shè)豎井方案，該方案工藝成熟，風(fēng)險(xiǎn)較小，對(duì)區(qū)間工期影響小，工程費(fèi)用比盾構(gòu)穿越豎井方案小。

在地面施工條件不具備時(shí)，采用暗挖豎向聯(lián)絡(luò)通道工程不影響區(qū)間工期，費(fèi)用小，但施工難度較大，風(fēng)險(xiǎn)比常規(guī)聯(lián)絡(luò)通道稍大，風(fēng)險(xiǎn)可控。

本項(xiàng)目地面施工條件不具備，因此采用暗挖豎向聯(lián)絡(luò)通道方案。

3 暗挖豎向聯(lián)絡(luò)通道技術(shù)要點(diǎn)

暗挖豎向聯(lián)絡(luò)通道采用凍結(jié)法施工，需要考慮凍結(jié)方面的控制因素，比如凍結(jié)管的長(zhǎng)度和角度、凍結(jié)體量、凍結(jié)壁形狀和厚度等因素。豎向聯(lián)絡(luò)通道的空間布置盡可能將凍結(jié)因素控制在常規(guī)施工內(nèi)，避免凍結(jié)困難帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

暗挖豎向聯(lián)絡(luò)通道在空間受力中，要避免局部應(yīng)力集中和控制結(jié)構(gòu)空間扭曲。要避免重疊隧道與豎向聯(lián)絡(luò)通道間的相互不利影響。

3.1 聯(lián)絡(luò)通道布置要求

豎向聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)徑3m（圖7a），圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置1.2m寬的樓梯連通上、下行線，以滿足區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道設(shè)置要求。上、下行線路在豎向聯(lián)絡(luò)通道設(shè)置里程處豎向高差9.8m（圖7b），通道內(nèi)設(shè)置1.6m（門(mén)洞寬度）的甲級(jí)防火門(mén)，以滿足上、下行區(qū)間疏散要求。

圖7 豎向聯(lián)絡(luò)通道布置Fig.7 Layout of the vertical connection aisle

在軟土地區(qū)采用暗挖法，需采用凍結(jié)法。聯(lián)絡(luò)通道的平面投影呈三角形，連接隧道的空間斜通道與隧道成60°，避免了凍結(jié)孔與隧道壁斜交角過(guò)小的施工困難及損傷隧道，同時(shí)滿足人行要求。

聯(lián)絡(luò)通道設(shè)水平直段，水平段內(nèi)設(shè)雙向開(kāi)啟防火門(mén)。在水平直段中間布置凍結(jié)中隔墻，將通道隔為兩部分，減短了通道施工長(zhǎng)度，降低施工難度。同時(shí)凍結(jié)壁進(jìn)入水平直段外側(cè)的上下凍結(jié)管形成的凍結(jié)三角區(qū)的非凍結(jié)土中，避免非凍結(jié)土軟化坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

通道采用圓斷面，斜通道與水平通道間設(shè)圓曲線，避免通道結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中，提高通道的空間剛度和承受不對(duì)稱荷載作用的能力。

3.2 結(jié)構(gòu)及凍結(jié)技術(shù)要求

豎向聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)徑為3m，壁厚為0.5m；二襯外全斷面外包2cm厚Q235B鋼板，以栓釘與二襯連接。

豎向聯(lián)絡(luò)通道與盾構(gòu)隧道間設(shè)置變形縫，協(xié)調(diào)上、下重疊隧道與豎向聯(lián)絡(luò)通道之間的長(zhǎng)期結(jié)構(gòu)變形。通道土體凍結(jié)加固影響范圍內(nèi)，沿盾構(gòu)隧道周圍作二次注漿，減少長(zhǎng)期變形引起的重疊隧道與豎向聯(lián)絡(luò)通道間的相互影響。

聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)壁有效厚度：上行線通道處≥2.3m、下行線通道處≥1.8m、水平連接通道處≥2.0m，凍結(jié)壁平均溫度≤-10℃。聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)壁見(jiàn)圖8。

圖8 聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)壁布置Fig.8 Layout of the Freezing wall

豎向聯(lián)絡(luò)通道是空間通道，離重疊隧道有一定距離。斜通道部分的凍結(jié)基本與常規(guī)單邊泵房?jī)鼋Y(jié)類似。從上下重疊隧道內(nèi)向水平通道段打設(shè)的凍結(jié)管，在水平通道段的外側(cè)形成三角區(qū)，三角區(qū)的凍結(jié)壁與通道結(jié)構(gòu)之間有部分非凍結(jié)土，在開(kāi)挖中有坍塌風(fēng)險(xiǎn)。為避免風(fēng)險(xiǎn)，在水平通道中部設(shè)一道凍結(jié)中隔墻，見(jiàn)圖9。

圖9 凍結(jié)中隔墻凍結(jié)孔布置Fig.9 The freezing hole layout of the freezing middle wall

凍結(jié)土體的體量與凍結(jié)施工的后期融沉、凍結(jié)時(shí)間及工程費(fèi)用有關(guān)，凍土量大融沉大、凍結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、施工費(fèi)用大。凍結(jié)體空間跨度與施工風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。因此在通道空間布置方案的研究中，盡可能減小通道尺寸，盡可能減少凍土量。一般水平聯(lián)絡(luò)通道的凍土約1500m3，本項(xiàng)目經(jīng)優(yōu)化后，凍土約1970m3，基本接近常規(guī)。

暗挖豎向聯(lián)絡(luò)通道的施工風(fēng)險(xiǎn)比常規(guī)聯(lián)絡(luò)通道稍高，風(fēng)險(xiǎn)可控。

4 結(jié)論

1.在上海軟土地層中，采用凍結(jié)法建造上下重疊盾構(gòu)隧道間的豎向聯(lián)絡(luò)通道，暗挖斷面的凈空較小，凍結(jié)加固的體量適當(dāng)，工程風(fēng)險(xiǎn)可控，技術(shù)方案合理可行；

2.上下重疊隧道間的聯(lián)絡(luò)通道，與樓梯結(jié)合設(shè)置，可有效減少暗挖加固凍結(jié)體的體量；

3.在豎向聯(lián)絡(luò)通道水平段設(shè)置凍結(jié)中隔墻，聯(lián)絡(luò)通道采用圓形斷面，有條件時(shí)補(bǔ)充地面垂直凍結(jié)，可有效控制工程風(fēng)險(xiǎn)；

4.通過(guò)豎向聯(lián)絡(luò)通道與盾構(gòu)隧道間設(shè)置變形縫、通道影響范圍內(nèi)盾構(gòu)隧道周圍的二次注漿和凍結(jié)體融沉注漿等措施，可有效減少變形引起的隧道與豎向聯(lián)絡(luò)通道間的相互影響。