摘要：上海外灘軌道觀(guān)光隧道是第一條較長(cháng)距離的水底觀(guān)光游覽隧道，采用國內直徑最大的φ7.76m鉸接式土壓平衡盾構掘進(jìn)機施工，穿越黃浦江時(shí)與兩條上海地鐵二號線(xiàn)隧道相交，施工工況及其復雜和嚴峻。本文重點(diǎn)介紹隧道股份運用 構疊交施工領(lǐng)域的空白。

　　關(guān)鍵詞：鉸接式盾構 隧道施工 專(zhuān)家系統 疊交技術(shù) 實(shí)時(shí)監控

　　1、概述

　　1.1工程概況上海外難軌道觀(guān)光隧道工程東起陸家嘴地區東方明珠電視塔西側的浦東出入口豎井，西至南京路外灘（陳毅塑像北側）綠化帶內的浦東出入豎井，全長(cháng)646.70m（詳見(jiàn)圖1L隧道外徑φ7.76m，內徑φ6.76m，每環(huán)由6塊鋼筋混凝土管片組成，管片環(huán)寬為1.2m，每環(huán)管片中沒(méi)標準塊4塊、拱底管片1塊及封頂塊1塊，管片拼裝形式采用縱向半插入式，管處接縫防水采用EPDM多孔型橡膠止水帶和水膨性彈性密封墊。

　�。�1）采用φ7650mm鉸接式土壓平衡盾構施工，國內尚無(wú)鉸接式盾構施工先例；

　�。�2）隧道軸線(xiàn)為空間曲線(xiàn)，其坡度達到4.8％（地鐵隧道最大坡度為3.2％）。同時(shí)，軸線(xiàn)要求控制在±50mm以?xún)龋?/P>

　�。�3）外灘觀(guān)光隧道與地鐵二號線(xiàn)上行線(xiàn)隧道的最小間僅為1.57m，且滯后地鐵二號線(xiàn)隧道施工僅3個(gè)月左右，隧道尚處于穩定狀態(tài)。

　　1.2地質(zhì)情況況沿線(xiàn)隧道將穿越三種不同的地段；浦東岸邊段越②1層渴黃色粘土、⑤1-1層灰色粘土、⑤1-2層灰色粉粘土；江中段穿越⑤1-1層灰色粘土、⑤1-2層灰色粉質(zhì)粘土；浦西岸邊段穿越④層灰色淤泥質(zhì)粘土、⑤1-1層灰色粘土、⑤1-2層灰色粉質(zhì)粘土。隧道大部分下臥層為灰色粉質(zhì)粘土，各土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標詳見(jiàn)表1.表1 各土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標

　　2、φ7650mm鉸接式土壓平衡盾構

　　2.1主要技術(shù)參數外灘觀(guān)光隧道首次采用法國FCB土壓平衡式鉸接盾構掘進(jìn)施工，與地鐵中使用的法國FCB盾構的區別是增加了鉸接部分。

　　盾構機中部的鉸接部分為盾構機關(guān)鍵部位。盾構總長(cháng)8.935m，其中切口至鉸接為4.900m，鉸接至盾尾為4.035m，盾構前后段采用12臺千斤頂鉸接連接，是一種道軌式鉸接，機身一側為鉸接的陽(yáng)部，另一側為鉸接的陰部，上下最大伸出距離為66.7mm，左右最大伸出距離為267mm.鉸接機構所允許的最大角向移動(dòng)為：水平方向±2.0度，垂直方向±10.5度。

　　2.2盾構鉸接部分對軸線(xiàn)控制和管片拼裝的作用鉸接盾構是自前國際上先進(jìn)的盾構機械設備，它能方便地控制盾構掘進(jìn)軸線(xiàn)。通常盾構由于受到盾構總體長(cháng)度、切口支承環(huán)、盾尾、千斤頂伸出長(cháng)度及管片形式的影響，使盾構的直徑、長(cháng)度比例受到限制，這對中小型盾構的影響特別明顯，因為盾構的長(cháng)度和直徑比越大，靈敏度蹬，對盾構高程及平面控制難度越高，并使盾構對周邊擾動(dòng)范圍擴大，但采用鉸接盾構就能比較容易克服以上困難，因為盾構切口至支承環(huán)、支承環(huán)至盾尾都是活體，它能根據掘進(jìn)軸線(xiàn)、管片與盾尾的四周空隙來(lái)調整切口至支承環(huán)和支承環(huán)至盾尾的夾角，從而達到控制盾構的高程及平面，并使盾構對周?chē)�的擾動(dòng)范圍大大減少。

　　鉸接盾構容易保護管片并防止碎裂。盾構掘進(jìn)中，管片碎裂和漏水是比較常見(jiàn)的通病，主要原因是盾構掘進(jìn)與管片夾角過(guò)大。如掘進(jìn)過(guò)程中盾構、管片軸線(xiàn)偏高時(shí)，盾構向下掘進(jìn)很容易拉壞上部管片外弧，如外弧拉壞、止水槽損壞，橡膠止水帶就起不了止水效果，管片就容易滴水和滲水。但采用了鉸接盾構，就能克服以上困難，因為鉸接盾構的盾尾是一個(gè)活體，在掘進(jìn)過(guò)程中能根據盾尾和管片四周間隙不斷調整它們之間的間隙，并根據高程和平面的測量報表和這片間隙，最大限度地使盾構調整到軸線(xiàn)位置。

　　鉸接是一個(gè)活體，在進(jìn)過(guò)程中與刀盤(pán)聯(lián)鎖，當刀盤(pán)轉動(dòng)時(shí)，鉸接千斤頂鎖定，當刀盤(pán)停止轉動(dòng)時(shí)，鉸接千斤頂呈自由體，管片對盾尾的應力釋放，使盾尾改善受力狀態(tài)，從而使管片不被擠壓壞，以達到保護管片，減少漏水的目的。

　　3、盾構出洞施工技術(shù)

　　3.1地基加固隧道出洞口中心標高為-11.68m，隧道斷面所處地層為砂質(zhì)粉土。出洞時(shí)在深層攪拌樁隔水帷幕的前提下，采用拉森鋼板樁結合分層注漿，且在原隔水帷幕外增加9排深層攪拌樁加固的方法進(jìn)行地基加固，以避免呈流性砂質(zhì)粘土在鑿除洞門(mén)混凝土時(shí)涌人工作井內。另外，為防止在洞門(mén)混凝土塊吊除時(shí)產(chǎn)生水土大面積流失現象，在洞門(mén)混凝土鑿除的位置打人側向管子并注入適量聚胺酯。

　　3.2土艙內充填粘土為防止盾構出洞時(shí)正面土體的流失，在盾構切口前端距離鋼板樁10cm處，利用螺旋機反轉法向盾構的正面土艙灌注粘土，使土壓力達1kPa/cm平方米。

　　3.3完善盾構后盾支撐體系當第一環(huán)閉口環(huán)管片脫出盾尾后，立即進(jìn)行后盾支撐的安裝。用56#工字鋼設置Ⅱ型支撐，并用中φ609mm的鋼管支撐軸向傳力至井壁。這樣，盾構出洞推進(jìn)時(shí)千斤頂的油壓及區域有較大的選擇范圍，以控制盾構出洞時(shí)的軸線(xiàn)。后盾支撐完善后，在盾構推進(jìn)時(shí)，密切觀(guān)察后靠的變形情況，防止變形過(guò)大而造成的破壞。

　　鉸接式土壓平衡盾構在國內屬首次應用，對此種盾構軸線(xiàn)控制的標準尚無(wú)成文規定。外灘觀(guān)光隧道屬?lài)鴥鹊谝粭l觀(guān)光隧道，為確保其使用功能，對其軸線(xiàn)控制提出了高程平面均需控制±50mm以?xún)鹊膰栏褚�求�?/P>

　　3.4注漿量控制觀(guān)光隧道管片在脫出盾尾后存在著(zhù)上浮現象，從而引起隧道軸線(xiàn)上浮，其上浮量與同步注漿量有直接關(guān)系，管片脫出盾尾后的上浮量隨著(zhù)注漿量的增加而增加，反之，上浮量則減少并出現下沉現象。漿液在某種程度上對上述土體2％的損失率有一定的互補性，但要經(jīng)過(guò)一個(gè)階段后才能體現出來(lái)，在同樣注漿量的情況下，管片上浮量與盾構掘進(jìn)中土體擾動(dòng)有很大關(guān)系，擾動(dòng)范圍越大，上浮量越大。

　　4、盾構穿越疊交點(diǎn)施工技術(shù)

　　浦西防汛墻施工時(shí)考慮到地鐵兩條隧道穿越防汛墻，故留有一條39m寬循構穿越孔，其外側為樁，39m范圍內為12m短樁。而觀(guān)光隧道在浦西防汛墻施工時(shí)并沒(méi)設置預留孔，因此必須在地鐵隧道上部1.5～2m、短旺底部1.5-1.6m的范圍內穿越，此范圍土層已受地鐵隧道穿越擾動(dòng)而處于非穩定狀態(tài)。為此，在施工中采取如下措施：

　　4.1地基加固在整個(gè)施工過(guò)程中，先對二號線(xiàn)上下行線(xiàn)底部進(jìn)行加固，使其能夠承受觀(guān)光隧道盾構進(jìn)入時(shí)的壓及盾構向下的側向分力對上下行線(xiàn)的影響。

　　4.2盾尾注漿盾構穿越過(guò)程中及時(shí)注漿并加固脫出盾尾4環(huán)后的管片上部，通過(guò)注漿使其固結，從而克服因觀(guān)光隧道上浮及地鐵隧道上部負載不夠而造成的地鐵隧道上浮。

　　當觀(guān)光隧道上部有一定的承受力后，可利用注漿加固克服地鐵隧道的上浮情況，使其受擾動(dòng)的土體得到改良并增加承載力。

　　4.3 外灘觀(guān)光臺的沉降監測根據外灘觀(guān)光平臺的實(shí)際情況，分別布置沉降監測點(diǎn)。

　　5、盾構進(jìn)洞施工技術(shù)

　　盾構進(jìn)洞盾構逐漸靠近洞門(mén)混凝土上開(kāi)設觀(guān)察孔，以加強對其變形和土體的觀(guān)測；并控制好推進(jìn)時(shí)的土壓力設定值。在盾構切口距洞門(mén)20～50cm處停止盾構推進(jìn)，同時(shí)盡可能掏空土倉內的泥土，使切口正面的土壓力降到最低值，從而確保封門(mén)混凝土吊除的施工安全。在洞門(mén)混凝土吊除后，在洞口安裝一套止水環(huán)板和止水條，以減少水的流失和漿液從洞口流出，同時(shí)，盾構掘進(jìn)采取連續推進(jìn)和管片拼裝，大大縮短了盾構進(jìn)洞時(shí)間，實(shí)現了洞門(mén)土體不坍方。

　　由于工作井尺寸的限制，長(cháng)約8.9m的盾構進(jìn)洞不能一次完成，要分兩步進(jìn)行。盾構工作井底層沿隧道軸線(xiàn)線(xiàn)長(cháng)7.8m，當盾構切口環(huán)（包括大刀盤(pán)及其驅動(dòng)裝置）進(jìn)人工作井后，將切口環(huán)與支撐環(huán)分離，吊出切口環(huán)后，采取措施恢復盾構的推進(jìn)功能，將盾構全部推人工作井。

　　盾尾脫出洞圈后及時(shí)封閉洞門(mén)，用弧形鋼板將其與洞圈焊接成一個(gè)整體，洞門(mén)封好后立即用雙液漿和聚胺酯將管片和洞圈的建筑間隙充填加固，以減少地面沉降并防止水土、漿液從洞圈溢出，從而保證了外灘觀(guān)光臺不受損壞。

　　6、 “專(zhuān)家系統”在外灘觀(guān)光隧道工程中的成功應用

　　“盾構法隧道施工專(zhuān)家系統”是在地鐵一號線(xiàn)、二號線(xiàn)、延安東路南線(xiàn)等多個(gè)項目的施工中逐步建立和完善起來(lái)的�！岸軜嬎淼谰蜻M(jìn)專(zhuān)家系統”的基礎是施工數據，既有以前的工程數據，也有當時(shí)正在施工隧道的實(shí)時(shí)數據。以前工程數據主要用于新隧道推進(jìn)之初提供經(jīng)驗上的參考，而當前不斷輸入的數據則是為了在隧道推進(jìn)過(guò)程中不斷提高系統預測的準確性�！岸軜嫹ㄋ淼朗┕�專(zhuān)家系統”的主要功能有兩個(gè)方面，第一方面是地面沉降的預測和控制，第二方面是隧道軸線(xiàn)的控制。

　　外灘觀(guān)光隧道由于對于軸線(xiàn)控制非常嚴格，因此選用了從法國FCB 引起的土壓平衡式鉸接盾構進(jìn)行施工。這種鉸接類(lèi)型的盾構是首次應用，所以原有的專(zhuān)家系統中有許多方面都不能直接應用。為了提高專(zhuān)家系統的適用范圍，針對鉸接類(lèi)型盾構的特點(diǎn)，我們對專(zhuān)家系統進(jìn)行了以下幾方面的補充和完善：

　�。�1）在相關(guān)的數據庫中加入鉸接類(lèi)型盾構所需要的域。

　�。�2）在軸線(xiàn)控制中，加人了對六區油壓的控制功能，使用戶(hù)可根據不同的盾構類(lèi)型選擇四區油壓控制、六區油壓控制或千斤頂控制等不同方式來(lái)控制盾構的走向。

　�。�3）增加了鉸鏈式盾構推進(jìn)軸線(xiàn)圖和管片拼裝圖。通過(guò)這些圖，施工人員可以直觀(guān)地看出管片和盾構推進(jìn)軸線(xiàn)之間的關(guān)系，從而為下一階段的盾構推進(jìn)提供了參考。

　　經(jīng)過(guò)改進(jìn)的“專(zhuān)家系統”在施工過(guò)程中的價(jià)值主要體現在：

　�。�1）有系統地搜集和保存了大量的施工數據，不僅為“專(zhuān)家系統”的咨詢(xún)提供了依據，而且也為工程資料的整理和保存提供了方便。

　�。�2）在地面沉降的預測和控制方面，不僅使施工人員在調整施工參數方面有了參考，而且在推進(jìn)這前對未來(lái)情況有了一個(gè)大致的了解。

　�。�3）在隧道軸線(xiàn)的控制方面，施工人員能很快掌握隧道軸線(xiàn)控制的技巧，從而使隧道軸線(xiàn)控制符合設計的要求。

　�。�4）盾構軸線(xiàn)和管片拼裝圖的自動(dòng)繪制，以及楔子環(huán)粘貼方案的自動(dòng)計算，使施工人員可從復雜的工作中解脫出來(lái)，從而有更多的時(shí)間解決施工中的諸多問(wèn)題。

　　7、結束語(yǔ)

　　鉸接式盾構在上海外灘軌道觀(guān)光隧道掘進(jìn)施工中的成功運用，為盾構順利穿越浦東防汛墻、黃浦江、地鐵二號線(xiàn)隧道、浦西防汛墻、地下管線(xiàn)等重要構筑線(xiàn)及地下管線(xiàn)奠定了基礎，且社會(huì )、經(jīng)濟效益顯著(zhù)，據工程竣工測量報告，軸線(xiàn)均控制±50mm范圍內，盾構日掘進(jìn)速度達到8m以上，工程質(zhì)量被評定為優(yōu)良級，填補了我國在鉸接式盾構方面的空白，在施工技術(shù)方面有質(zhì)的飛躍。此外，盾構在短期內順利穿越近距離隧道的施工技術(shù)，開(kāi)創(chuàng )了國際盾構法隧道施工史的先河。