摘要：上海外灘軌道觀光隧道是第一條較長(zhǎng)距離的水底觀光游覽隧道，采用國(guó)內(nèi)直徑最大的φ7.76m鉸接式土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工，穿越黃浦江時(shí)與兩條上海地鐵二號(hào)線(xiàn)隧道相交，施工工況及其復(fù)雜和嚴(yán)峻。本文重點(diǎn)介紹隧道股份運(yùn)用 構(gòu)疊交施工領(lǐng)域的空白。

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

　　1、概述

　　1.1工程概況上海外難軌道觀光隧道工程?hào)|起陸家嘴地區(qū)東方明珠電視塔西側(cè)的浦東出入口豎井，西至南京路外灘（陳毅塑像北側(cè)）綠化帶內(nèi)的浦東出入豎井，全長(zhǎng)646.70m（詳見(jiàn)圖1L隧道外徑φ7.76m，內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)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(gòu)施工，國(guó)內(nèi)尚無(wú)鉸接式盾構(gòu)施工先例；

　�。�2）隧道軸線(xiàn)為空間曲線(xiàn)，其坡度達(dá)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)?nèi)；

　　（3）外灘觀光隧道與地鐵二號(hào)線(xiàn)上行線(xiàn)隧道的最小間僅為1.57m，且滯后地鐵二號(hào)線(xiàn)隧道施工僅3個(gè)月左右，隧道尚處于穩(wěn)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(biāo)詳見(jiàn)表1.表1 各土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

　　2、φ7650mm鉸接式土壓平衡盾構(gòu)

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

　　盾構(gòu)機(jī)中部的鉸接部分為盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵部位。盾構(gòu)總長(zhǎng)8.935m，其中切口至鉸接為4.900m，鉸接至盾尾為4.035m，盾構(gòu)前后段采用12臺(tái)千斤頂鉸接連接，是一種道軌式鉸接，機(jī)身一側(cè)為鉸接的陽(yáng)部，另一側(cè)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(jī)構(gòu)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(gòu)鉸接部分對(duì)軸線(xiàn)控制和管片拼裝的作用鉸接盾構(gòu)是自前國(guó)際上先進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)械設(shè)備，它能方便地控制盾構(gòu)掘進(jìn)軸線(xiàn)。通常盾構(gòu)由于受到盾構(gòu)總體長(zhǎng)度、切口支承環(huán)、盾尾、千斤頂伸出長(zhǎng)度及管片形式的影響，使盾構(gòu)的直徑、長(zhǎng)度比例受到限制，這對(duì)中小型盾構(gòu)的影響特別明顯，因?yàn)槎軜?gòu)的長(zhǎng)度和直徑比越大，靈敏度蹬，對(duì)盾構(gòu)高程及平面控制難度越高，并使盾構(gòu)對(duì)周邊擾動(dòng)范圍擴(kuò)大，但采用鉸接盾構(gòu)就能比較容易克服以上困難，因?yàn)槎軜?gòu)切口至支承環(huán)、支承環(huán)至盾尾都是活體，它能根據(jù)掘進(jìn)軸線(xiàn)、管片與盾尾的四周空隙來(lái)調(diào)整切口至支承環(huán)和支承環(huán)至盾尾的夾角，從而達(dá)到控制盾構(gòu)的高程及平面，并使盾構(gòu)對(duì)周?chē)�的擾動(dòng)范圍大大減少。

　　鉸接盾構(gòu)容易保護(hù)管片并防止碎裂。盾構(gòu)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(gòu)掘進(jìn)與管片夾角過(guò)大。如掘進(jìn)過(guò)程中盾構(gòu)、管片軸線(xiàn)偏高時(shí)，盾構(gòu)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(gòu)，就能克服以上困難，因?yàn)殂q接盾構(gòu)的盾尾是一個(gè)活體，在掘進(jìn)過(guò)程中能根據(jù)盾尾和管片四周間隙不斷調(diào)整它們之間的間隙，并根據(jù)高程和平面的測(cè)量報(bào)表和這片間隙，最大限度地使盾構(gòu)調(diào)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(dāng)?shù)侗P(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鉸接千斤頂鎖定，當(dāng)?shù)侗P(pán)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鉸接千斤頂呈自由體，管片對(duì)盾尾的應(yīng)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(dá)到保護(hù)管片，減少漏水的目的。

　　3、盾構(gòu)出洞施工技術(shù)

　　3.1地基加固隧道出洞口中心標(biāo)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(jié)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?xí)r涌人工作井內(nèi)。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(xiàn)象，在洞門(mén)混凝土鑿除的位置打人側(cè)向管子并注入適量聚胺酯。

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

　　3.3完善盾構(gòu)后盾支撐體系當(dāng)?shù)谝画h(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(shè)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(gòu)出洞推進(jìn)時(shí)千斤頂?shù)挠蛪杭皡^(qū)域有較大的選擇范圍，以控制盾構(gòu)出洞時(shí)的軸線(xiàn)。后盾支撐完善后，在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，密切觀察后靠的變形情況，防止變形過(guò)大而造成的破壞。

　　鉸接式土壓平衡盾構(gòu)在國(guó)內(nèi)屬首次應(yīng)用，對(duì)此種盾構(gòu)軸線(xiàn)控制的標(biāo)準(zhǔn)尚無(wú)成文規(guī)定。外灘觀光隧道屬?lài)?guó)內(nèi)第一條觀光隧道，為確保其使用功能，對(duì)其軸線(xiàn)控制提出了高程平面均需控制±50mm以?xún)?nèi)的嚴(yán)格要求。

　　3.4注漿量控制觀光隧道管片在脫出盾尾后存在著上浮現(xiàn)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注漿量的增加而增加，反之，上浮量則減少并出現(xiàn)下沉現(xiàn)象。漿液在某種程度上對(duì)上述土體2％的損失率有一定的互補(bǔ)性，但要經(jīng)過(guò)一個(gè)階段后才能體現(xiàn)出來(lái)，在同樣注漿量的情況下，管片上浮量與盾構(gòu)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(gòu)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(gòu)穿越孔，其外側(cè)為樁，39m范圍內(nèi)為12m短樁。而觀光隧道在浦西防汛墻施工時(shí)并沒(méi)設(shè)置預(yù)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(nèi)穿越，此范圍土層已受地鐵隧道穿越擾動(dòng)而處于非穩(wěn)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(duì)二號(hào)線(xiàn)上下行線(xiàn)底部進(jìn)行加固，使其能夠承受觀光隧道盾構(gòu)進(jìn)入時(shí)的壓及盾構(gòu)向下的側(cè)向分力對(duì)上下行線(xiàn)的影響。

　　4.2盾尾注漿盾構(gòu)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(jié)，從而克服因觀光隧道上浮及地鐵隧道上部負(fù)載不夠而造成的地鐵隧道上浮。

　　當(dāng)觀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 外灘觀光臺(tái)的沉降監(jiān)測(cè)根據(jù)外灘觀光平臺(tái)的實(shí)際情況，分別布置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

　　5、盾構(gòu)進(jìn)洞施工技術(shù)

　　盾構(gòu)進(jìn)洞盾構(gòu)逐漸靠近洞門(mén)混凝土上開(kāi)設(shè)觀察孔，以加強(qiáng)對(duì)其變形和土體的觀測(cè)；并控制好推進(jìn)時(shí)的土壓力設(shè)定值。在盾構(gòu)切口距洞門(mén)20～50cm處停止盾構(gòu)推進(jìn)，同時(shí)盡可能掏空土倉(cāng)內(nèi)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(gòu)掘進(jìn)采取連續(xù)推進(jìn)和管片拼裝，大大縮短了盾構(gòu)進(jìn)洞時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了洞門(mén)土體不坍方。

　　由于工作井尺寸的限制，長(zhǎng)約8.9m的盾構(gòu)進(jìn)洞不能一次完成，要分兩步進(jìn)行。盾構(gòu)工作井底層沿隧道軸線(xiàn)線(xiàn)長(zhǎng)7.8m，當(dāng)盾構(gòu)切口環(huán)（包括大刀盤(pán)及其驅(qū)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(fù)盾構(gòu)的推進(jìn)功能，將盾構(gòu)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，從而保證了外灘觀光臺(tái)不受損壞。

　　6、 “專(zhuān)家系統(tǒng)”在外灘觀光隧道工程中的成功應(yīng)用

　　“盾構(gòu)法隧道施工專(zhuān)家系統(tǒng)”是在地鐵一號(hào)線(xiàn)、二號(hào)線(xiàn)、延安東路南線(xiàn)等多個(gè)項(xiàng)目的施工中逐步建立和完善起來(lái)的�！岸軜�(gòu)隧道掘進(jìn)專(zhuān)家系統(tǒng)”的基礎(chǔ)是施工數(shù)據(jù)，既有以前的工程數(shù)據(jù)，也有當(dāng)時(shí)正在施工隧道的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。以前工程數(shù)據(jù)主要用于新隧道推進(jìn)之初提供經(jīng)驗(yàn)上的參考，而當(dāng)前不斷輸入的數(shù)據(jù)則是為了在隧道推進(jìn)過(guò)程中不斷提高系統(tǒng)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性�！岸軜�(gòu)法隧道施工專(zhuān)家系統(tǒng)”的主要功能有兩個(gè)方面，第一方面是地面沉降的預(yù)測(cè)和控制，第二方面是隧道軸線(xiàn)的控制。

　　外灘觀光隧道由于對(duì)于軸線(xiàn)控制非常嚴(yán)格，因此選用了從法國(guó)FCB 引起的土壓平衡式鉸接盾構(gòu)進(jìn)行施工。這種鉸接類(lèi)型的盾構(gòu)是首次應(yīng)用，所以原有的專(zhuān)家系統(tǒng)中有許多方面都不能直接應(yīng)用。為了提高專(zhuān)家系統(tǒng)的適用范圍，針對(duì)鉸接類(lèi)型盾構(gòu)的特點(diǎn)，我們對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行了以下幾方面的補(bǔ)充和完善：

　�。�1）在相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)中加入鉸接類(lèi)型盾構(gòu)所需要的域。

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

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

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

　�。�1）有系統(tǒng)地搜集和保存了大量的施工數(shù)據(jù)，不僅為“專(zhuān)家系統(tǒng)”的咨詢(xún)提供了依據(jù)，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(yù)測(cè)和控制方面，不僅使施工人員在調(diào)整施工參數(shù)方面有了參考，而且在推進(jìn)這前對(duì)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(shè)計(jì)的要求。

　�。�4）盾構(gòu)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(jì)算，使施工人員可從復(fù)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(jié)束語(yǔ)

　　鉸接式盾構(gòu)在上海外灘軌道觀光隧道掘進(jìn)施工中的成功運(yùn)用，為盾構(gòu)順利穿越浦東防汛墻、黃浦江、地鐵二號(hào)線(xiàn)隧道、浦西防汛墻、地下管線(xiàn)等重要構(gòu)筑線(xiàn)及地下管線(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，且社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益顯著，據(jù)工程竣工測(cè)量報(bào)告，軸線(xiàn)均控制±50mm范圍內(nèi)，盾構(gòu)日掘進(jìn)速度達(dá)到8m以上，工程質(zhì)量被評(píng)定為優(yōu)良級(jí)，填補(bǔ)了我國(guó)在鉸接式盾構(gòu)方面的空白，在施工技術(shù)方面有質(zhì)的飛躍。此外，盾構(gòu)在短期內(nèi)順利穿越近距離隧道的施工技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)際盾構(gòu)法隧道施工史的先河。