【正文】 本次設(shè)計(jì)地段位于上海市合川路至虹梅路之間，處于繁華地段，沿線居民區(qū)和道路較多，汽車和公共交通工具為主要交通運(yùn)輸方式，在上下班高峰期車流量較大，經(jīng)常造成交通堵塞，行車速度慢。公共交通系統(tǒng)難以滿足城市大量的客流量的需求，為緩解交通壓力可以采用耗能低、污染少的地鐵，不但客運(yùn)量大，還有速度快、安全正點(diǎn)、方便的特點(diǎn)。采用隧道的方式不占用地面上建、構(gòu) 筑物的面積，又能在施工期間不影響城市的正常交通。城市快速軌道交通的發(fā)展，對(duì)城市功能的合理布局如城市規(guī)劃、交通、經(jīng)濟(jì)乃至社會(huì)環(huán)境等，能夠起到重要的作用。而且地鐵線路帶動(dòng)城市發(fā)展，合理優(yōu)化城市資源，調(diào)整城市發(fā)展方向和布局，加速城市化進(jìn)程。 考慮到施工工地周圍環(huán)境條件，并通過(guò)方案的比選，本次開挖支護(hù)采用盾構(gòu)法施工。合川路站～虹梅路站隧道沿宜山路，周邊多為居民區(qū)，道路交通繁忙，車輛和人流眾多，而盾構(gòu)法施工不影響地面交通與設(shè)施，且噪音和擾動(dòng)較小，對(duì)居民的影響小。該區(qū)間內(nèi)分布有上水、煤氣、電力、電話、污水等多種管線，其 埋設(shè)深度在地面以下 0～ 范圍內(nèi)，而盾構(gòu)施工不影響地下管線等設(shè)施。本次施工工期緊，需要在短時(shí)間內(nèi)完成施工，盾構(gòu)法施工速度快，開挖和襯砌安全，盾構(gòu)的推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等全過(guò)程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，施工勞動(dòng)強(qiáng)度低。區(qū)間隧道掘進(jìn)范圍內(nèi)的地 2 基土層具有以下性質(zhì)：含水量高，孔隙比大，呈流塑狀態(tài)；強(qiáng)度低，壓縮性高且穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)；滲透性弱，排水固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)。所以選用土壓平衡式盾構(gòu) , 使施工更加安全，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作，施工易于管理，施工人員也較少，勞動(dòng)強(qiáng)度低，生產(chǎn)效率高。施工不受風(fēng)雨等氣候條件的影響。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與 進(jìn)展 1. 盾構(gòu)的研究情況與發(fā)展 盾構(gòu)法施工隧道是在地表以下土層中暗挖隧道的一種現(xiàn)代技術(shù)。用此法修建地下隧道已有 170 余年歷史。 1818 年，英國(guó)人布魯諾爾從一種食船蟲在船身上打洞一事受到啟發(fā)，研究出了盾構(gòu)施工技術(shù)，并獲得專利。19 世紀(jì)末到 20 世紀(jì)中葉，盾構(gòu)機(jī)技術(shù)取得較快的發(fā)展，主要以氣壓式、手掘式、半機(jī)械式、機(jī)械式盾構(gòu)為主。 20 世紀(jì) 60 年代中期至 80 年代末，在軟粘土中使用了擠壓式盾構(gòu)機(jī)，開發(fā)了閉胸式盾構(gòu)機(jī)并得到廣泛應(yīng)用，形成了現(xiàn)代盾構(gòu)技術(shù)的主流。 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，閉胸式的泥水式盾構(gòu)機(jī)和土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)成 為世界范圍內(nèi)的主流產(chǎn)品。 20 世紀(jì)初，盾構(gòu)法施工已在美、法、英、俄等國(guó)開始推廣，已用在水底公路隧道、地下鐵道、上下水道、電力、通訊煤氣等市政公用地下設(shè)施管道的施工中。 1917 年人日本開始在鐵羽越線的折返段隧道施工中引進(jìn)盾構(gòu)法， 1938 年正式在國(guó)鐵關(guān)門隧道應(yīng)用盾構(gòu)法施工，為日本盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 1967 年由英國(guó)提出的泥水加壓系統(tǒng)在日本得到實(shí)施，日本研制成功第一臺(tái)有切削刀盤、水力出土的泥水加壓式盾構(gòu)。 1974年日本獨(dú)創(chuàng)性的研制成功土壓平衡盾構(gòu)，同時(shí)德國(guó) Wayssamp。Freytag 也研制成功頗具特點(diǎn)的膨潤(rùn)土 懸浮液支撐開挖面的泥水平衡盾構(gòu)。之后，盾構(gòu)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，已成功應(yīng)用于各種公路隧道、地鐵隧道、引水隧道以及市政公用設(shè)施隧道等。幾十年來(lái)，通過(guò)對(duì)土壓平衡式、泥水式盾構(gòu)機(jī)中的關(guān)鍵技術(shù)，如盾構(gòu)機(jī)有效封閉、監(jiān)測(cè)開挖面的穩(wěn)定及控制盾構(gòu)前進(jìn)的方向、地表塌陷在安全范圍內(nèi)、刀具的使用壽命以及在封閉條件下更換刀具等方面的探索，通過(guò)對(duì)盾構(gòu)施工新技術(shù)，如特殊斷面盾構(gòu)施工、復(fù)合盾構(gòu)施工技術(shù)、球形盾構(gòu)施工技術(shù)等研究，地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)有了長(zhǎng)足發(fā)展。 我國(guó)從五十年代開始使用、研制盾構(gòu)， 1966 年上海采用網(wǎng)格式擠壓 3 盾構(gòu)修建了直徑達(dá) 10m 的打浦路過(guò)江隧道，至今，盾構(gòu)法施工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于我國(guó)城市的地鐵建設(shè)。 21 世紀(jì)是我國(guó)隧道及地下工程大發(fā)展的世紀(jì) ,據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè) ,到 2020 年 ,我國(guó)將要完成近 6000km 的地下隧道建設(shè) ,平均每年約 300km。到 2021 年 ,國(guó)內(nèi)各種地下工程建設(shè)約需巖石掘進(jìn)機(jī)、盾構(gòu)機(jī)約 180 臺(tái) (不包括微型機(jī) ),年均需求量約為 30 臺(tái)。截至目前 ,使用的盾構(gòu)總數(shù)約有 200 多臺(tái)次。城市地鐵快速發(fā)展 ,對(duì)盾構(gòu)需求最多。我國(guó)城市地鐵正處在高速發(fā)展期 ,地鐵和軌道交通規(guī)劃總長(zhǎng)度已超過(guò)3000km。目前已建成和在建的數(shù)量?jī)H占規(guī)劃數(shù)量的 10%左右 ,未來(lái)城市地鐵建設(shè)仍將快速發(fā)展。越江隧道建設(shè)方興未艾 ,對(duì)大直徑和超大直徑盾構(gòu)的需求將有快速增長(zhǎng)。至今有 10 個(gè)城市已建或在建 20 多座盾構(gòu)法越江隧道。計(jì)劃中的越江盾構(gòu)隧道更多。城市各種地下管線隧道有待發(fā)展 ,對(duì)盾構(gòu)的潛在需求大。有關(guān)專家預(yù)測(cè) ,我國(guó)城市的給水、排水、電纜、電訊、熱力、輸氣等隧道工程的長(zhǎng)度將超過(guò) 1000km,其對(duì)小型盾構(gòu)、微型盾構(gòu)或掘進(jìn)機(jī)的需求量也相當(dāng)大。 2. 盾構(gòu)襯砌土壓力的研究現(xiàn)狀 作用于陳其上的土壓力實(shí)際上是周圍土層與襯砌共同作用面上的接觸應(yīng)力，其大小與分布形式不僅與地層的物理力學(xué)性質(zhì)、襯砌的 剛度有關(guān)，而且與施工方法、隧道的埋深、直徑、形狀等幾何參數(shù)有關(guān)。目前隧道襯砌管片有鋼制管片、混凝土管片、球墨鑄鐵管片和合成管片，其中以混凝土管片使用較多，管片之間可采用柔性連接或剛性連接，一般采用鋼螺栓進(jìn)行連接，對(duì)于特殊地質(zhì)條件（液化地層和軟硬地層的分界面等）和襯砌結(jié)構(gòu)剛度突變位置，可采用特殊的柔性接頭以適應(yīng)變形需要。 由于作用于襯砌上的土壓力受諸多因素的影響，對(duì)其進(jìn)行研究非常困難，迄今為止，有關(guān)這方面的論文及研究報(bào)道均不多見。從已有的文獻(xiàn)來(lái)看，按其所采用的原理不同，可將襯砌上土壓力的計(jì)算方法分為三種，即簡(jiǎn) 化計(jì)算法、考慮襯砌與地層相互作用的分析方法、現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)及模型試驗(yàn)方法等。 3. 管片接頭剛度的研究 由于盾構(gòu)隧道一般是在盾構(gòu)拼裝由預(yù)制管片而成的，必然存在管片接 4 頭。這樣使得管片環(huán)的整體彎曲剛度相對(duì)于現(xiàn)澆的混凝土管片環(huán)而言，有所降低。由于管片環(huán)整體彎曲剛度的降低，其變形必然有所增加，從而可導(dǎo)致被動(dòng)地基抗力的增加，有利于減少管片截面的偏心應(yīng)力，即彎矩。如何評(píng)價(jià)接頭剛度對(duì)管片和變形的影響，是管片設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要內(nèi)容。 接頭剛度的確定一般分為兩種，一是經(jīng)驗(yàn)參考或模型研究，另一種為接頭剛度數(shù)值模型。目前大多數(shù)重大地下工 程都采用第一種方法確定，但是由于我國(guó)地鐵工程起步較晚，隧道設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)缺乏，同時(shí)由于足尺寸的管片接頭或整體試驗(yàn)成本較高，目前這方面的成果很少見諸報(bào)道。為此很多學(xué)者非常重視接頭剛度的整體研究，從而可以得到考慮主要影響因素的接頭剛度計(jì)算理論，而且可以考慮接頭剛度隨外荷載的非線性關(guān)系，從而使得管片設(shè)計(jì)精度得以提高。 4. 國(guó)內(nèi)管片的發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)的管片有以下幾個(gè)趨勢(shì) （ 1）通用管片：目前，國(guó)內(nèi)通用管片的使用量不大，但國(guó)外已大量采用通用管片射中管片給設(shè)計(jì)，生產(chǎn)，施工都能帶來(lái)方便較好的經(jīng)濟(jì)效益。通用管片不但能滿足平面曲線 的要求而且可以通過(guò)調(diào)整封頂塊的位置，滿足豎曲線的要求，不需采用以前使用的楔形片，大大提高防水效果。 （ 2）管片寬度增大，接頭減小：盾構(gòu)隧道襯砌管片的寬度有增加的趨勢(shì)。通過(guò)增加襯砌管片的寬度在隧道方向上管片的接頭數(shù)目減少，管片的生產(chǎn)費(fèi)用降低，隧道防水情況得到改善，施工速度提高，工程造價(jià)也得以降低。需注意的是管片寬度的增加是有前提的，在采用高強(qiáng)度連接接頭，管片邊緣部位鋼筋加密等相關(guān)措施，而且要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證后才可進(jìn)行。 主要涉及內(nèi)容 上海軌道交通 9 號(hào)線一期工程合川路站～虹梅路站區(qū)間起于合川路，單線全長(zhǎng) ，沿線多為居民區(qū)和地上交通。對(duì)此單位施工，有如下內(nèi)容： 1. 進(jìn)行方案的比選 施工方法對(duì)結(jié)構(gòu)型式的確定和地鐵土建工程造價(jià)有決定性影響。施工方法的選定，受沿線工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和環(huán)境條件（地面建筑 5 物和地下構(gòu)筑物的現(xiàn)狀、道路寬度、交通狀況）等多種因素的制約，同時(shí)也會(huì)對(duì)工程的難易程度、工期、造價(jià)，運(yùn)營(yíng)效果等產(chǎn)生直接的影響。常見的施工方法有明挖法、礦山法和盾構(gòu)法。本次設(shè)計(jì)中選用盾構(gòu)法施工 2. 區(qū)間隧道襯砌設(shè)計(jì) 首先進(jìn)行盾構(gòu)隧道斷面的擬定，并根據(jù)隧道斷面的大小進(jìn)行管片襯砌形式的比選，然后確定管片拼 裝方式、厚度、分塊及環(huán)寬。 3. 隧道襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算 (1) 對(duì)圍巖壓力進(jìn)行計(jì)算，再根據(jù)其圍巖壓力對(duì)管片的內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算。 (2) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果及分析，計(jì)算管片的配筋，并驗(yàn)算環(huán)向連接螺栓的可靠性。 4. 結(jié)構(gòu)防水設(shè)計(jì) 盾構(gòu)隧道的滲漏一般出現(xiàn)在管片自身小裂縫、管片的接縫、注漿孔和手孔等處，其中以管片自身小裂縫和接縫處滲漏較多，因此盾構(gòu)隧道的防水工作以一次襯砌部分的防水以及環(huán)片接縫的防水為重點(diǎn)。盾構(gòu)隧道襯砌防水體系包括管片結(jié)構(gòu)自防水、接頭防水及隧道與工作井和聯(lián)絡(luò)通道連接處的防水。 5. 施工組織設(shè)計(jì) 確定施工方案以 及相應(yīng)的技術(shù)措施、確定施工進(jìn)度計(jì)劃、進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置。根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)編制依據(jù)，充分發(fā)揮各職能部門的作用，按照施工方案的要求進(jìn)行隧道施工，保證工程質(zhì)量和施工安全。 6. 隧道監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì) 包括隧道洞內(nèi)外觀察、隧道相對(duì)凈空變化值的監(jiān)測(cè)、隧道拱頂監(jiān)測(cè)和地表沉降監(jiān)測(cè)等。實(shí)行信息化施工，獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，反饋信息，指導(dǎo)施工。 6 2 工程概況 工程簡(jiǎn)介 上海軌道交通 9 號(hào)線一期工程途經(jīng)松江、閔行和徐匯三個(gè)區(qū)，工程自松江新城至宜山路站，全程約 31 公里。沿途共設(shè)車站 12 座。本工程為合川路站～虹梅路站，單線全長(zhǎng) 。周邊多為居民區(qū)，道路交通繁忙，車輛和人流眾多。施工路段平面圖見下圖。 圖 施工路段平面圖 工程地質(zhì)情況 土層特征 隧道工程影響范圍內(nèi)的土層，自上而下分述如下表： 表 土層特性表 土層層號(hào) 土層名稱 土層描述 ① 1 人工填土 均有分布，以雜填土為主，含少量碎石等，局部為素填土，含植物根莖等。 ① 2 浜底淤泥 呈黑色淤泥狀，內(nèi)含石子、垃圾等，有臭味。 ② 粘土 可塑，均勻，含少量鐵錳質(zhì)結(jié)核，及氧化 鐵銹斑，由上而下土質(zhì)變軟，中壓縮性。 7 土層層號(hào) 土層名稱 土層描述 ③ 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土 均有分布，流塑，尚均勻，夾有少量粉性土薄層，局部呈淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，高壓縮性。 ④ 淤泥質(zhì)粘土 均有分布，流塑，均勻，夾少量極薄層粉砂，見零星貝殼碎屑，局部孔層呈淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，高壓縮性。 ⑤ 11 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土 均有分布，流塑，尚均勻，夾薄層粉土、粉砂，局部為粘土，高壓縮性。 ⑤ 12 粉質(zhì)粘土 軟塑，欠均勻，夾薄層粉土，粉砂，局部較多，中壓縮性。 ⑤ 2 砂質(zhì)粉土 均有分布，很濕，稍密～中密，尚均勻，夾少量 粘性土，局部呈粉砂，中壓縮性。 ⑤ 3 粉質(zhì)粘土 軟塑，尚均勻，夾有薄層狀粉土、粉砂，局部含泥鈣質(zhì)結(jié)核、腐植質(zhì)及少量有機(jī)質(zhì)、腐植質(zhì)，中壓縮性。 ⑥ 粉質(zhì)粘土 可塑，尚均勻，含氧化鐵斑點(diǎn)，層上部一般呈粘土，下部夾有粉性土，中壓縮性。 ⑦ 砂質(zhì)粉土 部分孔揭示，很濕～濕，中密，含云母，夾有粉砂及少量粘土片，個(gè)別孔呈青灰色，中壓縮性。 地質(zhì)情況 區(qū)間隧道掘進(jìn)范圍內(nèi)的地基土層具有以下性質(zhì)：含水量高，孔隙比大，呈流塑狀態(tài)；強(qiáng)度低，壓縮性高且穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)；滲透性弱，排水固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)。隧道掘進(jìn)時(shí)將適當(dāng)控制 掘進(jìn)速率，避免對(duì)土體產(chǎn)生過(guò)大的擾動(dòng)，以減少施工后的沉降和不均勻沉降。 擬建區(qū)間段發(fā)現(xiàn)有暗浜存在、未發(fā)現(xiàn)天然氣等不良地質(zhì)現(xiàn)象。 本場(chǎng)區(qū)地下水對(duì)砼無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。 區(qū)間隧道主要土層物理力學(xué)指標(biāo) 區(qū)間隧道主要土層物理力學(xué)指標(biāo)見下表。 8 表 土層物理力學(xué)指標(biāo)表 層號(hào) 土層名稱 土層厚度（ m） 濕重度 ???( kN/m3) 含水量 w（ %） 孔隙比 e 粘聚 力c（ kPa） 內(nèi)摩擦角?（ 176。 ） ① 1 人工填土 ① 2 浜底淤泥 ② 粘土 ③ 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土 ④ 淤泥質(zhì)粘土 ⑤ 11 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土 ⑤ 12 粉質(zhì)粘土 ⑤ 2 砂質(zhì)粉土 ＞ ⑤ 3 粉質(zhì)粘土 ＞ ⑥ 粉質(zhì)粘土 ⑦ 砂質(zhì)粉土 未鉆穿 區(qū)間沿線管線及障礙物情況 根據(jù)鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院上海分院物探技術(shù)研究所提供的物探成果報(bào)告，可知該區(qū)間內(nèi)分布有上水、煤氣、電力、電話、污水（雨水）等多種管線，其埋設(shè)深度在地面以下 0～ 范圍內(nèi)。 沿宜山路方向，在道路北側(cè)有兩 路上水管道，管徑為 300mm、 500mm，管頂埋深約 ；有一路 18 孔電話電纜，埋深為 ；道路中央有一雨水管道，管徑為 1400mm、 1800mm，埋深約 ；有一管徑 500mm污水管道，埋深 ；道路南側(cè)有兩路煤氣管道，管徑為 200mm、 300mm，埋深約 ； 9 沿宜山路方向，在道路北側(cè)有兩路上水管道，管徑為 300mm、 500mm，管頂埋深約 ；有一路 18 孔電話電纜，埋深為 ；道路中央有一雨水管道，管徑為 1200mm、 1400mm，埋深約 ；有一管徑 600mm污水管 道，埋深 ；道路南側(cè)有兩路煤氣管道，管徑為 200mm、 300mm，埋深約 ；有一路電力電纜，埋深約 。 合川路站～虹梅路站隧道沿宜山路，周邊多為居民區(qū)，道路交通繁忙，車輛和人流眾多。 3 隧道施工方案與管片選型設(shè)計(jì) 隧道施工方案 在現(xiàn)有的施工條件