第一篇：地鐵盾構(gòu)隧道長(zhǎng)距離平行下穿地下道路關(guān)鍵技術(shù)研究-科研成果小結(jié)

地鐵盾構(gòu)隧道長(zhǎng)距離平行下穿地下道路關(guān)鍵技術(shù)研究

主要研究單位：上海申通軌道交通研究咨詢(xún)有限公司

上海隧道工程股份有限公司技術(shù)中心 上海市第二市政工程有限公司 上海軌道交通十號(hào)線發(fā)展有限公司 上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院 同濟(jì)大學(xué)

主要研究人員：宋 博、葛以衡、巴雅吉呼、馬忠政、胡蒙達(dá)、陳立生、張冠軍、葉 蓉、黃 俊、趙國(guó)強(qiáng)、馮 云、鄭宜楓、趙艷鵬、朱繼文、梁 偉、余 龍、管攀峰、沈君華、戴慧麗、成 琨、曾英俊、張慶賀、陳 宇、肖 立、郭海柱、孫衛(wèi)國(guó)、陳 進(jìn)

1、研究背景

上海2010年世博會(huì)，為浦東乃至整個(gè)上海城市的建設(shè)發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，為了改善核心區(qū)環(huán)境和交通，提升上海中央商務(wù)區(qū)能級(jí)，實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，交通和市政行政主管部門(mén)適時(shí)提出了東西通道與地鐵14號(hào)線合建方案，大連路下立交與10號(hào)線地鐵車(chē)站、地鐵盾構(gòu)區(qū)間合建方案。其中東西通道將采用明挖法施工，基坑圍護(hù)施工采用SMW工法，開(kāi)挖深度15米左右，后續(xù)盾構(gòu)法施工的地鐵14號(hào)線將長(zhǎng)距離平行下穿建成后運(yùn)營(yíng)的東西通道，距東西通道底板最淺處3米左右，屬超近間距條件施工，必然面臨極大的困難，屆時(shí)有可能對(duì)運(yùn)營(yíng)中的東西通道產(chǎn)生較大影響。

還有，10號(hào)線擬采用雙圓盾構(gòu)施工，雙圓盾構(gòu)在構(gòu)筑物下長(zhǎng)距離推進(jìn)施工技術(shù)在國(guó)內(nèi)外少有先例，成熟的理論和施工實(shí)踐并不多見(jiàn)。

因此，鑒于我國(guó)地鐵工程中盾構(gòu)隧道上部長(zhǎng)距離、大范圍卸載施工技術(shù)措施相對(duì)落后，尚無(wú)成熟的盾構(gòu)在三面封閉的構(gòu)筑物下長(zhǎng)距離穿越的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，必須結(jié)合現(xiàn)有工程建設(shè)，適時(shí)開(kāi)展上述課題的深入研究，促進(jìn)科研成果的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，努力提升在復(fù)雜條件下上海地鐵施工的綜合技術(shù)水平，使我國(guó)地下工程施工技術(shù)水平躍上新臺(tái)階。

在城市復(fù)雜環(huán)境條件下，長(zhǎng)距離地下公鐵合建目前在世界范圍內(nèi)類(lèi)似工程還不多見(jiàn)，國(guó)內(nèi)也無(wú)先例，尤其在上海軟土地區(qū)，是一片空白，國(guó)內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不多。因此，本課題的研究必要性主要體現(xiàn)在：

（1）能與工程施工緊密結(jié)合，預(yù)測(cè)施工中的難點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，解決工程實(shí)際問(wèn)題，積累施工經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)類(lèi)似工程施工提供指導(dǎo)；

（2）研究探索先隧道，后上部下立交開(kāi)挖最優(yōu)施工方案、施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、難點(diǎn)控制技術(shù)，確保工程安全、優(yōu)質(zhì)、高效，為提高復(fù)雜工程環(huán)境下盾構(gòu)施工總體技術(shù)水平及綜合競(jìng)爭(zhēng)力做好技術(shù)儲(chǔ)備；

（3）研究盾構(gòu)在下立交結(jié)構(gòu)中長(zhǎng)距離推進(jìn)時(shí)，針對(duì)不同埋深的下立交和圍護(hù)結(jié)構(gòu)采取不同的保護(hù)措施，保證下立交和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全；

（4）研究三面封閉條件下單、雙圓盾構(gòu)施工時(shí)周?chē)馏w的擾動(dòng)規(guī)律，提出針對(duì)性的施工技術(shù)措施及環(huán)境保護(hù)措施，此項(xiàng)工作在國(guó)內(nèi)外尚不多見(jiàn)，屬創(chuàng)新性研究；

（5）項(xiàng)目開(kāi)發(fā)適用于本地區(qū)特點(diǎn)的長(zhǎng)距離地鐵平行下穿公路隧道的施工技術(shù)，施工環(huán)境保護(hù)技術(shù)，擬形成一批核心技術(shù)專(zhuān)利、施工工法等，本項(xiàng)目的實(shí)施將對(duì)城市隧道施工技術(shù)的新突破，為今后城市密集區(qū)地下空間的綜合利用提供必要的技術(shù)保障。

2、主要研究?jī)?nèi)容

課題研究主要以?xún)蓚€(gè)工程項(xiàng)目，10號(hào)線雙圓盾構(gòu)穿越下立交工程，14號(hào)線與東西通道（地下道路）工程為背景，分別開(kāi)展以解決實(shí)際工程問(wèn)題的理論和施工技術(shù)研究。鑒于10號(hào)線雙圓盾構(gòu)與下立交工程處于施工準(zhǔn)備階段，研究將以理論和試驗(yàn)為手段，開(kāi)展與工程施工方式相關(guān)的各種施工工藝可行性研究，以解決工程實(shí)際進(jìn)度問(wèn)題。14號(hào)線與東西通道課題，將以10號(hào)線研究成果為基礎(chǔ)，研究適宜于單圓隧道的盾構(gòu)施工技術(shù)和建成地下通道保護(hù)的技術(shù)，兩者側(cè)重點(diǎn)不同，但存在一定的關(guān)聯(lián)度。為此，課題將以?xún)蓚€(gè)不同工程，分列兩個(gè)子課題，分別為：

2.1 子課題一：10號(hào)線盾構(gòu)下穿下立交結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵施工技術(shù)研究（1)工程背景及研究現(xiàn)狀調(diào)研（2）數(shù)值模擬及理論研究

① 盾構(gòu)工程先行，下立交工程后實(shí)施的各種工況的數(shù)值分析及理論研究。主要包括：A.根據(jù)工程進(jìn)度要求和工藝安排，隧道周?chē)翆蛹庸虠l件下，盾構(gòu)及下立交工程先后施工的數(shù)值模擬分析，及施工參數(shù)可行優(yōu)化確定；B.結(jié)合工程要求，隧道周?chē)翆硬糠中遁d非加固條件下，盾構(gòu)及下立交工程先后施工的數(shù)值模擬分析，施工可行性研究和施工參數(shù)優(yōu)化；C.結(jié)合工程要求，隧道周?chē)练羌庸虠l件下，盾構(gòu)及下立交工程先后施工的數(shù)值模擬分析，施工可行性研究和施工參數(shù)優(yōu)化。

② 在建成下立交結(jié)構(gòu)工況下，三面封閉條件下，雙圓盾構(gòu)長(zhǎng)距離推進(jìn)的數(shù)值模擬理論分析和下立交結(jié)構(gòu)的安全保護(hù)技術(shù)研究。

③ 在自由面工況下，雙圓盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，為確保盾構(gòu)順利推進(jìn)，數(shù)值理論分析盾構(gòu)開(kāi)挖面穩(wěn)定的施工參數(shù)優(yōu)化。

（3）模型研究

① 三面封閉條件下，盾構(gòu)推進(jìn)的模型試驗(yàn)研究。

② 室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，主要包括：A.雙圓盾構(gòu)推進(jìn)前和推過(guò)后，對(duì)周?chē)翆尤⊥粒⑦M(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，研究土性的變化特征；B.雙圓盾構(gòu)掘進(jìn)，同步注漿漿液的試驗(yàn)及配比優(yōu)化研究。

（4）施工監(jiān)測(cè)技術(shù)研究 ① 施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試項(xiàng)目的確定 ② 監(jiān)測(cè)方式和測(cè)點(diǎn)布置 ③ 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析（5）施工關(guān)鍵技術(shù)研究

① 雙圓盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，維持盾構(gòu)工作面穩(wěn)定及對(duì)上部結(jié)構(gòu)保護(hù)的關(guān)鍵施工技術(shù)研究；

② 隧道周?chē)翆蛹庸虠l件下，盾構(gòu)隧道上方下立交開(kāi)挖施工的關(guān)鍵施工技術(shù)研究；

③ 隧道周?chē)翆釉诜羌庸虠l件下，盾構(gòu)隧道上方下立交開(kāi)挖施工的關(guān)鍵施工技術(shù)研究； ④ 隧道周?chē)翆釉诓糠中遁d及非加固條件下，盾構(gòu)隧道上方下立交開(kāi)挖施工的關(guān)鍵施工技術(shù)研究。

2.2 子課題二：14號(hào)線與東西通道（地下道路）合建工程關(guān)鍵技術(shù)研究（1）設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容

①盾構(gòu)穿越運(yùn)營(yíng)東西通道的數(shù)值分析與計(jì)算，利用數(shù)值模擬的方法，分析計(jì)算盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)地層損失率、地面變形，以及東西通道結(jié)構(gòu)的附加位移、沉降值等指標(biāo)，結(jié)合東西通道結(jié)構(gòu)變形與強(qiáng)度要求，提出相應(yīng)的盾構(gòu)施工控制技術(shù)指標(biāo)，確保東西通道的運(yùn)營(yíng)安全。

② 圍壓不平衡狀態(tài)下的隧道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與變形的分析。

③ 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化研究，根據(jù)分析和計(jì)算的隧道施工及工后沉降對(duì)運(yùn)營(yíng)東西通道的影響結(jié)果，設(shè)計(jì)優(yōu)化東西通道地基加固、圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式、圍護(hù)墻深度等關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，既有利于為14號(hào)線區(qū)間隧道實(shí)施預(yù)留安全可行的條件，又為14號(hào)線施工東西通道安全運(yùn)營(yíng)創(chuàng)造條件。

（2）盾構(gòu)推進(jìn)的施工技術(shù)研究?jī)?nèi)容

① 東西通道（地下道路）的安全保護(hù)技術(shù)研究，主要包括：A.盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)東西通道結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力變化的數(shù)值理論分析；B.盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)東西通道穩(wěn)定性分析與變形控制技術(shù)研究；C.在三面封閉條件下，盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)研究;D.盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)東西通道地基承載力及底板受力變化的研究；E.東西通道控制長(zhǎng)期沉降的注漿加固可行技術(shù)研究。

② 地鐵14號(hào)線與東西通道合建段關(guān)鍵技術(shù)，主要包括：A.已建地下道路下的盾構(gòu)進(jìn)出洞技術(shù)；B.盾構(gòu)施工運(yùn)輸系統(tǒng)。

③ 已建地下道路惡劣工況條件下，盾構(gòu)施工的通風(fēng)方案研究。④ 盾構(gòu)同步注漿漿液配比優(yōu)化、注漿壓力及壓注工藝研究。

⑤ 聯(lián)絡(luò)通道施工關(guān)鍵技術(shù)，主要包括：A.已建地下道路下地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道施工的風(fēng)險(xiǎn)研究；B.聯(lián)絡(luò)通道施工方案比選及相應(yīng)施工技術(shù)研究；

⑥ 監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)研究，主要包括：A.明挖地下道路斜上穿地鐵運(yùn)營(yíng)隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與變形監(jiān)測(cè)；B.已建地下道路下盾構(gòu)推進(jìn)的安全保護(hù)監(jiān)測(cè)方案；C.已建地下道路下聯(lián)絡(luò)通道施工的監(jiān)測(cè)方案。

3、主要研究成果及創(chuàng)新點(diǎn)

本項(xiàng)目依托10號(hào)線大連路地下道路與地鐵區(qū)間隧道合建實(shí)施工程為研究背景，并以擬建地鐵14號(hào)線與浦東大道合建工程為研究?jī)?nèi)容，主要研究并取得的成果有：

（1）依托10號(hào)線大連路合建實(shí)施工程，通過(guò)理論分析、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、數(shù)值模擬等手段，對(duì)盾構(gòu)平行長(zhǎng)距離下穿下立交工程的土體及結(jié)構(gòu)物的擾動(dòng)、沉降的特征、影響因素、控制措施等方面進(jìn)行了系統(tǒng)分析研究，開(kāi)展了工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)與理論分析的對(duì)比總結(jié)，研究成果為今后類(lèi)似工程實(shí)施提供了技術(shù)支持和經(jīng)驗(yàn)積累。

（2）針對(duì)擬建14號(hào)線與東西通道合建工程特點(diǎn)，通過(guò)二維數(shù)值模擬方法系統(tǒng)分析了盾構(gòu)穿越施工、區(qū)間隧道工后沉降對(duì)東西通道安全的影響及圍壓不平衡狀態(tài)下隧道受力變形情況，分析結(jié)論表明，區(qū)間隧道合理施工條件下，東西通道是安全的，其工后沉降在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。并結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)論，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了合理優(yōu)化，對(duì)施工具有較好的指導(dǎo)意義。

（3）在前期10號(hào)線大連路工程的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)踐的總結(jié)、理論分析、數(shù)值模擬，探索研究了14號(hào)線與東西通道合建工程中，盾構(gòu)推進(jìn)的施工參數(shù)優(yōu)化、盾構(gòu)進(jìn)出洞、聯(lián)絡(luò)通道施工及東西通道保護(hù)等施工關(guān)鍵技術(shù)，可為今后工程實(shí)施提供參考和指導(dǎo)。

（4）課題依托2項(xiàng)軌道交通盾構(gòu)區(qū)間隧道工程，展開(kāi)的課題研究，不僅確保了工程的圓滿完成，施工的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，工程質(zhì)量滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，建立的施工工藝參數(shù)和設(shè)計(jì)優(yōu)化方案為后續(xù)14號(hào)線的工程建設(shè)提供了實(shí)踐指導(dǎo)和技術(shù)支撐。

（5）課題完成了研究總結(jié)報(bào)告三篇，具體為：

① 地鐵盾構(gòu)隧道長(zhǎng)距離平行下穿地下道路關(guān)鍵技術(shù)研究綜述報(bào)告 ② 10號(hào)線雙圓盾構(gòu)下穿下立交結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵施工技術(shù)專(zhuān)題研究報(bào)告 ③ 14號(hào)線與東西通道（地下道路）合建工程關(guān)鍵技術(shù)研究專(zhuān)題研究報(bào)告

4、成果獲獎(jiǎng)、專(zhuān)利及應(yīng)用情況

4.1 成果水平課題于2011年3月3日通過(guò)驗(yàn)收，經(jīng)專(zhuān)家組評(píng)審，研究成果具有創(chuàng)新性、先進(jìn)性和實(shí)用性，總體上達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

4.2 專(zhuān)利情況

依托課題研究，申請(qǐng)專(zhuān)利4項(xiàng)：

(1)一種高分子泥漿及其配置系統(tǒng)（授權(quán)號(hào)：ZL200810036118.4）(2)一種復(fù)雜環(huán)境條件下隧道內(nèi)微擾動(dòng)注漿控制方法（受理號(hào)：200810036230.8）

(3)隧道內(nèi)微擾動(dòng)注漿工藝（受理號(hào)：200810036231.2）

(4)三面封閉已建結(jié)構(gòu)下盾構(gòu)進(jìn)出洞施工方法（受理號(hào)：201010611554.7）4.3 工法情況

依托課題研究，編制申請(qǐng)工法1項(xiàng)。《卸壓孔工法》（上海市工法申請(qǐng)受理中）4.4 論文發(fā)表情況 發(fā)表技術(shù)論文6篇。4.5 工程應(yīng)用

課題研究成果應(yīng)用于上海市軌道交通10號(hào)線3標(biāo)段盾構(gòu)區(qū)間盾構(gòu)長(zhǎng)距離平行下穿越已建下立交結(jié)構(gòu)施工工程，4.6 應(yīng)用前景

通過(guò)對(duì)10號(hào)線區(qū)間隧道與相關(guān)下立交工程的系統(tǒng)研究，以及擬建14號(hào)線與東西通道合建工程的系統(tǒng)研究，研究成果不僅直接指導(dǎo)了工程施工，產(chǎn)生了實(shí)用價(jià)值，一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，其成果將被廣泛應(yīng)用于在建和后續(xù)軌道交通建設(shè)中的類(lèi)似工程，為相關(guān)工程提供了技術(shù)依據(jù)和參考，促進(jìn)盾構(gòu)區(qū)間隧道施工尤其是已建地下道路（公路）結(jié)構(gòu)下的盾構(gòu)施工技術(shù)的快速發(fā)展，為上海乃至全國(guó)的城市軌道交通建設(shè)提供技術(shù)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)積累，其使用價(jià)值將在今后城市軌道交通建設(shè)中將進(jìn)一步顯現(xiàn)。