上海軌道交通12號線國際客運中心站—隆昌路站區間隧道設計優化

孫其清

(中鐵二院工程集團有限責任公司,610031,成都∥高級工程師)

上海軌道交通12號線國際客運中心站—隆昌路站區間隧道設計優化

孫其清

(中鐵二院工程集團有限責任公司,610031,成都∥高級工程師)

城市軌道交通施工對近鄰建筑物的影響已成為工程中的重點和難點。根據設計規劃,上海軌道交通12號線國際客運中心站—隆昌路區間,在建設過程中需要下穿各類建筑物(包括多座受保護建筑物)、市政管道、高架橋等建(構)筑物,對隧道盾構施工提出了嚴格的要求。針對隧道區間途經的關鍵節點,提出了該部分工程盾構施工的優化設計方案,以減少沉降對地面的影響。

上海軌道交通12號線; 隧道設計; 地面沉降

Author′s address China Railway Eryuan Engineering Group Co.,Ltd.,610031,Chengdu,China

1 工程概況

上海軌道交通12號線工程國際客運中心站—隆昌路區間,涉及6座車站,上行線單線總長度4 160.203 m,下行線單線總長度4 172.698 m。在該區段共設計建設三個區間隧道,均為單圓盾構區間,主要在軟黏性土中掘進。三個區間設計概況如下：

(1) 國際客運中心站—提籃橋站區間隧道:位于上海市虹口區和楊浦區,區間隧道出國際客運中心站東端頭井后,沿東長治路向東行進,中途穿越高陽路、丹徒路、公平路,最后進入提籃橋站。國際客運中心站—提籃橋站區間不設旁通道及泵房。

(2) 提籃橋—大連路站—長陽路站區間隧道:涉及兩個車站區間。提籃橋站—大連路站區間出提籃橋站東端頭井后,穿越海門路后自西向東沿長陽路前行,最后進入大連路站,中途穿越海門路、舟山路、臨潼路及保定路。大連路站—長陽路站區間隧道位于楊浦區長陽路下,區間設置旁通道及泵站。

(3) 長陽路站—寧國路站—隆昌路站區間隧道:涉及兩個車站區間。寧國路站—長陽路站區間出寧國路站后沿長陽路向西南穿行,依次穿過眉州路、楊樹浦港、蘭州路、齊齊哈爾路后到達長陽路站。該區間上、下行線隧道中心距為15.2 m。隆昌路站—寧國路站區間盾構出隆昌路站后沿長陽路向西偏南穿行,依次穿過寧武路、雙陽路、臨青路、寧國路(黃興路內環高架)后到達寧國路站。該區間設置旁通道及泵站,上、下行線隧道中心距為12.0 m。

2 關鍵節點施工設計優化

上海軌道交通12號線過國際客運中心站后,沿線兩側零星分布有高層商住樓,需下穿上海減速機械廠東廠、長陽路585號和明圓村等多層建筑物，上海電話局長陽路分局等低層建筑物,以及楊樹浦港和非開挖電信頂管。線路受兩側建(構)筑物以及位于楊樹浦港處的長陽路橋樁基、楊樹浦港河床標高控制。此外,隧道區間穿越范圍內均敷設有較多市政管線(包括上水、污水、雨水、煤氣、電力、電信等)。12號線隧道沿線主要經過保護建筑物、大型建筑片區、高架橋等控制性節點。線路施工期間一方面要減少對地面交通的干擾,另一方面要避免施工產生過大的地面沉降對周圍環境和建筑物的影響。在12號線國際客運中心站—隆昌路站區段中,有如下關鍵節點在隧道的施工設計環節需要進行優化。

(1) 摩西會堂及舟山路電信頂管。摩西會堂位于提籃橋站—大連路站區間,位于提籃橋歷史風貌保護區,屬于保護建筑物。區間隧道上行線側穿摩西會堂,盾構外邊界水平距該建筑2.8 m。區間隧道上、下行線下穿舟山路電信頂管，隧道頂距離電信頂管約1.25 m。區間隧道與摩西會堂、舟山路電信頂管的空間關系分別如圖1、2所示。

圖1 區間隧道與摩西會堂、舟山路電信頂管

圖2 隧道區間與舟山路電信頂管關系剖面圖

(2) 上海東方建筑裝潢材料市場。其主體是5層建筑,建筑物采用箱形基礎,基礎埋深3.5 m,與12號線隧道的豎向凈距約5.75 m。上海東方建筑裝潢材料市場與區間隧道位置關系如圖3、4所示。

圖3 區間隧道與上海東方建筑裝潢材料市場平面關系示意圖

圖4 區間隧道與上海東方建筑裝潢材料市場關系剖面圖

(3) 內環高架橋節點。根據設計,隆昌路站—寧國路站區間隧道需要側穿內環高架橋。內環高架橋采用450 mm×450 mm預制樁,樁頂標高0.4 m,樁底標高-31.6 m,樁長32.0 m,橋墩平面距12號線隧道上行線最近凈距為2.8 m。區間隧道與內環高架橋的空間位置關系如圖5、6所示。

3 關鍵節點施工要點

3.1 摩西會堂、舟山路電信頂管節點優化設計

施工前須對摩西會堂基礎型式、舟山路非開挖電信頂管的管徑和埋深，以及二者與區間隧道的位置關系進行細致調查,確保施工時摩西會堂和舟山路電信頂管安全。對于以上兩控制節點采取如下措施:

圖5 區間隧道與內環高架橋平面關系示意圖

圖6 區間隧道與內環高架橋關系剖面圖

(1) 加強盾構的保養與維修,避免盾構在側穿建筑物基礎時的非正常停機。

(2) 將穿越前50～100環作為側穿或穿越節點的試掘進區,通過在此區段內的試推進,來總結盾構推進參數和地面沉降變形規律。

(3) 盾構掘進時應及時調整掘進速度和出土量等施工參數,減少地表的沉降和隆起。

(4) 盾構施工中,必須對地表及建筑物進行監測,并根據監測結果不斷調整和優化施工參數。

(5) 在靠近摩西會堂側1 m外施做Φ850SMW工法樁(隔離樁),H型鋼隔一插一,樁間距中至中0.6 m,樁長至隧道底部下3 m。盾構側穿時,摩西會堂建筑物變形控制在+5～-5 mm,建筑物傾斜<2‰,地層損失率控制在2‰以內,盾構推進速度控制在勻速2 cm/min。具體位置關系如圖7所示。

圖7 區間隧道與摩西會堂關系剖面圖

(6) 將信息頂管的沉降控制在+5～-5 mm范圍內,地層損失率控制為2‰,盾構推進速度控制在勻速2 cm/min。

(7) 區間隧道穿越以上兩節點時,襯砌管片增設注漿孔,配合地面監測,必要時二次補壓漿。

(8) 嚴格控制同步注漿壓力和注漿量來保證注漿質量。

(9) 施工中應制定應急預案以應對盾構穿越電信頂管、側穿摩西會堂時由于土體沉降變化過大而引起電信頂管和摩西會堂建筑物的破壞。

3.2 上海東方建筑裝潢材料市場節點區間隧道下穿優化設計

為了避免上海軌道交通12號線在下穿時造成的地面沉降對上海東方建筑裝潢材料市場的影響,需要嚴格控制盾構過程。具體節點保護措施如下:

(1) 本節點設計對地面附加位移控制在+5～-15 mm,地層損失率按5‰進行控制,建筑物傾斜<4‰,盾構推進速度控制在勻速2 cm/min,襯砌管片采用深埋襯砌;同時,需要增設注漿孔,配合地面監測,必要時采取二次補壓漿。

(2) 加強盾構的保養與維修,避免盾構在側穿建筑物基礎時的非正常停機。

(3) 將穿越前20環作為側穿節點的試掘進區,通過在此區段內的試推進,來總結盾構推進參數和地面沉降變形規律。

(4) 盾構掘進時應及時調整掘進速度和出土量等施工參數,減少地表的沉降和隆起。

(5) 盾構施工中,必須對地表及建筑物進行監測,并根據監測結果不斷調整和優化施工參數。

(6) 嚴格控制同步注漿壓力和注漿量來保證注漿質量。

(7) 應制定應急預案以應對盾構側穿該節點時由于土體沉降變化過大而引起建筑物的破壞。

3.3 內環高架橋節點區間隧道側穿優化設計

盾構隧道沿線穿越高架時將不可避免地對高架橋墩產生影響。盾構推進所引起的沉降變形將引起橋墩傾斜,從而影響橋墩上方蓋梁、橋面梁的受力狀態,嚴重時可能造成橋梁上部結構的破壞,危及高架橋安全。同時,盾構施工也將對橋墩樁基產生影響,盾構推進所產生的推進力、側壁摩阻力,以及盾構推進后所引起的土體變形將影響橋墩樁身受力狀態[12]。為保證12號線隧道工程的施工質量和內環高架橋安全,參考上海長江西路越江隧道工程研究,在盾構推進過程中控制地層損失率可以有效減少地面沉降。在不采取任何保護措施的前提下,地層損失率從6‰提高到4‰時,地面沉降、承臺沉降等均能得到改善。在全方位高壓噴射工法(MJS)加固保護措施下隧道開挖產生的地表與樁基沉降得到了有效控制,盾構穿越后的樁基承載力能夠滿足上部荷載的要求,通過與實測數據的對比分析,充分說明采用的樁基保護措施達到了預期的效果[13]。

結合上海長江西路越江隧道工程穿越逸仙路高架和上海軌道交通3號線,以及上海北京西路-華夏西路電力電纜隧道側穿南北高架的相關工程研究,擬在本區間隧道的節點設計中對地面附加位移控制在+5～-10 mm,橋墩沉降控制在+5～-10 mm,橋墩差異沉降控制5 mm以內,地層損失率按1‰進行控制,盾構推進速度控制在勻速2 cm/min,并配合地面監測。

具體的施工要點如下:

(1) 為保證高架橋樁基和隧道的長期穩定和安全,在盾構穿越段域中除常規注漿外,還必須在盾構穿越后對該穿越區段進行二次注漿來控制地層損失率、增加高架橋樁基的摩阻力和減小樁自身變形。

(2) 加強盾構的保養與維修,避免盾構在側穿建筑物基礎時的非正常停機。

(3) 將穿越前20～50環作為側穿節點的試掘進區,通過在此區段內的試推進,來總結盾構推進參數和地面沉降變形規律。

(4) 盾構施工期間,必須對盾構推進軸線上方受其施工影響的高架樁基及周邊建筑物進行變形監測,為隧道盾構推進提供信息,并根據監測結果不斷調整和優化施工參數。

(5) 在盾構隧道穿越高架橋梁基的數值模擬力學計算分析中,噴漿加固對豎向位移的影響較為明顯,相較于不加固的盾構開挖,豎向沉降減少了52%～65%,最大水平向位移也減少了35%～67%,沿盾構機掘進方向減少了44%～56%。由此可見,噴漿加固對于減小盾構機對土層的擾動有明顯的效果,對于有效減小不均勻沉降、減小施工差異帶來的沉降均具有良好的工程效果。因此,在盾構施工過程中需嚴格控制同步注漿壓力和注漿量來保證注漿質量。

(6) 施工中在制定應急預案應對盾構側穿該節點時由于土體沉降變化過大而引起橋梁的破壞。

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Optimized Design of Shanghai Rail Transtit Line 12 Tunnel between International Cruise Terminal and Longchanglu Station

SUN Qiqing

The influence of metro construction on adjacent buildings has always been the focus and engineering difficulty in metro project. According to the design plan, in the construction process of Shanghai rail transit Line 12, the section between International Cruise Terminal and Longchanglu Station has to cross under various types of buildings (including the historic listed buildings), pipelines, viaducts and other structures, which propose strict requirements on the shield tunnel construction. Aiming at the key nodes which the Shanghai rail transit Line 12 tunnel will pass through, an optimized design scheme of the shield tunnel construction is put forward to reduce the settlement influence on adjacent buildings.

Shanghai rail transit line 12; tunnel design; surface subsidence

U 452.2

10.16037/j.1007-869x.2017.01.037

2016-09-20)