12号线工程：区间结构与模拟结果

本工程在区间隧道结构方面主要的设计难点有盾构区间多次穿越既有地铁运营线路、高架桥和地道、地下重要管线（包括合原水箱涵、航油管道、大直径煤气管、污水管等）及密集穿越地面年代久远老式住宅等。

2.3.2.1　盾构穿越邻近建、构筑物

本范围区间隧道沿线主要控制性建、构筑物较多，包括轨道交通3号线高架桥、大木桥路内环高架桥、延安路高架桥、南北高架桥、吴淞路闸桥、黄兴路内环高架桥等重要道路桥梁，以及新亚大酒店、上海邮政局等重要保护性建（构）筑物。同时区间隧道还需下穿龙华楼、嘉善路永嘉路地块、长乐村街坊保护建筑群、北京西路爱国中学教学楼、吴淞江两侧民房等房屋基础等。

为了着重分析盾构施工对建筑物桩基的影响，本次设计选取区间隧道穿越轨道交通3号线高架桥桩基进行有限元分析计算，区间隧道距离3号线桩基最小约1.9m。首先，将桩基简化为梁单元进行模拟，土体和桩承台采用平面应变单元进行模拟，隧道衬砌采用平面应变单元模拟，计算区域取至桩基外20m处，盾构以外35m，深度取桩基以下20 m。整个计算区域左右边界设置水平向链杆，底部边界设置垂直向链杆，上部为自由边界。

计算分为两个工况，经计算，地面最大沉降4.5mm，桩基最大水平位移9.3mm，如图2-29、图2-30所示。计算分析结果表明，盾构施工对桩基有一定影响，但均在桩基允许变形范围内，满足轨道交通的保护控制标准要求。

图2-29　工况一有限元分析结果

图2-30　工况二有限元分析结果

因隧道施工时必然会对周边较近桩基产生影响，因此在盾构施工时建议采取如下措施：

（1）采用加泥式土压平衡盾构，优选最佳施工参数，保证开挖面稳定，加强同步压浆与必要的补压浆措施，来控制建（构）筑物沉降。

（2）随时调整盾构施工参数，减少盾构的超挖和欠挖，以改善盾构前方土体的坍落或挤密现象，降低地基土横向变形施加于桩基上的横向力。

（3）采用同步注浆，减少盾尾通过后隧道外周围形成的空隙，减少隧道周围土体的水平位移及因此而产生的对桩基的负摩阻力。

（4）加强监测，采取相应措施，包括对建（构）筑物的变形、沉降的监测，如发生较大变形，应及时反馈设计、施工单位以调整施工参数。

（5）为确保隧道自身结构的安全，可在穿越桩基范围内设计复合式加强型衬砌环，并考虑采取局部加强的构造措施。

（6）按相关建筑保护规范条例，履行保护建筑区相关建设许可手续。在隧道穿越上述变形敏感地区需按盾构推进时地层损失率≤2‰、地面变形≤5mm进行控制。

（7）在盾构穿越保护建筑区域前，设置模拟施工段，通过事先计算分析，检测拟定的盾构推进主动技术保护措施的实际效果，并对盾构穿越保护建筑工程段的实施风险进行评估、指导施工，规避风险。

（8）在隧道下穿保护建筑群基础范围，在上、下两条隧道内管片上全断面设置注浆管，施工中采用信息化施工，在加强同步注浆（双液浆）的同时，根据监测数据及时进行壁后注浆，保证施工期间相邻隧道的安全。

（9）在保护建筑物基础预埋压浆管，制订基础加固应急预案，增设加密变形观测点，在区间隧道施工过程中严密监控，确保其安全。

2.3.2.2　盾构穿越运营中的轨道交通区间隧道

12号线陕西南路站—南京西路站区间，隧道需下穿运营中的地铁1号线区间隧道，相交处两隧道净距约1.9m；南京西路站—汉中路站区间，隧道需下穿运营中的地铁2号线区间隧道，相交处两隧道净距约3.0m；汉中路站—曲阜路站区间，隧道需下穿运营中的地铁1号线区间隧道，相交处两隧道净距约2.0m。

选取陕西南路站—南京西路站区间隧道下穿运营地铁1号线区间隧道断面为例进行计算分析。在分析上下行线盾构施工对地铁1号线的影响时，土体和隧道衬砌采用平面应变单元模拟，计算区域取隧道左右各25m，深度取隧道以下20m。整个计算区域左右边界设置水平向链杆，底部边界设置垂直向链杆，上部为自由边界。

计算分为两个工况（图2-31—图2-34）：

工况一：右侧隧道先掘进，计算时考虑盾构推进时同步注浆、壁后注浆和二次补压浆对隧道周围土体强度的提高。

工况二：右侧隧道完成后，左侧隧道掘进，计算时同样考虑盾构推进时同步注浆、壁后注浆和二次补压浆对隧道周围土体强度的提高。

图2-31　工况—有限元模拟结果

经计算，工况一右侧隧道最大水平位移4.5mm，最大垂直位移5.2mm。衬砌圆环最大弯矩为162.96 kN·m。地铁1号线最大沉降3.4mm 。

图2-32　工况一地铁1号线垂直沉降图（最大沉降3.4mm）

图2-33　工况二有限元模拟结果

工况二左侧隧道最大水平位移5.4mm，最大垂直位移5.4mm。左侧隧道衬砌圆环最大弯矩为151.23kN·m，右侧隧道衬砌圆环最大弯矩为152.16kN·m。地铁1号线最大沉降3.6mm。

图2-34　工况二地铁1号线垂直沉降（最大沉降3.6mm）

计算分析结果表明，本工程区间隧道施工时对运营中的地铁1号线区间隧道有一定影响，但满足轨道交通的保护控制标准，同时需采取一定的施工技术措施，就可确保已运营隧道的安全和正常运营。

建议采用的主要技术措施（图2-35）如下：

（1）在运营隧道内安置自动监测系统，进行实时、精确的监测。

（2）加密设置地表监测点，加强施工监测，利用监测结果指导施工，优化施工参数。

（3）在盾构穿越已建区间隧道前，设定一监测段，监测拟定的盾构推进主动技术保护措施的实际效果。

（4）根据监测数据，合理设置土压力平衡值，减少盾构的超挖和欠挖，使盾构匀速推进，减少对土体扰动。

（5）降低推进速度，严格控制盾构方向，减少纠偏，特别是杜绝大量值纠偏，保证盾构机的平稳穿越，盾构一次纠偏量不应超过2 mm。

（6）盾构施工过程中，采用同步双液注浆工艺，确保浆液填充满盾尾管片与土体间的建筑空隙，注浆量的控制应根据检测段推进的监测数据确定，动态控制。

（7）在穿越已建隧道范围内的管片内增设预埋注浆管，在盾构穿越后对该区段隧道周围土体进行双液分层注浆加固（加固壳体的厚度上部为2m，下部为1.5 m），加固后的土体应有良好的均匀性和较小的渗透系数，注浆加固后的土体强度要求qu≥0.15～0.2 MPa。

（8）盾构穿越已建隧道范围内分管片环、纵缝设内外两道防水密封垫。

（9）建议在进行该段工程范围内的轨道设计时，在列车运营减震方面考虑采取一定的技术措施。

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图2-35　下穿运营中的地铁区间隧道加固示意图

2.3.2.3　上下近距离重叠隧道工程段

12号线南京西路站—汉中路站区间、嘉善路站—陕西南路站区间，由于穿越的泰兴路、嘉善路道路狭窄，两侧控制性建筑物较多，受建筑物桩基影响，为了尽可能减少建筑物拆迁量，节约投资，根据总体及线路方案，采用区间隧道上下重叠方式通过建筑物桩基之间的狭窄通道。上下重叠隧道施工需采取以下技术措施（图2-36）：

（1）盾构掘进严格按照“下部隧道先行推进，上部隧道再行推进”的施工顺序进行。严格控制施工参数，合理控制推进速度，保证连续均衡施工，严格控制土仓压力及出土量，防止盾构的超挖和欠挖。盾构机姿态平稳。

（2）盾构施工过程中，对两条隧道重叠范围内，盾尾管片与土体间的建筑空隙压注缓凝浆液，浆液1d的强度≥周围加固土体的强度。

（3）上部盾构穿越前，下部隧道通过预留注浆孔对周围土体进行二次双液分层注浆加固。

（4）上部盾构施工时，通过对下部隧道内的监测数据反馈，调整上部盾构的推进参数、隧道内注浆量、注浆压力及注浆部位。

（5）上部盾构穿越后，通过预留注浆孔进行补压浆。压浆工作需待上部隧道地面沉降稳定后，才能停止。

（6）两条隧道推进结束后，根据实测资料，对隧道变形尚未稳定区段，再进行双液注浆来达到控制变形的目的。

图2-36　上下近距离重叠区间隧道加固示意图

2.3.2.4　区间隧道下穿外滩通道、军工路隧道结构

1.外滩通道、军工路隧道的设计要求

外滩通道、军工路隧道位于本线区间隧道上方，先行实施，设计、施工应为地铁区间隧道实施预留安全可行的条件。

（1）外滩通道、军工路隧道结构设计考虑下部地铁区间隧道施工的影响，采取适当的地基加固措施，以减小盾构推进对其结构的影响。

（2）外滩通道、军工路隧道施工时围护墙应避让区间隧道施工影响范围。无法避让时，优选SMW工法桩，在区间隧道盾构穿越前，必须拔除SMW工法桩内型钢。

本设计范围内天潼路站—国际客运中心站区间隧道盾构需从在建的外滩通道下穿越。外滩通道为三纵东线，是上海市规划城市三纵三横主干路网的重要组成部分。

本段区间隧道与外滩通道吴淞路主线斜交角度约102°，穿越段长度约19 m，通道底板底标高-15.307～-14.598 m，12号线区间隧道顶标高-20.739～-20.425m；与长治路匝道斜交角度约146.6°，相交范围约24 m，穿越段通道底板底标高-14.512～-13.762 m，12号线区间隧道顶标高为-19.162m（图2-37、图2-38）。

为了确保盾构穿越的建设条件，12号线穿越段外滩通道采用1m厚、22.95m（22.45 m）长地下墙+31 m长、φ1000型钢水泥土搅拌桩作为围护结构。穿越段地下墙墙趾位于12号线隧道上方不小于0.5m处，坑底满堂加固。

图2-37　区间隧道下穿外滩通道平面图

图2-38　区间隧道下穿外滩通道剖面图

军工路隧道工程是在建中的连接浦西与浦东的重要越江工程，沿军工路呈南北走向，本线内江路站—复兴岛站区间隧道沿规划长阳路由西向东跨军工路时下穿该隧道工程，交角约为84°，距离军工路隧道结构底板为7.3～7.8m。军工路隧道本段工程采用27.5 m长、Φ1000型钢水泥土搅拌桩作为基坑的围护结构（图2-39）。

图2-39　单圆区间隧道下穿军工路隧道剖面图

2.技术措施

根据外滩通道、军工路隧道的重要性以及公路隧道运营要求，本线区间隧道下穿时，需要满足其结构变形与强度要求。盾构推进时必须控制地层损失率≤5‰，地面变形≤15mm，外滩通道、军工路隧道结构的附加位移、沉降值≤10 mm，在隧道施工时需采取以下技术措施：

（1）采用加泥式土压平衡盾构，优选最佳施工参数，保证开挖面稳定，加强同步压浆与必要的补压浆措施，来控制东西通道结构的沉降。

（2）控制盾构机推进速度，调整好盾构机姿态及各项施工参数，加强轴线偏移控制。

（3）随时调整盾构施工参数，减少盾构的超挖和欠挖，以改善盾构前方土体的坍落或挤密现象，降低地基土横向变形施加于地下墙上的横向力。

（4）采用同步注浆，减少盾尾通过后隧道外周围形成的建筑空隙，减少隧道周围土体的水平位移及因此产生的对地下墙的负摩阻力。

（5）加强监测，采取相应措施，包括对区间隧道、外滩通道、军工路隧道结构的变形、沉降的监测。如发生较大变形，及时反馈设计、施工单位以调整施工参数和实施辅助施工技术措施，确保外滩通道、军工路隧道的稳定与安全。

2.3.2.5　盾构穿越河流、桥梁工程段

本线区间隧道沿线需下穿吴淞江、复兴岛运河和黄浦江等河流水域，并穿越横沥港桥、新泾港桥等多处道路桥梁。具体如下：

（1）吴淞江两岸防汛墙均打设有桩基，区间隧道从其桩底穿越。

（2）复兴岛运河西侧驳岸为钻孔灌注桩基础，桩基较长，需拔桩后盾构穿越。东侧驳岸为预制方桩基础，桩基较短，区间隧道可从桩底穿越。

（3）黄浦江浦西岸边需穿越沪东造船厂10号钢平台预制方桩基础，浦东岸边需穿越朱家门码头预制方桩基础，桩基较长，需拔桩后盾构穿越。两岸防汛墙桩基较短，区间隧道可从桩底穿越。

以上位置地面环境条件复杂，盾构法施工时应详细调查各处地质情况，并采取必要的技术措施，确保地铁隧道在施工、运营期间的安全。主要包括以下几个方面：

（1）在盾构机穿越前、穿越中和穿越后加强对驳岸沉降和防汛墙的变形进行监测，并根据监测数据对施工参数进行合理的调整。

（2）盾构下穿吴淞江、虹口港、杨树浦港、复兴岛运河和黄浦江等河流水域，要考虑河流情况（驳岸桩基、防汛墙基础、地质变化较大、地下水与地表水转化快、覆土厚度、开挖面的稳定、隧道结构上浮及管片变形、防水等问题）。制定充分的对策，控制码头桩基与驳岸基础沉降与开裂，保护防汛墙与两岸建筑。

（3）盾构在进入河流段前后由于覆土有一个突变，因此在盾构掘进前需根据覆土深度的变化、地质情况、河流情况等合理确定盾构切口处平衡压力，考虑盾构穿越后会带来一定的后期沉降，在盾构穿越防汛墙前后，及时对设定平衡压力进行调整。

（4）随时调整盾构施工参数，减少盾构的超挖和欠挖，以改善盾构前方土体的坍落或挤密现象，降低地基土横向变形施加于保留码头桩基上的横向力。

（5）采用同步注浆，减少盾尾通过后隧道外周围形成的空隙，减少隧道周围土体的水平位移及因此而产生的对桥梁桩基的负摩阻力。

（6）当盾构穿越过后，码头桩基、防汛墙可能会有不同程度的后期沉降。因此必须准备足量的二次补压浆材料以及设备，根据后期沉降观测结果，及时进行二次补压浆，以便能有效控制码头桩基、防汛墙后期沉降，确保安全。