4上海地铁区间隧道直径6

上海地铁区间隧道直径6.34m土压盾构施工傅德明139****7066****************上海市土木工程学会2011.5.211．工程概况上海地铁规划22条线路，总长1050km，见图1所示，其中大部分为地下铁道。

已建地铁1、2、3、4、5、6、7、8、9、11号线共10条线，运营长度330km，日客流量达400万人次。

在建10号线和2号线东西延伸段长度约90km，将于2010年4月上海世博会前建成运营，使上海的运营地铁线路达11条约420km，日客流量可达500万人次。

2012年将建成运营500km。

上海地铁区间隧道95%以上采用土压盾构掘进机施工，自1990年地铁1号线工程正式开工以来的19年间，已掘进隧道约达400km，其中，前10年仅施工40km，后9年施工380km。

2008年使用的盾构掘进机多达97台。

2007年掘进隧道80km，2008年掘进隧道140km。

图1 上海地铁线路总平面图上海地铁1号线试验段始建于1980年，于1989年全线开工，全长14.5km，其中18km 区间隧道首次采用7台Φ6.34m土压盾构于1990年起陆续掘进施工。

上海地铁1号线于1995年4月建成运营，成为我国第一条采用盾构法施工的地铁线路。

1996年至1999年，上海地铁2号线工程圆隧道部分西起中山公园站，东至龙东路站，双线(上、下行)全长24km，采用10台Φ6.34m土压盾构掘进施工。

2000年至2007年的8年中，上海地铁4、6、8、9号线约140km区间隧道采用40余台盾构掘进施工，并首次应用5台双圆DOT盾构掘进8.2km隧道。

2008年在建的5线2段约260km区间隧道共采用97台盾构同时掘进施工，创世界盾构隧道工程史新纪录。

2．工程地质概况上海地铁隧道的埋深最浅的为11m（最小覆土5m），最深的达35m（穿越黄浦江底）。

上海市区的地层从地表以下依次为杂填土、粘土、灰色淤泥质粘土、灰色淤泥质粉质粘土、灰色粉质土、粉砂、暗绿色粘土。

盾构穿越的地层大多为淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土，也有穿越粉质土、粉砂，见图2所示。

图2 上海地层地质剖面图淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土具有含水量饱和(40％～55％)，孔隙比大(1.0～1.4)，内力小(1.0kPa～13kPa)，内摩擦角小(7º～15º)，易塑流等，属高压缩性土。

土的主要指标见表1 。

表1 上海地铁隧道穿越地层土的主要指标土层名称重度含水量孔隙比内摩擦角标准贯入度Γ（kN/m3) W(%) e φ(º) N灰色淤泥质粉质粘土17.7 43 1.16 15 2灰色淤泥质粘土17.2 51 1.45 8 ＜1灰色淤泥质夹粉砂18.2 34 1.00 11 3 粉质粘土18.2 36 1.00 18 203．地铁隧道衬砌地铁隧道衬砌外径为6.2m，内径为5.5m，衬砌为预制钢筋混凝土管片，每环宽度100cm和120cm2种，厚度35cm。

每环由封顶块(F)、邻接块(L1及L2)、标准块(B1 及B2)和落底块(D)6块管片拼装而成,见图3 所示。

上海地铁管片大部分采用通缝拼装，小部分采用错缝拼装。

两相邻管片的纵向、环向均采用M30螺栓连接，管片设计强度等级为C50，抗渗为S8，接缝防水采用水膨胀性橡胶和氯丁橡胶复合而成的弹性密封垫。

在衬砌接缝构造设计中，考虑到软土地层的特性，便于在环间传递一定的剪力，控制环间踏步，同时方便管片拼装时的定位，在环缝和纵缝上均设计成凹凸榫槽。

管片连接由直螺栓方式逐步发展为更合理的弯螺栓，这样，内弧面开孔更小，管片受力性能更好，见图4所示。

图3 上海地铁隧道衬砌结构图图4 衬砌断面和螺栓孔4．地铁隧道盾构掘进机4.1 Φ6.34m土压盾构1990年，上海地铁1号线隧道掘进施工首次选用对掘削面影响小、机械化程度高、掘进速度快的ф6.34m土压盾构。

7台ф6.34m土压盾构由法国FCB公司、上海隧道工程股份有限公司、上海市隧道工程设计院、上海沪东造船厂联合体制造, 见图5所示，其主要技术性能见表2。

图5 ф6.34m土压平衡盾构表2 ф6.34m土压平衡盾构主要工作参数盾构本体外径 6 350mm盾尾内径6540mm最大推力 3.330×104k N 推进速度3cm/min切削刀盘最大扭矩 4 635k N-m 转速0~0.8r/min螺旋输送机螺杆直径Ф700cm 扭矩0~15k N-m 排土量200m3/h拼装机回转速度0~1.5r/min 回转角度±210°提升重力82k N 提升行程650mm 平移行程 1 050mm1995年以后，上海地铁分别从法国、日本的盾构制造商购置20余台ф6.34m土压盾构掘进机，其主要工作性能参数基本相近。

2004年以来，上海隧道工程公司机械厂制造的“先行号”ф6.34m土压盾构掘进机逐渐在上海地铁区间隧道工程中应用，至今已有30余台投入施工，占上海地铁工程使用盾构的30%以上，见图6所示。

1、壳体2、中心回转接头3、刀盘系统4、推进油缸5、人行闸6、拼装机7、螺旋机 8、盾尾密封 9、管片吊运机构 10、拼装平台图6 ф6.34m土压平衡盾构主机结构图序号名称参数单位1 盾构外径（D）6340 mm2 盾构主机长（L）8581 mm3 灵敏度（L/D） 1.354 盾构主机重量（W）250 t5 盾构总推力（F）35200 kN6 推进速度（V）3600 mm/h7管片拼装机提升力（F）197 kN 回转力矩（Tp）100 kN·m 转速（V）0.5/1 r/min回转角度 220 ゜平移行程1000 mm8螺旋输送机螺杆直径740 mm 螺杆节距700 mm 转速0～16 r/min 输送量260 m3/h 驱动扭矩45 kN·m9刀盘系统刀盘转速0～1 r/min 刀盘扭矩（额定）4070 kN·m10 皮带机310 m3/h4.2 Φ6520mm×W11120mm双圆型土压盾构2003年上海地铁从日本引进DOT双圆盾构隧道技术，购置4台Φ6520mm×W11120mm加泥式土压平衡双圆盾构掘进机。

盾构长12745mm，总推力68600kN。

盾构有2组拼装机和螺旋输送机。

盾构主要构造见图61、盾壳2、刀盘3、仿形刀4、可更换土压计5、固定土压计6、观测孔7、人行闸8、球形注射管9、中心刀头10、推进油缸11、管片顶托装置12、真圆保持器13、刀盘驱动14、拼装机15、盾尾密封装置16、1号螺旋机17、2号螺旋机图6 双圆盾构机构造示意图7在工厂安装调试的双圆盾构机双圆盾构隧道施工表4 双圆盾构主要工作参数5．盾构安装及始发准备5.1 盾构安装验收及施工设施准备上海地铁车站之间的区间隧道采用土压盾构施工，盾构始发和接受一般在地铁车站的两端。

区间隧道上下行线一般采用2台盾构并行施工。

盾构安装前先在端头井下安装盾构基座，盾构基座为钢结构预制件，需满足支撑盾构机出洞时的本体重量，并起到一个导向作用，见图8所示。

支座材料采用43Kg/m重型轨道，共布置2根。

盾构基座位置按设计轴线准确放样，安装时按照测量放样的基线，吊入井下就位。

两根轨道中心线与基座上的盾构必须对准洞门中心且与隧道设计轴线反向延长线基本一致，并在基座四周加设支撑保证整体稳定。

图8 盾构基座示意图盾构吊装一般采用大吊车将盾构后车架依次吊入井下并移至地铁车站站台层，盾构本体分块吊入井下，在盾构基座上正确就位、组装，最后由专业技术人员进行系统调试和井下验收。

在最后一环负环和井壁结构之间加设钢后靠，钢后靠与负环管片之间的间隙灌注水泥砂浆（或混凝土），使混凝土管片受力均匀，环面平整，见图9所示。

为保证管片脱出盾尾后不产生变形，在管片外弧面加设支撑，予以固定。

第一环闭口环与钢后靠之间采用4根Φ609钢管传递轴向力。

图9 盾构尾部钢后靠考虑到区间隧道上下行线2台盾构同时施工，一般在井口处布置一台32T行车用于上、下行线推进时的垂直运输；另外布置一台5T行车，用于场内管片吊运，在5T行车工作范围内布置管片堆场。

在端头井边侧设置集土坑，集土坑容积具备20环的存土量。

场内布置拌浆间，浆液通过送浆管路送至井下浆车内。

井下运输配14T电瓶车5辆，凹平板车10节，送浆平板车船4节，容积10m3土箱8只。

5.2 洞圈密封和洞口外土体加固由于盾构工作井洞圈直径与盾构外径存有一定的间隙，为了防止盾构进出洞施工期间土体从该间隙中流失，在洞圈周围安装帘布橡胶带、环板、铰链板等组成的密封装置，并设置注浆孔，作为洞口防水堵漏的预防措施。

为确保区间隧道施工过程中盾尾的密封防水效果，在盾构调试结束后，向盾尾钢刷之间涂抹盾尾油脂。

为防止盾构洞门凿除后发生洞口土体塌落，必须对洞口外土体进行加固处理，一般采用深层搅拌进行加固。

加固范围长6m，宽3m，深度为洞圈向下3m，洞圈向上3m 。

设计强度要求无侧限抗压强度达到0.5～0.8Mpa。

盾构出洞前对井外地基加固质量进行验收，在洞门上钻5-9个样孔至加固土体检查有否渗漏水。

6 Φ6.34m土压盾构掘进施工6．1 盾构始发施工洞门混凝土凿除后，盾构向前推进，刀盘靠上加固土体并开始旋转刀盘、启动顶在开口环上的推进油缸。

盾构始发穿越加固区时，刀盘切削加固土体，土压力的设定可低于按原状土计算的静止土压值，推进速度慢些（拟小于1cm/min）、推力小些，并注意洞圈密封处有否渗漏水。

当加固土体不能顺利从螺旋输送机出土时，应根据需要在盾构土舱加入发泡剂或润滑泥浆，以改善切削土体朔流性。

盾构姿态严格控制在容许范围内，管片拼装注意环面平整和错台。

盾尾脱出洞圈后，及时做好隧道衬砌环与洞圈的永久密封。

6.2 盾构掘进施工参数的设定和调整盾构穿越加固区后进入原状土，设定土压增大，略大于静止土压值，推进速度逐步提高至3 cm/min以上，盾构推力、刀盘转速、螺旋机转速等工作参数应作相应调整，并根据地面隆沉监测数据优化盾构掘进施工参数。

盾构始发100m为盾构掘进施工参数盾构掘进施工参数调整优化的阶段，对推进时的各项技术数据进行采集、统计、分析，摸索地面沉降与施工参数之间的关系，争取在较短时间内掌握盾构机械设备的操作性能，及盾构在本标段地质条件下推进的施工参数设定范围。

盾尾脱出始发井后，在盾构推进的同时进行盾尾同步注浆，以充填盾构外径 6.34m 与隧道外径6.2m之间的空隙。

推进1m的盾尾空隙约为1.4m³。

注浆浆液采用粉煤灰、黄砂、膨潤土为主的单液浆，泵送性好，但收缩性大。

注浆充填率约为150%-200%，可根据地面隆沉量调整确定。

6．3 盾构在软土中推进时总推力与埋深关系分析盾构推力主要承担开挖面的水土压力和盾壳与周围土层的摩阻力。