上海大连路越江隧道施工技术综述

上海大连路越江隧道施工技术综述作者：沈永东朱卫杰杨国祥文章来源：- 点击数：198 更新时间：2004-12-26提要：本工程为穿越黄浦江的公路隧道，工程规模为双管双向四车道。

其中过江圆隧道长1274m，采用单层柔性衬砌，隧道外径11m，隧道内径10.04m，衬砌环宽1.5m，采用 11.22m大型泥水平衡盾构掘进机穿越黄浦江底全断面粉砂地层及两岸码头等重要构筑物。

在黄浦江底两条圆隧道间设置联络通道，采用水平冻结土体暗挖施工方法。

两岸暗埋段为两孔一管廊形式，采用地下连续墙围护，明挖法施工。

关键词：隧道泥水盾构深基坑土体冻结加固施工技术上海大连路隧道工程下游距杨浦大桥3.0km，上游距延安东路隧道3.5km，浦西位于虹口区与杨浦区交界处，浦东位于陆家嘴金融贸易区。

工程总投资为人民币16.552 6亿元，以类似BOT形式进行融资、建设、经营、管理。

工程线路平面图见图1。

图1 线路平面图1 概况隧道按城市次干道设计，设计荷载按城B级，隧道布置为双管双向四车道，车辆在每条隧道内属同向行驶，设计车速40km/h，通行净高4.5m。

隧道内双车道宽度为3.75m×2，两侧路缘带宽0.25m×2，外侧布置防撞侧石及安全带。

1.1 工程地质本工程设计线路总长度为：东线2565.740m，西线2549.600m，其中分段构成见表1，工程地质情况见图2。

表1 大连路隧道工程分段长度构成表图2 圆隧道工程地质剖面图工程中浦西设隧道管理中心大楼。

浦西、浦东各设一座风塔。

全线共设两座降压变电所，两座雨水泵房，两座消防泵房和两座江中泵房。

1.2 线路设计由于大连路及东方路以西地铁明珠线二期先于本工程半年前开工，因此大连路隧道只能在地铁线路东侧布线。

为回避浦西毛麻公司码头较深桩基，隧道平面线型呈反S形，最小曲率半径R=500m，东西线浦西侧最大纵坡为4.24%，浦东侧最大纵坡为4%，东西线最小竖曲线半径为1 500m。

1.3 工程进展情况大连路隧道由上海隧道工程股份有限公司设计施工总承包，工程合同工期36个月。

其总体安排由原计划的一台盾构来回掘进过江圆隧道优化为两台盾构同步由浦东往浦西掘进。

2001年5月25日浦东工作井率先开工，2001年11月浦东工作井基本结束；2001年12月先后开始西线盾构和东线盾构井下安装调试，2002年3月25日西线盾构顺利出洞始发掘进，2002年6月17日东线盾构随后出洞始发掘进；浦西工作井于2002年2月开工，2002年7月完成，为盾构进入接收井创造了条件。

西线盾构于2002年9月抵达浦西工作井、东线盾构于在2002年12月抵达浦西工作井；两岸的暗埋段和引道段于2003年6月实现隧道土建结构贯通，整个工程于2003年9月通车，比合同工期提早8个月。

2 江中圆隧道施工技术圆形主隧道东线长2565m，西线长2549m，采用 11.22m泥水盾构掘进机施工。

圆形衬砌环由5块标准块、2块邻接块和１块封顶块组成。

衬砌环采用外径11 000mm、内径10 040mm、环宽1 500mm、厚度480mm的平板式衬砌结构。

衬砌环采用大封顶，拼装时纵向插入。

环间采用错缝拼装，环间错缝11.25°。

环与环间以32根M30的纵向螺栓相连，环面设有半圆形剪切键。

块与块间以3根M36的环向螺栓紧密相连，纵缝内设凹凸榫槽，以利提高拼装精度。

外弧侧设框形弹性密封垫槽，内弧侧设嵌缝槽。

环向螺栓、纵向螺栓均采用锌基铬酸盐涂层作防腐蚀处理。

2.1 高精度钢筋混凝土管片生产工艺为确保高精度钢筋混凝土管片的质量要求，采用由日本都筑株式会社设计的轻型高精度钢模，其宽度允差小于0.2mm。

根据隧道各型号管片需求量，共生产直线环钢模4套、左楔环钢模1套、右楔环钢模1套。

管片结构混凝土的设计强度等级为C50、抗渗等级为S10，混凝土采用高效减水剂、高活性微矿粉掺料，选择合理的拌和物配合比参数，配制以抗裂、耐久为重点的高性能混凝土。

为确保管片生产质量，本次管片全部在室内工厂化流水线生产。

本次管片生产质量优良，单块检验达到了宽度允差小于±0.2mm、弧弦长允差小于±1mm、管片内半径允差小于±1mm、螺栓直径与孔位允差小于±1mm的精度要求。

管片3环拼装检验相邻环环面间隙小于0.8mm、纵缝相邻块块间间隙小于1mm、对应的环向螺栓孔不同轴度小于1mm。

2.2 盾构掘进机经多方案比较反复论证，选用了由日本三菱重工设计和制造 11.22m大型泥水平衡盾构(图3)。

该盾构大致可分为盾构掘进机、掘进管理、泥水输送、泥水处理和同步注浆等五大系统。

盾构掘进主机（图3）是进行掘进和完成管片拼装的主要设备。

图3 盾构掘进机示意图盾构掘进主机主要技术参数如表2。

常掘进施工。

2.4 盾构掘进管理2.4.1 主要施工参数（1）在泥水平衡盾构掘进施工过程中，切口泥水压力必须使开挖面保持稳定，即与作用在开挖面上的土压力保持平衡。

设定泥水压p0=土压（含水压）p+加压k土压p的取值在工程中通过试推进后确定，一般取静止土压力。

加压k取0.02Mpa。

（2）掘进速度取2~3cm/min。

（3）送泥水比重取1.18~1.25g/cm3,粘度取20~25s。

（4）建筑空隙采用双液注浆充填，双液浆初凝时间为6~8s，1h抗压强度大于60kPa，注浆压力取0.3~0.4MPa，注浆量取理论建筑空隙的120%~200%。

施工过程中检查掘削量来判断开挖面的稳定、坍方、超挖以及土质变化等情况；并通过地面沉降监测等数据来分析掘进控制效果，并随时调整完善各施工参数取值。

正常掘进施工引起的地面隆起小于1cm，地面沉降小于3cm。

2.4.2 穿越构筑物盾构掘进沿线穿越大量房屋建筑物和两次穿越黄浦江码头及防汛墙，特别是两岸码头及防汛墙几经改建、扩建，基础较为复杂，必须采取相应的技术措施确保构筑物的安全（图4）。

图4 浦东码头桩基与隧道相对关系图（1）严格控制盾构正面切口水压，使盾构切口处的地层有微小的隆起量来平衡盾构背土时的地层沉降量。

（2）穿越构筑物时，推进速度不宜过快，尽量做到均衡施工。

（3）盾构姿态变化不可过大、过频，隧道轴线和折角变化不超过0.4%。

推进时不急纠、不猛纠，多注意观察管片与盾壳的间隙，采用稳坡法、缓坡法推进，以减少盾构施工对地层的影响。

（4）在保证每环同步注浆总量的同时，还须保证均匀合理地注浆，并保证浆液的配比稠度符合质量标准。

（5）在构筑物区域合理布置相关测点，在盾构穿越前后，根据实际情况加密监测频率，必要时进行跟踪监测，并将监测结果及时反馈给相关施工人员，以便调整施工参数，做到信息化施工。

在盾构穿越两岸码头及防汛墙时，由于严格遵守上述措施，盾构穿越后，码头及防汛墙沉降量均控制在允许范围内，保证了码头的正常使用和安然度汛。

3.4.3江底全断面粉砂地层技术措施盾构穿越黄浦江底有近400m为全断面⑦1－1草黄色砂质粉土与⑦1－2草黄～灰色粉细砂地层，其中含承压水，为此特制定了“保头护尾”的针对性措施。

（1）推进时根据潮位变化情况，对切口水压进行相应调整，控制其波动范围在设定值±0.02MPa，防止江底冒浆和土层坍陷。

（2）由于⑦层土内粘粒含量几乎为零，粘聚力极低，在全断面⑦层土掘进时，排泥水的粘度都会有所降低，因此在施工中适当提高送泥水的比重和粘度，防止开挖面土体坍塌和正面泥水后窜。

（3）在江中段推进时，在每块管片外侧垫放止水海绵条，封堵管片与盾尾间存在的间隙，必要时，在管片与盾壳间隙内填塞钢丝球，以加强盾尾密封效果。

（4）管片拼装坚持居中原则，使成环衬砌与盾壳的间隙均匀，确保盾尾密封效果的正常发挥。

拼装后及时调整千斤顶的顶力，防止盾构姿态发生突变。

西线盾构已于2002年6月上旬进入黄浦江，于2002年7月下旬顺利穿越黄浦江抵达浦西毛麻公司码头区。

过程中取得了日均掘进6~7环的好成绩。

3.5 盾构进洞方案为保证盾构进洞的安全、可靠，洞门外土体加固采用冻结帷幕墙。

经过计算，取厚度为2.8m的板状全深冻结加固方式，冻结墙宽16.7m，深21.6m。

为保证土体加固强度的均匀性，冻结孔排距、孔距不大于0.8m。

为防止盾构推力波及冻土墙，造成拔管困难，在盾构掘进离冻土墙20m时，暂停掘进，将隧道断面范围的冻结管拔出至盾构顶部上1m处，并与其他未拔冻结管一起继续维护冻结。

拔管结束后，盾构继续掘进，并逐步降低切口水压、减缓掘进速度，直至穿过冻土墙，靠近地下连续墙，然后完全凿除洞门口地下连续墙，盾构进入接收井。

进洞特殊环管片的背覆钢板与井壁洞门预留钢圆环之间用扇形钢板进行电焊连接封堵。

3.6 圆隧道内道路结构施工圆隧道内道路结构(图5)采用现浇钢筋混凝土结构，每36m~39m设一变形缝。

圆隧道的盾构掘进完成以后，由中间向两侧逐段施工。

道路结构施工期间工程材料和施工材料的运输采用轨道式电机车拖挂平板车完成，混凝土采用固定泵和 150mm钢管直接由工作井口输送到各施工段。

施工顺序由下往上依次进行：第一次浇筑：底部矢高约60cm的弓形底板和宽1.2m深0.4m的流水槽；第二次浇筑：弓形底板两侧的弧形板及牛腿和流水槽两侧的250mm×250mm的立柱；第三次浇筑；立柱上部的梁和厚30cm的路面板；第四次浇筑：路面板二侧的防撞侧石；第五次浇筑：二侧墙。

为合理调配周转材料和安排劳动力，采用流水施工。

图5 圆隧道及内部道路结构断面图4 江底联络通道施工技术本工程盾构掘进圆隧道较长。

从“以人为本”的设计理念出发，本工程设计在圆隧道段长度的三分点左右各设一座东线、西线间的连接通道，即在两条平行隧道间构筑内净断面为1.4m×2.1m的连接通道（图6）。

这样，一旦出现紧急事故工况，乘行人员、求援人员可通过连接通道进入相邻隧道出入，确保人身安全。

位于浦西侧的联络通道一，东西线隧道间高差3.11m，净距22.87m,；位于浦东侧的联络通道二，东西线隧道间高差1.02m，净距17.17m。

由于联络通道(图6)位于黄浦江底全断面饱和含水草黄色砂质粉土地层，施工过程中可能会发生水砂突出和地层沉陷甚至黄浦江水涌入，施工风险和难度极大，为确保工程安全，采用在黄浦江底“水平孔冻结加固土体，隧道内开挖构筑”的施工方案。

进行水泥－水玻璃双液注浆，以提高孔口隧道外地层稳定性。

在圆隧道预留钢管片采用金刚石取芯钻开孔，跟管钻进下冻结管，每个钻孔都设有孔口管，并安装钻孔密封装置，以防钻进时出泥、出水。

严格控制钻孔精度，终孔间距小于1.0m。

在冻土帷幕内布置测温孔、观测孔，以便正确测定冻土帷幕厚度和判断冻土帷幕是否交圈。

为确保连接通道开挖和衬砌施工安全，选用可靠的冻结施工机械，安装足够的备用设备，开挖时在冻土帷幕表面喷洒低温氮气，避免冻土帷幕化冻。