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。
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。
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，东西线浦西侧纵坡为4.24%，浦东侧纵坡为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。
表2 盾构掘进机主要技术参数表
名 称 技术参数 名 称 技术参数
盾构本
体 外径 Φ11220mm
大刀
盘 旋转驱动 电动机
75kw× 12
内径（盾尾） Φ11080mm 外径 Φ11240mm
总长 12045mm 额定转速 0.47 rpm
盾尾密
封装置 三道 额定力矩 18550kN·m
总推力 112000kN
（3500kN×32） 力矩 22260kN·m
推进速度
4.6cm/min 仿形超挖刀（2把） Φ11500 mm
超挖4.65 m3/环
举重臂 驱动形式 液压油马达 土体探测装置 形式 内藏式土压计
探测部位 盾构前方壳体外345mm
驱动速度 0～0.63rpm 测试范围 土压计0～20kg/cm2
土压计0～300kg/cm2
牵引千斤顶 牵引力 500kN×3
旋转角度 ± 220° 牵引行程 200mm
2.3 盾构出洞技术
泥水平衡盾构的出洞口土体稳定极为重要，一旦洞口土体受到扰动或破坏，将使刚出洞时的泥膜支护前方土体的能力大为降低，被扰动的土体更易造成地表坍陷和泥水冒溢地面等不利现象。为确保在破洞门过程中，暴露的土体具有稳定性和可靠性，对洞门外土体作局部垂直冰冻加固处理。
盾构在出洞过程中，工作井壁洞口与盾构壳体形成的环形建筑空隙达19cm，为防止出洞时泥水大量从洞门外通过此建筑空隙窜入井内，影响盾构开挖面泥水压力的建立和开挖面土体的稳定，特设置密封止水装置。
西线盾构于2002年3月25日始发掘进，2002年4月1日洞圈初步封堵完毕，盾尾脱出工作井后，盾构逐渐转为正常掘进施工，至8月底已完成1 000m隧道，月均掘进达250m；东线盾构于2002年6月17日始发掘进，2002年6月21日洞圈初步封堵完毕转为正常掘进施工。
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。
（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。
