多項世界第一的背后……

　　世界最大直徑盾構(gòu)法隧道——上海市上中路隧道工程的建成，在軟土隧道建設(shè)史上具有劃時代的意義。突破多項世界第一的背后，凝聚了工程參建各方的心血，克服了超大直徑盾構(gòu)穿越防汛墻、淺覆土、盾構(gòu)原地調(diào)頭等工程難點，在控制隧道上浮、地表沉降以及泥水處理等方面創(chuàng)新了一系列施工技術(shù)。 上中路隧道位于徐浦大橋和盧浦大橋之間，是上海中環(huán)線連接浦江兩岸的雙管雙層八車道越江工程，2004年1月9日正式開工，由上海隧道股份總承包，英泰克工程顧問(上海)有限公司監(jiān)理。2009年1月22日實現(xiàn)了南線隧道通車試運行，2009年5月18日北線隧道通車試運行，標志著上中路隧道全線通車，建成后的上中路隧道成為世界上最大的越江公路隧道。該隧道采用直徑為14.87米的超大型泥水平衡盾構(gòu)掘進機施工，遠大于之前最大的翔殷路隧道，是目前國內(nèi)乃至世界上已建成的最大越江隧道。隧道建成后外徑達到14.5米，相當于5層樓房的高度，隧道內(nèi)分設(shè)上下兩層雙向4車道，小車上層開，大車下層過，為當今世界上第一條雙層雙向4車道隧道，設(shè)計通車時速達80公里。上中路隧道的建成標志著我國隧道建設(shè)者掌握了超大直徑盾構(gòu)的推進技術(shù)和超大型隧道的建造技術(shù)，并為建造更大直徑隧道的施工積累了經(jīng)驗。現(xiàn)列舉部分施工過程中遇到的問題和操作實踐與同行分享。
　　——盾構(gòu)起先在浦東的工作井南線，剛脫出盾尾+2環(huán)，就受到隧道外部浮力的集中作用，突發(fā)上浮現(xiàn)象。此時盾構(gòu)尾部外已形成3米隧道，+1環(huán)有半環(huán)在洞門結(jié)構(gòu)內(nèi)與洞口預(yù)留鋼封門焊接固定，受上浮作用可以產(chǎn)生移位的唯有2環(huán)，形成上浮達到50毫米。而此時盾構(gòu)和隧道尚在凍結(jié)區(qū)內(nèi)，隧道上部仍為凍結(jié)體，上部地層壓力未能向下傳遞到成環(huán)隧道上克服向上的浮力，而洞口鋼封門已固定，無法平衡的浮力對2環(huán)產(chǎn)生了突破作用促使其上浮。問題發(fā)生后，現(xiàn)場人員采取外壓內(nèi)泄措施，促使隧道外部作用力平衡。即在地面上拔除部分凍結(jié)管進行灌漿加壓，在隧道底部管片的注漿孔進行間斷卸壓，并對1環(huán)至6環(huán)管片之間進行縱向剛性連接加固。由于采取的措施及時有效，隧道得以趨于穩(wěn)定。
　　——封頂塊回彈發(fā)生在南線隧道119環(huán)，當時隧道埋深近20米，在拼裝120環(huán)管片時，與其連接的119環(huán)沒有全部停留在盾尾內(nèi)，119環(huán)與118環(huán)的環(huán)縫在盾尾外。因同步注漿壓力和周邊地層壓力對環(huán)縫間隙的側(cè)面存在共同的作用力，當頂在119環(huán)封頂塊的千斤頂退回時，其作用力大于封頂塊摩阻力事發(fā)后現(xiàn)場及時采用鋼板連接封堵。為了防止封頂塊回彈現(xiàn)象的再次發(fā)生，采取了二次頂進、二次拼裝的推進工藝，即成環(huán)后沒有一次推進到位，使環(huán)縫不脫出盾尾就進行后環(huán)拼裝，待封頂塊被后環(huán)安裝覆蓋后，再推進到位，并繼續(xù)安裝其他管片成環(huán)。由于采取的措施正確有效，消除了后續(xù)推進中的質(zhì)量和安全隱患。該問題也涉及盾構(gòu)設(shè)計有待改進或適當縮短管片寬度。
　　——循序漸進熟悉超大型盾構(gòu)隧道軸線的控制過程，在盾構(gòu)南線出洞至31環(huán)推進的初期階段，因為一開始尚未完全掌握隧道軸線垂直方向的控制要領(lǐng)，盾構(gòu)尾部呈上翹姿態(tài)。因此，當時決定采取隧道內(nèi)卸壓、隧道上部加壓的措施，迫使盾尾下沉，但在17環(huán)后盾尾下沉出現(xiàn)超標，垂直偏差達-81毫米，并且下沉在繼續(xù)發(fā)展，每環(huán)下沉偏差高達10毫米左右，此過程中曾采取多次措施但效果不明顯。到31環(huán)時盾尾垂直偏差達219毫米，項目部只能采取措施，使盾構(gòu)機尾底部的成環(huán)管片下部同步注漿，并提高正面泥水壓力促使盾尾上抬，同時控制好成環(huán)管片動態(tài)超前量，糾偏才見成效。慶幸的是直到50環(huán)盾尾垂直偏差回歸到100毫米之內(nèi)。在盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整過程中，由于個別糾偏量過大，造成個別管片頂部外弧面受擠壓造成輕微損傷，還引起環(huán)高差超標(大于10毫米)。在50環(huán)以后項目團隊對盾構(gòu)的操控才趨向成熟，隧道軸線完全穩(wěn)定在允許偏差范圍內(nèi)推進。當然這得益于糾偏措施的正確，也因為有超大型盾構(gòu)設(shè)備的先進技術(shù)作保障，比如PYXIS系統(tǒng)的應(yīng)用，可做到實時控制和管片旋轉(zhuǎn)位置的智能選取。自動引導(dǎo)測量系統(tǒng)的應(yīng)用，可以連接跟蹤測量盾構(gòu)姿態(tài)，及時采取措施限制偏差的發(fā)展并縮小偏差量。而傳統(tǒng)的人工測量則是在每環(huán)推進完成后才進行測量，糾偏滯后，軸線控制較為被動。采用自動引導(dǎo)測量系統(tǒng)也是軸線控制技術(shù)的一大超越，該技術(shù)還有著測量準確，不容易發(fā)生錯誤，跟蹤測量自動檢核，成果輸出快速及時等許多優(yōu)點。 
　　 ——上中路隧道是雙線共井隧道，在浦東、浦西分別各設(shè)一個工作井，最初的方案中，盾構(gòu)由浦東工作井南線出洞至浦西進洞貫通后，盾構(gòu)機進行解體轉(zhuǎn)運到浦東工作井北線，再安裝出洞向浦西繼續(xù)推進，重達3600噸的盾構(gòu)機進行解體和轉(zhuǎn)場，不論陸運還是水運涉及車輛、駁船、碼頭、道路等很多問題，而且還要四次裝拆360噸大型龍門吊。經(jīng)多次組織專家討論和比較，最終確定盾構(gòu)機在浦西工作井整機移位調(diào)頭，即機頭在浦西工作井南線進洞后，依據(jù)工作井空間條件即對機頭中間的適當部位分割為二，前半部分在井內(nèi)滑移至工作井北線進行調(diào)頭就位，后半部在原地調(diào)頭后再滑移至北線就位與前半部對接成一體，盾構(gòu)的后部機架在井里解體后再在北線吊裝。為盡量減小滑移與調(diào)頭的摩阻力，在工作井底部經(jīng)找平處理并滿鋪鋼板，機體底座與鋼板間采用摩阻系數(shù)極小的四氟工程塑料，確保滑移的可能性。
　　——超大型盾構(gòu)比起一般盾構(gòu)來說，體積要龐大得多。小盾構(gòu)雖“船小好調(diào)頭”，但容易竄動。而大盾構(gòu)自有其穩(wěn)重的優(yōu)點，只要控制得好，隧道質(zhì)量比較穩(wěn)定，不容易波動，但是糾偏比較難。因此現(xiàn)場管理和作業(yè)人員精心操作，并借助先進設(shè)備的控制手段，及時調(diào)整處理，確保盾構(gòu)推進和拼裝質(zhì)量。
　　上中路隧道的盾構(gòu)推進在前期由于對超大盾構(gòu)的性能不熟悉，暴露出一些問題，由于對出現(xiàn)的問題進行認真分析，集思廣益，群策群力，有效提升了工作經(jīng)驗。經(jīng)過一段時間的學習和實踐后，完全達到了熟練的程度，在后續(xù)的推進中盾構(gòu)機運轉(zhuǎn)正常，由于其他配套工作如泥水處理系統(tǒng)新漿拌制各項指標制定正確，能有效地支持泥水平衡建立，出土效果良好。同步注漿所采用的單液漿，壓力和注漿量控制得當，地面沉降量基本都控制在允許范圍內(nèi)，特別在穿越防汛墻、民居小區(qū)、道路等重要構(gòu)筑物時，沉降量可控制在10毫米之內(nèi)。隧道總體質(zhì)量良好，各項監(jiān)控指標除初期存在局部超標外，隧道軸線誤差基本均控制在100毫米之內(nèi)，相鄰環(huán)和相鄰塊的高差亦滿足質(zhì)量驗收15毫米的要求，滲漏和管片裂紋等外觀質(zhì)量均在允許的范圍內(nèi)，受到檢查和觀摩人員的一致好評。本工程的北線隧道被評為2008年度上海市優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)工程。