王效文（中铁第四勘察设计院集团有限公司）
摘要：本文简要描述了苏州轨道交通1号线盾构区间隧道的总体情况和主要技术特点，结合设计理念和施工实际效果，较详细的介绍了穿越金鸡湖、小线间距区间施工、湖心中间风井等重点工程的风险控制和设计施工措施。
关键词：轨道交通盾构隧道技术标准特点与难点
Suzhourailtransitline1shieldtunnel,thecharacteristicsanddifficulties
WangXiaoWen
(thefourthChinarailwaysurveyanddesigninstitutegroupco.,LTD.)
Abstract:thispaperbrieflydescribesthesuzhourailtransitline1shieldtunnel,theoverallsituationandthemaintechnicalcharacteristics,combinedwiththedesignideaandconstructiontheactualeffect,moredetailedintroducedthroughJinJiHu,flyerspacingintervalconstruction,centralintermediatewindwellsuchkeyprojectsriskcontrolanddesignandconstructionmeasures.
Keywords:railtransitshieldtunneltechnicalstandardfeaturesanddifficulties
1、1号线盾构隧道的主要技术特点
1.1工程概况与地质条件
苏州轨道交通一号线全长25.74km，设站24座，全部为地下线。包括出入段线区间在内共有24个地下区间，除一个区间结合地下空间开发采用明挖法外，其余23个区间均采用盾构法施工。全线盾构隧道掘进长度40697单线延米，使用20台盾构机，设联络通道21座。
轨道交通1号线沿线地层相对均匀，自上而下主要有：填土层①；晚更新世冲湖积相沉积成因土层③粉质粘土～粘土；晚更新世浅海相、海陆交互相沉积成因土层④粉土～粉砂，夹薄层粘性土，稍密～中密状态，层顶埋深6.5～15.9m，层厚2.7～14.1m。⑤粉质粘土，局部夹淤泥质粉质粘土及薄层状粉土和可塑状的粉质粘土，以软塑～流塑为主，层顶埋深7.3～20.9m，层厚0.5～17.4m；冲湖积相沉积成因土层⑥，粉质粘土，硬塑～可塑，层顶埋深20.0～25.7m，层厚3.3～8.3m。盾构区间隧道洞身主要穿越粉土、粉砂层④，底部位于粉质粘土⑤中。
苏州地处江南水网区，属长江流域太湖水系，区域内地表水极为发育，孔隙潜水位于填土层组成的含水层中，透水性较好，但不均匀，孔隙潜水位埋深在地面以下0.9～1.8m，与地表水存在着较为密切的水力互补关系；微承压水位于粉土、粉砂层④及粉质粘土⑤构成的含水层中；承压水由粉质粘土、粉土⑦组成承压含水层，该含水层埋深大于30m，在30.1～38.5m之间，主要为层状或透镜体状粉砂、粉细砂夹有薄层粉质粘土，透水性不很均匀，属弱透水层。该含水层厚度较大，含水较丰富。
1.2盾构隧道主要技术标准
（1）盾构机选型
1号线盾构机主要在饱和粉土、粉砂和粉质粘土地层穿越，必须保证在易发生流砂的地层中能稳定开挖面，掘进时将地层损失率控制到最小程度，以保证盾构隧道施工安全和沿线临近建筑物及公用设施不受损坏。泥水平衡盾构更适于粉砂地层，特别是穿越京杭大运河、护城河、金鸡湖等区间时更为有利。但泥浆处理场需要较大的施工场地，对周边环境影响较大，且泥浆处理费用昂贵，隧道每延米综合价格相对较高。
考虑1号线东西向穿越苏州高新区、古城区和工业园区等建成区，要求施工占地少，能适应市区道路狭窄、建筑物多、拆迁难度大的现场实际条件，虽然土压平衡盾构在砂性地层中控制开挖工作面稳定性方面不如泥水加压盾构，但土压平衡盾构在安装智能化土压控制系统后，通过适量加入膨润土或泡沫保持工作面土压力稳定，严格控制出土速度，也能将地表沉降控制在允许的范围。国内地铁采用土压平衡盾构通过砂层甚至江河下砂层的成功经验很多，从环境条件、施工条件、施工设备费用等多方面比较，全线选用加泥式土压平衡盾构。
（2）盾构隧道主要技术标准
①管片与环宽
隧道内径是在建筑限界5200mm的基础上，考虑施工误差、测量误差、隧道轴线拟合误差、不均匀沉降和后期沉降等因素，按华东地区或软土地区的习惯，在隧道建筑限界以外周边再预留150mm的裕量，确定圆形盾构隧道净空内径为5500mm。关于衬砌形式，全线均采用钢筋混凝土平板形管片，该型管片的抗弯刚度和强度均大于箱形管片，且管片混凝土截面削弱小，对盾构推进装置的顶力具有较大的抵抗能力。考虑1号线沿线地层较为均匀，承载力较高，盾构机姿态控制与管片拼装相对容易，后期沉降或不均匀沉降相对软土地层小，管片没有设计纵向与环向凹凸榫或导向杆。
国内地铁盾构隧道管片衬砌环宽度一般选用1200mm或1500mm。环宽越大，隧道结构的纵向刚度越大，抗变形能力增强；接缝越少，利于防水；连接件减少，施工速度加快。但不便于管片制作、运输、拼装，也不适用于小半径曲线的施工，另外，管片环宽增大后会直接影响盾构机的灵敏度。从国内城市地铁盾构隧道管片环宽的选择看，广州、北京、武汉等城市采用5400-300-1500mm，苏州采用上海、南京的5500-350-1200mm模式，除了结构受力和耐久性的要求，盾构机资源的共享利用也是一个重要因素。
②管片分块与拼装方式
国内地铁区间单线盾构隧道大多采用6块模式，即3块标准块＋2块邻接块＋1块封顶块，考虑管片拼装施工方便，封顶块一般采用较小的体量。第二种是2块标准块＋2块邻接块＋1块大封底块＋1块封顶块的模式，通缝拼装时这一分块方法更为方便，好处是管片弯矩小，对铺底和道床稳定有利。还有一种衬砌环形式是通用楔形环，通过衬砌环旋转拟合直线和各种不同的曲线，一定程度上可减少模具数量。苏州采用第一种管片分块形式，拼装采用华东地区常见的标准环+左右转弯环形式，管片间采用弯螺栓连接。
管片拼装方式主要有错缝拼装和通缝拼装，错缝拼装能提高衬砌圆环的整体刚度，且错缝拼装时纵、环缝呈丁字形相交，而通缝拼装时呈十字相交，在接缝防水上丁字缝较十字缝容易处理。目前，国内外地铁盾构隧道施工大多采用错缝拼装。但是，错缝拼装弯矩大，特别是苏州地勘资料提供的地层侧压力系数小的情况下，对圆形结构的受力不利，配筋量大，以后需要结合工程检验地质参数的符合性。
③盾构隧道防水
接缝外侧采用单道框形弹性密封垫，材质为三元乙丙橡胶，断面为多孔特殊断面，利用其特殊构造形式，高压缩回弹止水。粘土地层采用三元已丙橡胶，砂土地层采用三元已丙橡胶和遇水膨胀橡胶嵌条复合型，通过河、湖下时采用三元已丙橡胶和遇水膨胀橡胶面片复合型。接缝内侧采用嵌缝处理，嵌缝材料为特殊齿形嵌缝条与遇水膨胀橡胶腻子。
2、金鸡湖区间
星港街站～会展中心站区间下穿金鸡湖，区间隧道长2350m，湖底段长1850m。该区间分别侧穿科文中心冷却塔桩基、湖中水幕电影桩基，正穿玲珑街一号桥桩基，下穿星港街φ1000污水管。由于区间较长，在湖心人工岛上设中间风井兼泵房一处，在湖底另设联络通道2处。区间总平面图见图1，该区间的几个特点是：
图1区间总平面图
（1）区间工法选择
金鸡湖原来水深在2m左右，在地铁施工前，规划部门计划对金鸡湖进行清淤，并在湖中及两岸进行景观建设，区间隧道结合清淤采用明挖法施工。由于审批原因轨道交通建设滞后，没有形成同步，经反复比较单独围堰明挖不经济，还可能造成环境破坏和水污染，该区间最终确定采用盾构法施工。
（2）线路纵断面与隧道埋深
线路的埋深应根据施工方法及所处环境来确定，采用明挖法施工，应尽量采用较浅的埋深以减少工程费用。采用盾构法施工时，盾构隧道位于水域下，且隧道所处地层为粉土和粉砂微承压含水层时，线路埋深应尽可能深，以减少盾构施工时的风险。在湖底，隧道顶部覆土宜大于1.5倍的盾构直径。另一方面，中间风井位于湖心岛上，区间较长，线路纵坡为控制风井挖深的主要因素，较大的纵坡会导致风井挖深太大，宜用缓坡。
经过综合考虑，线路最小纵坡设计为3.1‰，风井的基坑深度已经达到25m，为一号线最深的基坑，在湖中隧道顶最小覆土为8m。
（3）中间风井
星会区间长度2350m，根据行车组织与通风防灾要求，需在区间中部设中间风井一处。为减小施工风险及施工方便，风井最好设在湖两端岸边，但下穿金鸡湖段长度1850m，设在任何一端均无法满足要求，只能设在湖中。湖中清淤完成后，规划部门结合地铁需求和景观规划方案，在湖中设了一处湖心人工小岛，风井设在小岛上。区间应设3处联络通道，其中一处与风井合建。
风井采用明挖法施工，考虑到湖岸和湖心岛没有运送大型设备的码头，围护结构采用Φ1200＠1350钻孔桩，3排旋喷桩止水。盾构机以拼装管片的方式直接通过中间风井，风井两端的盾构端头土体加固也采用旋喷桩。实施过程中，由于基坑承压水头较高，旋喷桩加固质量和均匀性差，盾构端头土体改为三轴搅拌桩加固、旋喷桩堵缝，在基坑加固外围增设单排三轴搅拌桩围蔽，并加设8口降压井。
3、小线间距区间
广济路站为1、2号线的换乘站，其中1号线为侧式站台，使得桐泾路站～广济路站～养育巷站区间线路在广济路站两端的线间距仅为9.2m，在145m范围内线间距逐渐过渡到1倍盾构直径，盾构隧道间最小净距仅为3.0m，为隧道外径的0.48倍。按照国内盾构法在软土地层中的施工经验，两平行隧道施工间距一般应大于1倍盾构直径，当施工间距较小且距离较长时，需要采取可靠的加固措施，保证后建隧道施工时既有隧道结构的安全，保护方案确定在隧道净距3～4.8m（0.48～0.8D）范围对隧道间土体进行地面加固。
由于交通疏解及地下管线迁改困难，地面搅拌桩加固难以实施，最终施工时选择从既有盾构隧道洞内采取加固保护措施。一是在小净距施工段，为了保证既有隧道注浆加固效果，在每个邻接块和标准块各增加2个注浆孔，每环管片注浆孔增加到16个，通过预留注浆孔对已完成的隧道进行洞内注浆加固。注浆范围为隧道两侧120°，注浆厚度为2m，防止临近隧道施工时掘进推力变化对已建隧道的挤压、松弛等作用，包括管片偏移过大时的纠偏；二是在已建隧道内采用内支撑加固，内支撑采用整圆器的型式，并设置加强肋，纵向采用[14a槽钢拉结，槽钢通过厚10mm的焊接钢片与管片螺栓或打设膨胀螺栓进行固定，钢片根据情况弯折成一定角度，与管片垂直，每环固定，整圆器分段循环倒用。
图2钢支撑布置图图3测点布置图
在洞内加固的基础上，考虑盾构推力及注浆压力作用在已建隧道管片的工况，经计算适当增加了管片配筋，提高管片的承载力。另外，增加了监测项目和监测点，提高了检测频率，并据此对设定的掘进参数进行修正，从施工实际效果看，有效保护了临近隧道和上方管线的安全。
4、隧道埋深与管片配筋优化
苏州轨道交通1号线主要在干将路下穿行，古城区段道路中间是干将河，河底标高-0.8m，导致车站和隧道埋深加大，该区段隧道埋深在6.3~16.2m。由于地勘资料提供的土层侧压力系数普遍在0.3~0.5之间，与上海软土地层侧压力系数0.65~0.75相差较大，一方面说明苏州的地质情况相对较好，但同时侧压力系数偏小对圆形结构受力不利，管片配筋增加。
从先期开工完成的明挖区间和车站工点看，实测支撑轴力和变位较计算值小，盾构隧道因计算侧压力小导致配筋量大，实施过程中与高校合作进行了科研检测和管片配筋优化，进一步修正土层物理力学指标或修正设计方案。
5、端头加固与联络通道施工
盾构隧道进出洞端头加固是盾构施工安全的关键环节。由于盾构隧道完全处于粉土粉砂层，根据苏州市以往的经验和现场试验，旋喷桩与注浆加固效果不理想，端头加固方法以搅拌桩为主，因周边环境限制搅拌桩难以实施时，辅以地面冻结或旋喷等工法。加固范围属常规做法，加固长度为始发9米，到达8米。端墙与搅拌桩之间设一排旋喷桩，车站每个端头设3个备用降水井。从施工完成的情况看，由于加固施工质量控制严格，降水井起到了很大辅助作用，没有出现大的险情。
联络通道也是盾构隧道施工的重大风险源之一。由于联络通道埋深较大，深层搅拌质量难以保证，除一座结合电缆通道采用地面加固外，均采用冻结法施工。联络通道目前均已完成，施工质量良好，但暴露的几个问题还需要深入研究如冻融沉降的控制，钢管片的设置范围，泵房与地面窨井的连接节点防水等。
6、结束语
苏州轨道交通1号线盾构隧道自2008年10月31日开始掘进，2010年10月25日实现全线洞通，2011年底完成所有附属结构施工以及与盾构隧道相关的机电设备安装，2012年4月28日全线实现开通试运营。
参考文献：
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[4]孙谋,谭忠盛.盾构法修建水下隧道的关键技术问题[J].2009.11(7):18~23