多项世界第一的背后……

　　世界最大直径盾构法隧道——上海市上中路隧道工程的建成，在软土隧道建设史上具有划时代的意义。突破多项世界第一的背后，凝聚了工程参建各方的心血，克服了超大直径盾构穿越防汛墙、浅覆土、盾构原地调头等工程难点，在控制隧道上浮、地表沉降以及泥水处理等方面创新了一系列施工技术。 上中路隧道位于徐浦大桥和卢浦大桥之间，是上海中环线连接浦江两岸的双管双层八车道越江工程，2004年1月9日正式开工，由上海隧道股份总承包，英泰克工程顾问(上海)有限公司监理。2009年1月22日实现了南线隧道通车试运行，2009年5月18日北线隧道通车试运行，标志着上中路隧道全线通车，建成后的上中路隧道成为世界上最大的越江公路隧道。该隧道采用直径为14.87米的超大型泥水平衡盾构掘进机施工，远大于之前最大的翔殷路隧道，是目前国内乃至世界上已建成的最大越江隧道。隧道建成后外径达到14.5米，相当于5层楼房的高度，隧道内分设上下两层双向4车道，小车上层开，大车下层过，为当今世界上第一条双层双向4车道隧道，设计通车时速达80公里。上中路隧道的建成标志着我国隧道建设者掌握了超大直径盾构的推进技术和超大型隧道的建造技术，并为建造更大直径隧道的施工积累了经验。现列举部分施工过程中遇到的问题和操作实践与同行分享。
　　——盾构起先在浦东的工作井南线，刚脱出盾尾+2环，就受到隧道外部浮力的集中作用，突发上浮现象。此时盾构尾部外已形成3米隧道，+1环有半环在洞门结构内与洞口预留钢封门焊接固定，受上浮作用可以产生移位的唯有2环，形成上浮达到50毫米。而此时盾构和隧道尚在冻结区内，隧道上部仍为冻结体，上部地层压力未能向下传递到成环隧道上克服向上的浮力，而洞口钢封门已固定，无法平衡的浮力对2环产生了突破作用促使其上浮。问题发生后，现场人员采取外压内泄措施，促使隧道外部作用力平衡。即在地面上拔除部分冻结管进行灌浆加压，在隧道底部管片的注浆孔进行间断卸压，并对1环至6环管片之间进行纵向刚性连接加固。由于采取的措施及时有效，隧道得以趋于稳定。
　　——封顶块回弹发生在南线隧道119环，当时隧道埋深近20米，在拼装120环管片时，与其连接的119环没有全部停留在盾尾内，119环与118环的环缝在盾尾外。因同步注浆压力和周边地层压力对环缝间隙的侧面存在共同的作用力，当顶在119环封顶块的千斤顶退回时，其作用力大于封顶块摩阻力事发后现场及时采用钢板连接封堵。为了防止封顶块回弹现象的再次发生，采取了二次顶进、二次拼装的推进工艺，即成环后没有一次推进到位，使环缝不脱出盾尾就进行后环拼装，待封顶块被后环安装覆盖后，再推进到位，并继续安装其他管片成环。由于采取的措施正确有效，消除了后续推进中的质量和安全隐患。该问题也涉及盾构设计有待改进或适当缩短管片宽度。
　　——循序渐进熟悉超大型盾构隧道轴线的控制过程，在盾构南线出洞至31环推进的初期阶段，因为一开始尚未完全掌握隧道轴线垂直方向的控制要领，盾构尾部呈上翘姿态。因此，当时决定采取隧道内卸压、隧道上部加压的措施，迫使盾尾下沉，但在17环后盾尾下沉出现超标，垂直偏差达-81毫米，并且下沉在继续发展，每环下沉偏差高达10毫米左右，此过程中曾采取多次措施但效果不明显。到31环时盾尾垂直偏差达219毫米，项目部只能采取措施，使盾构机尾底部的成环管片下部同步注浆，并提高正面泥水压力促使盾尾上抬，同时控制好成环管片动态超前量，纠偏才见成效。庆幸的是直到50环盾尾垂直偏差回归到100毫米之内。在盾构姿态的调整过程中，由于个别纠偏量过大，造成个别管片顶部外弧面受挤压造成轻微损伤，还引起环高差超标(大于10毫米)。在50环以后项目团队对盾构的操控才趋向成熟，隧道轴线完全稳定在允许偏差范围内推进。当然这得益于纠偏措施的正确，也因为有超大型盾构设备的先进技术作保障，比如PYXIS系统的应用，可做到实时控制和管片旋转位置的智能选取。自动引导测量系统的应用，可以连接跟踪测量盾构姿态，及时采取措施限制偏差的发展并缩小偏差量。而传统的人工测量则是在每环推进完成后才进行测量，纠偏滞后，轴线控制较为被动。采用自动引导测量系统也是轴线控制技术的一大超越，该技术还有着测量准确，不容易发生错误，跟踪测量自动检核，成果输出快速及时等许多优点。 
　　 ——上中路隧道是双线共井隧道，在浦东、浦西分别各设一个工作井，最初的方案中，盾构由浦东工作井南线出洞至浦西进洞贯通后，盾构机进行解体转运到浦东工作井北线，再安装出洞向浦西继续推进，重达3600吨的盾构机进行解体和转场，不论陆运还是水运涉及车辆、驳船、码头、道路等很多问题，而且还要四次装拆360吨大型龙门吊。经多次组织专家讨论和比较，最终确定盾构机在浦西工作井整机移位调头，即机头在浦西工作井南线进洞后，依据工作井空间条件即对机头中间的适当部位分割为二，前半部分在井内滑移至工作井北线进行调头就位，后半部在原地调头后再滑移至北线就位与前半部对接成一体，盾构的后部机架在井里解体后再在北线吊装。为尽量减小滑移与调头的摩阻力，在工作井底部经找平处理并满铺钢板，机体底座与钢板间采用摩阻系数极小的四氟工程塑料，确保滑移的可能性。
　　——超大型盾构比起一般盾构来说，体积要庞大得多。小盾构虽“船小好调头”，但容易窜动。而大盾构自有其稳重的优点，只要控制得好，隧道质量比较稳定，不容易波动，但是纠偏比较难。因此现场管理和作业人员精心操作，并借助先进设备的控制手段，及时调整处理，确保盾构推进和拼装质量。
　　上中路隧道的盾构推进在前期由于对超大盾构的性能不熟悉，暴露出一些问题，由于对出现的问题进行认真分析，集思广益，群策群力，有效提升了工作经验。经过一段时间的学习和实践后，完全达到了熟练的程度，在后续的推进中盾构机运转正常，由于其他配套工作如泥水处理系统新浆拌制各项指标制定正确，能有效地支持泥水平衡建立，出土效果良好。同步注浆所采用的单液浆，压力和注浆量控制得当，地面沉降量基本都控制在允许范围内，特别在穿越防汛墙、民居小区、道路等重要构筑物时，沉降量可控制在10毫米之内。隧道总体质量良好，各项监控指标除初期存在局部超标外，隧道轴线误差基本均控制在100毫米之内，相邻环和相邻块的高差亦满足质量验收15毫米的要求，渗漏和管片裂纹等外观质量均在允许的范围内，受到检查和观摩人员的一致好评。本工程的北线隧道被评为2008年度上海市优质结构工程。