｛ 誊 苏州轨道交通１号线隧道设计施工方案的分析研究 夏莎丽 （苏州轨道交通有限公司，２１５００６，苏州∥工程师） 摘要介绍了苏州１号线的沿线地质情况和盾构隧道设 计施工方案。对苏州盾构隧道设计、地质参数选用、盾构机 选型、建筑物和管线施工保护措施、防水设计和施工组织等 作了简要介绍并提出了一些看法和建议，可供类似工程设计 施工时参考。 关键词 苏州地铁；盾构隧道；设计施工 中图分类号Ｕ ４５５．４３ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｕｚｈｏｕ Ｒａｉｌ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｌｉｎｅ １ Ｘｉａ Ｓｈａｌｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｏｆ ｓｕｂｗａｙ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｉｎ Ｓｈａｎｇｈａｉ ａｎｄ Ｎａｎ— ｊｉｎｇ，ａｎｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｕｚｈｏｕ ｒａｉｌ ｔｒａｎｓｉｔ Ｌｉｎｅ １，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｌｏｎｇ Ｓｕｚｈｏｕ’Ｓ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｐ— ｐｒｏａｃｈ ｏｆ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｏｆ Ｓｕｚｈｏｕ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ。ｔｈｅ ｇｅｏ— ｌｏｇｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｙｐｅ，ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ— ｐｒｏｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ａｒｅ ｂｒｉｅｆｌｙ ａｎａ— ｌｙｚｅｄ，ｓｏｍｅ ｏｐｉｎｉｏｎｓ ａｎｄ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｓｕｚｈｏｕ ｍｅｔｒｏ；ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌ；ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ａｕｔｈｏｒ’Ｓ ａｄｄｒｅｓｓ Ｓｕｚｈｏｕ Ｒａｉｌ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．， ２１５００６，Ｓｕｚｈｏｕ。Ｃｈｉｎａ １工程概况 苏州轨道交通１号线全长２５．９ ｋｍ，设站２４ 座，全部为地下线。该线包括出入段线区间在内共 有２４个地下区间，其中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为４０ ６９７单线延米，使 用１４台盾构机，设联络通道２１座。 ２工程地质条件与评价 ２．Ｉ沿线地基土特征 填土层①。晚更新世冲湖积相沉积成因土层 ③，其中③一１粉质黏土一黏土，③一２粉质黏土。晚 更新世浅海相、海陆交互相沉积成因土层④和⑤， 其中④一１粉土，稍密，层顶埋深５．４～９．２ ＩＴＩ，层厚 ０．８～５．７ ＩＴＩ；④一２粉土一粉砂，夹薄层黏性土，稍 密一中密状态，层顶埋深６．５～１５．９ ＩＴＩ，层厚２．７～ １４．１ ＩＴＩ。⑤粉质黏土，局部夹淤泥质粉质黏土及薄 层状粉土和可塑状的粉质黏土，以软塑一流塑为主。 层顶埋深７．３～２０．９ １ＴＩ，层厚０．５～１７．４ ｍ；冲湖积 相沉积成因土层⑥，其中⑥一１粉质黏土，硬塑一可 塑，均质致密，夹黏土，层顶埋深２０．０～２５．７ ｎｌ，层 厚３．３～８．３ ｍ；⑥一２粉质黏土，可软塑，呈上硬 下软状，均质性较差，局部地段无规律性地分布有薄 层流塑状粉质黏土和粉土。层顶埋深２６．５～３１．８ １ＴＩ，层厚４．０～１３．０ ｎｌ。⑥一３粉质黏土，软一流塑， 夹粉土。区间隧道洞身主要穿越粉土层④一１、粉砂 层④～２，底部位于粉质黏土⑤中。 ２．２水文地质条件 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，主要由太湖、阳澄湖群及大小 规模不等的河渠组成。湖水水位主要受大气降水和 太湖的影响，并受人为控制，常年水位为２．８～３一） Ｉ１７１，其年变幅１ １ＴＩ左右。 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 ～１．８ ＩＴＩ，与地表水存在着较为密切的水力互补关 系。微承压水位于粉土层④一１、粉砂④一２及粉质 黏土⑤构成的含水层中。承压水由⑦一１粉质黏土 和⑦一２粉土组成承压含水层。该含水层埋深大于 ３０ ＩＴ１，在３０．ｉ～３８．５ ｎｌ之间，主要为层状或透镜体 状粉砂、粉细砂夹有薄层粉质黏土，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。 ・３３ ・ ０掏｝粥＿轨翟 交翅鼹 ２．３工程地质条件评价与参数选用 根据勘察和土工试验成果，沿线场地分布有压 缩性中等… 中等偏低的③一１黏土、③一２粉质黏 土、④一１粉土层、④一２粉砂、⑤粉质黏土、⑥一１黏 土、⑥一２粉质黏土、⑦一１粉质黏土及⑦一２粉土层 等，承载力特征值在１ ４０￣２２０ ｋＰａ。钻孔桩桩周土 极限摩阻力在４（）～６５ ｋＰａ。其中分布于浅部的③ 一１黏土层是沿线大型车站地面建筑较好的天然地 基基础持力层。若地面建筑荷载较大，天然地基不 能满足设计要求时，可选择⑥一１黏土、⑥一２粉质黏 土层作为桩端持力层。 各土层的特征：①填土层为弱透水土层，③１ 黏土层为不透水土层（隔水层），③一２粉质黏土层为 微透水土层，④一１粉土、④一２粉砂层属中等～弱透 水土层。由于其厚度较大，埋藏较浅，透水性较好， 含水量丰富，为对地铁施工及运营影响较大的含水 层。⑤粉质黏土层为微透水土层，⑥一１黏土层为不 透水土层。 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。这些问题需要结合施工加强科研监 测，进一步修正土层物理力学指标或修正设计方案。 ３施工工法与盾构机选型 ３．１区间隧道施工工法选择 施上方法的确定，除考虑工法本身的优缺点外， 主要考虑对隧道所处的环境条件的适用性。从地质 及水文条件来看，本标段隧道穿越的地层主要为粉 质黏土层、粉土层、粉砂层等，局部已进入微承压含 水层。若采用矿山法施工，难以确保开挖掌子面的 稳定，需要在隧道拱部进行注浆加固，另外还需进行 施工降水，Ｔ程造价增加，施工风险大，质量较难控 制。明挖法虽经济性较好、施工速度快、质量易于保 证，但对居民出行和交通疏解影响很大；且本区段位 于刚刚修建完成的城市主干道下，须考虑大量管线 迁改以及新修道路的破除与恢复。可见，明挖施工 社会影响很大。 相比较而言，盾构法具有施工中无需降水、沉降 控制容易、工程可靠性高、施工速度快等优点，而且， 在上海、南京等城市地铁建设过程中施工单位积累 ＿『此类地层的成熟施工经验，因此，本工程除了地下 与地面衔接段采用明挖暗埋法施工外，采用盾构法 施工是合适的。 ・ ４・ ２０¨年 ３．２区间隧道盾构机选型 苏州轨道交通１号线盾构机选型的主要原则是： （１）能适应工程所处饱和粉土、粉砂和粉质黏 土的地层条件需要，在易发生流砂的地层中能稳定 开挖面，并且在饱和砂性土中推进时，将地层损失率 控制到最小程度，以保证盾构机施＿［安全和沿线临 近建筑物及公用设施不受损坏。 （２）穿越建筑物及密集地下管线时，能确保建 筑物和地下管线的安全。地表沉降应根据沿线建筑 物、管线允许变形情况，及其与盾构的相对位置分析 研究确定，在一般情况下，宜控制在＋１（）～３【）ｍｍ。 （３）１号线主要穿越高新区、古城 和工业园 区等建成区，要求施工占地少，能适 市区道路狭 窄、建筑物多、拆迁难度大等现场实际条件。 （４）施工设备具有合理的价格及良好的经济 性，要求施工每延米综合价格经济合理。 根据本工程的总体布置、Ｔ程地质及水文地质、 沿线建筑设施及地下管线等环境条件，以及盾构隧 道衬砌结构、施工条件及工期等多方面要求，加泥式 土压平衡盾构及泥水加压式盾构均适合全线和本标 段的工程地质及水文地质条件。土压平衡盾构小需 泥浆处理场，施工占地少，埘环境的影响相对较小， 每延米综合价格相对较低。而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 等区问时更为有利；但其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，每延米综合价格相对较高。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 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，本工程选用 加泥式土 平衡盾构较为有利。 ４盾构隧道设计施工方案 ４．１盾构隧道结构设计 ４．１．１ 隧道衬砌内径、衬砌形式、管片厚度与环宽 隧道内径的确定应在建筑限界的基础 ，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，且在隧道建筑限界以外周边 再预留１５０ ｍｍ的裕量。因此，在建筑限界５ ２００ 第§ｌ期ｌｌｌｌｌｌｌｌｌ＿ｌｌｌ －ｌｌｌｌ＿ｌｌ＿ｌｌｌ＿：ｌｌｌｌｌｌ＿ｌ ｌｌｌ＿ｌ＇＿０ ｌｌｌｌ００ ００ ｌｌｌ＿００００００ －曩００ ： ； ｍｍ的基础上，确定圆形隧道净空内径为５ ５００ ｍｍ。关于衬砌形式，盾构隧道一般采用钢筋混凝 土管片。其形式主要有箱形管片和平板形管片。箱 形管片在相同几何尺寸条件下，具有质量轻、节省材 料等优点，故一般多用于大直径的隧道。而在相等 厚度的条件下，平板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。现在大直径盾构 隧道的管片形式也多选用钢筋混凝土平板型管片。 地铁盾构隧道管片衬砌环宽度一般在１ ２（）（）～ １ ５００ ｍｍ之间。环宽越大，隧道结构的纵向刚度越 大，抗变形能力增强，且接缝少，也利于防水，连接件 减少可使施工速度加快；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 地铁盾构隧道的经验看，广州、北京、武汉等城市采 用５ ４００．３００—１ ５（）（）ｍｍ，苏州采用上海、南京的５ ５００．３５（Ｉ一１ ２００ ｉＤ．ｍ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。 ４．１．２管片分块与拼装方式 国内地铁区间单线隧道管片大多采用６块模 式，即３块标准块（Ａ块）＋２块邻接块（Ｂ块）＋１块 封顶块（Ｋ块）。考虑管片拼装施工方便，封顶块一 般采用较小的体量。还有一种２块标准块（Ａ块）＋ ２块邻接块（Ｂ块）＋１块大封底块（ｃ块）＋１块封 顶块（Ｋ块）。通缝拼装时后一分块方法更为方便， 其好处是管片弯矩小，对铺底和道床稳定有利。苏 州地铁采用前者，衬砌环形式为标准环＋左右转弯 环，管片问采用弯螺栓连接。 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。特别是根据苏州地勘资料计算的 侧压力系数小的情况下，对圆形结构的受力不利，配 筋量大。因此，需要结合工程检验地质参数的符合 性以及考虑采用通缝拼装的可行性。 ４．１．３盾构端头井加固与联络通道开洞加固 每个盾构区间分别有始发加固及到达加固共４ 处。考虑到盾构隧道穿越地层主要是粉土、粉砂，始 发加固长度９ ｍ，到达加固长度黏土时８ ｍ、砂土时 ９ ｍ。加固工法主要采用旋喷桩或三轴搅拌桩。 根据南京、上海地铁的经验，联络通道可采用洞 内水平冻结或地面加固后矿山法施工。从１号线全 线看，联络通道主要位于城市干道下，多采用洞内冻 结法施工，与正线隧道相接处的管片采用钢管片。 ４．１．４盾构隧道防水与防腐 苏州盾构隧道防水措施与其他城市类似：管片 混凝土的抗渗等级不得小于￥１０，衬砌管片外弧设 置一道防水弹性密封垫（弹性密封垫在管片张开量 为５ ｍｍ时应能承受０．６ ＭＰａ的水压，其材质优先 选用三元已丙橡胶）；衬砌管片内弧侧预留嵌缝槽， 管片拼装完毕后在预留凹槽内采用密封胶进行嵌缝 密封；对每一个螺栓孔、注浆孔均设置密封垫圈。防 水施工重点是做好管片接缝、隧道洞门、联络通道开 洞的防水。 接缝外侧采用单道框形弹性密封垫。密封垫以三 元乙丙橡胶为材质，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。黏土地层采用三元乙丙 橡胶，砂土土地层采用三元乙丙橡胶和遇水膨胀橡胶 嵌条复合型，通过河、湖下时采用三元乙丙橡胶和遇水 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。 盾构隧道与联络通道接口是防水的重点之一。 联络通道按全包防水做法进行处理，在联络通道的 两端接口部位采用背贴式止水带和预埋注浆管的方 法进行刚柔过渡防水处理。盾构工作井或车站端头 井与隧道接口防水是另一个重点。其主要措施有： ①设置掺合成纤维和复合膨胀剂的环形钢筋 混凝土保护圈。 ②保护圈混凝土与工作井井壁内衬钢板，以及 管片混凝土之问，均设遇水膨胀橡胶止水条。 ③井圈施工缝内侧预留嵌缝槽，用高模量聚硫 密封胶嵌填。 ④管片混凝土面涂刷水泥基渗透结晶型防水 涂料。 ⑤盾构进出洞附近衬砌管片设置较密的变形 缝环，以适应工作井与盾构隧道因刚度差异过大引 起的不均匀沉降，在变形缝前后环的相对环面设置 加厚的弹性密封垫及传力衬垫。 由于地下水对混凝土结构没有腐蚀性，因此防 腐措施主要是对衬砌连接件、外露件进行浸锌或锌 基络酸盐镀膜处理，以防止连接件、预埋件的锈蚀； 此外，所有连接件、预埋件及钢筋必须可靠连接，以 防止杂散电流的电腐蚀。 ・ ・ ０ 斌 瓢蓬：交通袈 ＿ｌｌｌｌｌ ０ｌｌｌｌｌ。０ｉ０ ０ ｌｌ＿ ４．２盾构隧道施工 ４．２．１盾构隧道施工措施 ≯ 曩 ㈡曩 。００ｌｌ ＿０ｌｌ。０ 剥 ⑥必须仔细进行管片的组装以及防水作业，以 防止地下水从管片接头和注浆孔漏水。 ⑦坚持勤量测原则，坚持以量测信息指导 施工。 ４．２．３盾构隧道施工组织 土压平衡盾构依靠切削下来进入泥土仓的土体 的压力和盾构机推进过程中千斤顶的推力，来平衡 盾构前方开挖面土层的水土压力，通过控制出土速 度保持开挖面的稳定。掘进时通过壁后注浆及时填 充盾尾空隙防止隧道周围地层变位，提高隧道的止 苏州轨道交通１号线总工期５４个月（含试运行 ６个月），其中土建工期３６个月。盾构隧道掘进长 度为４０ ６９７单线延米，使用１４台盾构机（实际施工 时有增加），平均每台掘进长度为２ ９０７单线米。 除车辆段外，全线设两处铺轨基地。考虑软土 水性能，使作用外力均匀，确保管片衬砌的早期稳定 性，减少对周围地层的影响。 壁后注浆主要采用同步注浆和二次注浆方式， 为防止盾构机注浆孔堵塞，建议同步注浆采用惰性 浆液。二次注浆主要采用水泥浆，但在隧道掘进对 地表建筑或管线影响较大的地段，为减少地面沉降， 地区围护结构插入比较大，盾构机过站不经济，盾构 机以折返起吊和站外过站为主。 可选择速凝型浆液（即在水泥浆液中添加适当比例 的水玻璃）。注浆压力应大于开挖面的土压力，一般 ５结语 虽然同处华东地区，但苏州地层与上海、南京等 城市差别较大。目前，苏州轨道交通１号线盾构隧道 已经全面实现洞通，盾构隧道的设计施工方案得到了 初步实践检验。对盾构隧道设计中地质参数及由此 带来的管片配筋大的问题，以及盾构机选型包括通过 京杭大运河和金鸡湖底的盾构掘进和防水措施、盾构 始发和到达加固工法和长度等，积累了一定的经验。 可控制在１．１～１．２倍的静止土压力范围内，保证环 形空隙内均匀地充满浆液，又不致使浆液从管片拼 缝或盾构机与管片之间渗漏出来。 ４．２．２盾构掘进与管线保护措施 ①在盾构推进过程中，通过调整推进速度和排土 的速度，使压力舱压力与开挖面水土压力相对平衡。 ②根据需要，注入适当的添加剂增加开挖土的 塑性流动化，使压力舱内不产生空隙。 ③推进中尽量不扰动围岩，必须减少盾构机的 参考文献 ［１］张庆贺．地铁与轻轨［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０（）２． 偏转及横向偏移等以防止蛇行发生。 ④根据地层情况选择渗透性好、固结强度大的 壁后注浆材料，实施同步注浆。 ［２］施仲衡．地下铁道设计与施工ＥＭ］．西安：陕西科学技术出版 社，２００６． ［３］刘建航，侯学渊．盾构法隧道［Ｍ］．北京：中国铁道出版 社，１９９１． ⑤为了防止管片变形，必须使用形状保持装置 （收稿日期：２０１０—０２—１０） 等来确保管片组装精度，同时充分紧固接头螺栓。 （上接第３２页） ４结语 国铁和地铁同桥水平近距离敷设，这在国内建 设的线路中属于比较特殊的情况，必须考虑交、直流 考虑，四是未将所有线路的感应值进行叠加。只有 通过后续的科研、实际建模计算以及现场实测等进 一步研究，来确定国铁交流系统对地铁直流系统的 电磁感应的影响，从而确定地铁直流系统需采取的 带电线路问的电磁感应对运营、检修等带来的影响 和问题。结合文献［１］，通过初步计算一条国铁客运 专线造成的影响，作出了一些预评估，并提供了解决 建议。所计算的数据和采取的措施，还需进一步研 究和实践检验：一是所采用的公式未综合考虑ＡＴ 供电方式的特点（即接触线和正馈线问的互感未 防护措施，才能提高系统运营的安全可靠性。 参考文献 ［１］ＫｉｅＢｌｉｎｇ，Ｐｕｓｃｈｍａｎｎ，Ｓｃｈｍｉｅｄｅｒ，ｅｔ ａ１．电气化铁道接触网 ［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００４． ［２］ 铁道部电气化工程局电气化勘测设计院编．牵引供电系统 ［Ｍ］．北京：巾国铁道出版社，１９８８． 计），二是主桥段国铁四周的钢桁架所起的屏蔽效果 无法确定，三是未结合全线供电系统的计算来统筹 ・ （收稿日期：２（）１０一（）５ ２８） ３６ ・
