东西通道工程设计关键技术

东西通道工程设计关键技术

王晟

上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司   上海市  200092

【摘要】上海市东西通道（浦东段）拓建工程为井字形通道的重要组成部分，采用城市主干路技术标准进行设计，双向4~6车道规模，为上海中心城区第一条开工建设的特长隧道，实施条件极为复杂。工程设计上提出了与规划地铁共走廊布置的总体方案，从线路布置上确保工程的可实施性并对规划工程进行空间预留，各关键节点采取了多项创新的设计方案，包括桥隧结合的延安路隧道改造方案、上跨既有地铁盾构的“弹钢琴法”开挖方案、长距离与地铁共线方案、洋泾港隧桥共建方案，有利保障了工程的顺利实施，设计思路及关键技术对同类工程具有借鉴意义。

【关键词】上跨地铁 隧桥共建 地铁共线 隧道改造

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0．引言

随着我国经济建设的不断发展，对于交通运输提出了更高的要求，党的十九大首次提出“交通强国”理念，在建设条件受限及地面资源紧缺的情况下，各类隧道工程成为解决交通瓶颈的重要手段，主要的交通隧道分类包括地铁隧道、公路隧道、城市道路隧道等。通过几十年的飞速发展，我国已成为世界上隧道工程建设规模最大、最多的国家。

在早先的建设中，城市道路隧道一般为越江类隧道，以解决江河两岸的过江需求为主，以上海为例，陆续建设了打浦路隧道、延安东路隧道、军工路隧道、大连路隧道、新建路隧道、人民路隧道。此类工程功能相对单一，接线简单，隧道在穿越黄浦江后即与沿线路网衔接，实施难度及影响相对较小。但随着城市不断发展，中心城区的地面路网系统已趋于饱和，而高架桥梁对环境及景观影响极大，长大隧道逐渐成为了中心城区道路系统的重要组成部分。

上海在2006年，结合外滩地区功能发展与综合交通规划、北外滩地区的综合交通规划、小陆家嘴地区的交通组织优化、中心城路网优化等，提出了解决CBD核心区井字形通道的构想。东西通道作为其重要的组成部分被提上了建设日程，由于地处CBD核心区，隧道铺设的浦东大道两侧均为建成区，沿线涉及众多既有及规划工程，实施条件极其复杂，采用的与地铁14号线6站6区间共线的总体方案、既有隧道保通改造、上跨既有地铁盾构的“弹钢琴法”开挖方案，隧桥共建的过河方案将明挖隧道建设工法发挥的淋漓尽致，堪称中心城区明挖隧道建设的百科全书。本文立足东西通道工程的特点及难点，论述工程总体方案，提出设计施工关键技术及创新。

图1 井字形通道平面示意图

1．工程总体方案

1.1工程概况

上海市东西通道（浦东段）拓建工程为井字形通道的重要组成部分，是延安路高架在浦东的延伸，分离核心区过境交通，服务长距离到发交通。工程西起延安东路隧道，沿世纪大道-陆家嘴东路-浦东大道线位至金桥路，地下道路全长6.1km，地面道路7.8km。隧道工程道路等级为城市主干路，设计车速50km/h，规模为双向4车道~6车道，沿线设共设11个出入口。

1.2总体设计原则

东西通道位于上海CBD核心区，工程沿线涉及延安路隧道、地铁2号线、银城中路及银城东路下立交、洋泾港桥等众多既有重大市政工程，又与地铁14号线、地铁18号线、南北通道等规划工程相交。工程总体设计遵循“安全可靠、低碳环保、可持续发展”的原则，保证工程实施安全并与规划工程做到空间融合。

故工程总体方案须（1）控制与既有工程的安全距离确保工程可实施性（2）与改造工程合理衔接，减少工程废气量及实施影响（3）统筹地下空间布局，预留远期工程实施条件

1.3线路布置

（1）平面布置

工程西起延安东路隧道洞口位置，沿世纪大道-陆家嘴东路-浦东大道线位至金桥路，全线以隧道形式敷设。受浦东大道红线宽度限制，在银城东路至龙居路区段，与地铁14号线6站6区间共走廊集约布置。线路中心线位布置原则上平行红线。最小圆曲线半径400m，位于浦东南路路口。

（2）纵断面布置

隧道最大纵坡5%，最小竖曲线半径1050m，竖向层位上受沿线11个出入口设置需求及既有地铁线限制，东西通道一般位于地下一层，局部路口及过河段位于地下2层，根据纵断面布置自西向东分别上跨地铁2号线，下穿银城中路及银城东路下立交，上跨南北通道（规划）、地铁4号线东方路站及大连路隧道，下穿洋泾港，与地铁14号线（规划）6站6区间共线段位于14号线上方。

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 图2东西通道总体布置图

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1.4实施工法

由于隧道基本浅埋位于地下一层，且后期面临地铁14号线平行穿越，故全线采用明挖法实施，沿线大范围设置临时栈桥解决施工便道及地面接通，局部区段考虑管线敷设采用顶板逆作方案。

2．关键技术及创新

2.1延安路隧道改造

根据东西通道工程方案，东西通道与原延安东路隧道在浦东进行衔接并延伸，同时设置进、出匝道代替原延安东路隧道接地功能，因此需对延安东路隧道浦东出入口（北线及南线）进行敞开段入地改造，改造工程的实施难点在于施工期间延安路隧道的保通。

设计方案上从总体筹划入手，先实施银城中路进出口匝道代替原延安路隧道浦东接地功能，然后再对既有延安路隧道敞开段进行废除重建。但进、出匝道分合流位置的实施是整个延安路隧道保通的瓶颈，如废除重建将对延安路隧道进行断交，社会影响极大，故只能选择改建方案。

图3延安东路隧道改造平面示意图

图4延安东路隧道改造（北线）纵断面图

改建方案须将延安路隧道敞开段结构改为暗埋段，且分合流点结构由9m标准跨加宽为20m的大跨结构，由于原隧道未考虑结构改造的预留措施，隧道墙板承载力均远远不能满足规范要求，根本不具备在保通条件下进行结构改造的条件。最终节点方案突破了常规思维，从结构体系为根本点，针对受力、抗浮等问题采取了针对性措施：

（1）盖板桥设置

敞开段上部设置桥梁形成上盖结构，承担地面车辆荷载，从根本上维持了下部敞开段隧道的结构受力体系，大大降低了改造难度。

图5 改建后平面示意图

图6 改建后剖面示意图

（2）底板进行加大截面加固

根据隧道底部铺装层存在一定富裕度的情况，采用叠合结构加大底板截面及配筋，利用夜间时段，分车道进行加固施工。

（3）设置抗拔桩

通过在新建加宽结构下方设置抗拔桩，解决隧道抗浮问题并减少水反力工况下的底板内力。

（4）控沉桩设计

既有隧道外侧设置桩基承台，通过铰接牛腿形式与隧道连接，控制隧道工后整体沉降及横向差异沉降。

3.2三穿地铁2号线盾构区间

东西通道工程及配套的接线工程在小陆家嘴区域三次明挖上跨地铁2号线盾构区间，盾构直径6.2m，管片厚度0.35m。其中右转匝道节点与2号线竖向最近距离约2.3m，东西通道主线节点与2号线平面最大重叠范围达到100m（呈30°～37°立体斜交），各节点主要信息如下。

表1 各上跨节点信息表

地铁2号线为运营线，节点实施风险极大，主要难点在于:

（1）直接在隧道上方近距离开挖引起的隧道上浮及变形。

（2）围护结构在隧道上方的插入比不足。

（3）通道结构“欠补偿”对下方隧道结构的影响。

设计方案针对上述技术难点根据以往工程经验并结合创新，采取了针对性措施：

（1）基坑化大为小，减小单次卸载量；

（2）地基内外土体加固改良；

（3）坑底设置抗隆起桩；

（4）基坑开挖采用“弹钢琴”式跳坑开挖；

（5）节点内不设置变形缝，分块施工底板与抗隆起桩基形成门式框架控制土体回弹。

（6）减少基础暴露时间并及时堆载压重。

以东西通道主线上跨地铁2号线为例，上跨段基坑共划为25个小坑，分三阶弹钢琴式跳坑施工，坑内外采用水泥搅拌桩加固，地铁盾构两侧设置Φ600钻孔灌注桩控制土体隆起并与结构底板形成门式框架控制地铁盾构变形。

图7基坑平面示意图

图8基坑纵剖面示意图

对于各施工步骤通过三维有限元软件进行全过程计算分析，模拟施工期间地铁2号线盾构变形，根据计算结果，在第三阶段基坑挖至坑底后盾构变形达到最大值，回弹变形15.3mm，最终实施现场实测数据最大变形16mm，两者基本吻合并满足保护要求。

图9计算分析模型及结果

图10上跨节点实施照片

3.3与地铁14号线6站6区间共线设计

东西通道在银城东路至龙居路区段与地铁14号线6站6区间共线，共线长度约5.3km。由于浦东大道两侧均为建成区，受道路红线宽度、拆迁及管线搬迁限制，并综合考虑工期因素，总体方案采用了东西通道与地铁14号线6站6区间共走廊集约布置，统筹建设的方案。

图11与地铁14号线共线段平面示意图

共线段东西通道位于14号线上层，其中车站区域采用隧道与车站共建方案，隧道位于地下一层，车站站厅及站台层位于地下二、三层。

图12东西通道与地铁车站共建断面

与盾构区间共线段，东西通道与下方地铁盾构净距4-15m，首先从风险控制角度出发，合理确定两工程实施时序，先明挖实施东西通道主体结构，再进行下方地铁盾构推进。

图13隧道与地铁盾构区间共线断面

针对隧道与地铁盾构平面长距离竖向小净距共线段的实施风险，采取了针对性措施：

（1）上部明挖隧道围护及基础成为后续盾构实施障碍物并影响盾构姿态控制：

① 东西通道与14号线尽量平行布置，围护结构、桩基、降水井避让盾构区间。

② 围护结构选型：围护与盾构相交范围选用SMW工法或短地墙+SMW工法形式，型钢后期拔除；平行段如采用地下连续墙围护，控制地墙与盾构距离，减小因两侧围压不同对盾构掘进姿态控制影响。

（2）盾构穿越对已建东西通道影响：

① SMW工法围护段，通过搅拌桩内套打控沉钻孔桩并与结构相连。

② 隧道坑底地基加固。

③ 东西通道底板预留注浆管，后期跟踪注浆。

图14盾构穿越段东西通道预留措施断面

通过现场实测，以歇浦路站-龙居路站为例，地铁14号线盾构推进阶段，东西通道变形均控制在10mm以内。

图15盾构推进阶段东西通道沉降数据统计

3.4洋泾港桥节点

洋泾港桥位于浦东大道洋泾港上方，桥梁与东西通道如平面分开布置，道路红线宽度不足，无法满足布设要求，故东西通道采用与洋泾港桥叠层布设形式，需对现状桥梁进行拆除重建。

新建桥梁分为三幅，中幅与东西通道结构共建，桥梁墩台立于东西通道顶板上方，将东西通道主体结构作为桥梁基础，隧道下方设置桩基并利用两侧地下连续墙满足承载力及沉降控制要求，南北两侧各采用一幅拼桥形成最终桥梁。

图16隧桥共建横断面

图17共建节点计算模型

通道施工期间要求洋泾港不断流并保证地面交通是此节点的另一大难点，因此需要在拆桥重建过程中制定合理的拆桥及保通方案。

经与相关部门多轮沟通，采用了围堰外扩后填土施工路基作为保通道路的方案，为保证施工期间洋泾港不断流，采用4根DN2000导流管穿越围堰及基坑，导流管在基坑内固定于第二道混凝土支撑上方。

图18洋泾港桥节点道路及河道保通措施

4. 结语

上海市东西通道（浦东段）拓建工程是上海中心城区第一条开工建设的特长隧道，隧道设计遵循“安全可靠、低碳环保、可持续发展”的原则，明挖隧道技术涵盖了既有隧道改造、上跨既有地铁，规划地铁共线、隧桥共建等多个领域，既借鉴了以往工程经验，又因地制宜的进行了创新设计，取得了丰富的技术成果，堪称中心城区明挖隧道实施的百科全书，目前工程土建施工已顺利全部完成，本文提出的技术方案得到了实践的验证，对于后续类似工程实施具有借鉴意义。

参考文献(References)

[1]罗建晖 ,俞明健.上海CBD核心区井字形通道规划暨外滩通道方案 [J]. 城市道桥与防洪,2010(09): 20-23.

[2]王晟. 东西通道工程中对既有隧道的改造设计 [J]. 城市道桥与防洪, 2014(08): 321-324.

[3]张伟立. 套打灌注桩在东西通道工程中的设计方法研究[J]. 山西建筑, 2011(23): 84-85.

[4]温锁林. 运营地铁隧道上方基坑施工技术及保护措施[J]. 地下空间与工程学报,2011(S1): 1465-1469.

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