刘洪波 周顺华 吴 迪

(1.上海申通地铁集团有限公司技术中心， 201103， 上海;2.同济大学交通运输工程学院， 201804， 上海∥第一作者， 正高级工程师)

上海轨道交通14号线(以下简为“14号线”)静安寺站建设过程中，为减小车站明挖施工对周边环境的影响，创新性地提出采用顶管法对车站局部进行暗挖建造[1-2]，并成功实践，使静安寺站成为国内外首例采用双层大断面顶管进行暗挖建造的车站，从而开创了顶管法建造地铁车站主体结构的先河，其实践可为今后类似工程提供借鉴。

1 车站概况

14号线静安寺站沿华山路南北向布置，横跨延安西路，如图1所示。车站为地下3层岛式站台车站，深度约24 m。车站如采用明挖法施工，需占用华山路、延安西路地面道路。华山路红线宽度为42 m，设双向7车道；延安西路宽70 m，设双向14车道，该路口交通繁忙，车流量巨大，施工期间不具备临时封闭条件。两条道路下方管线众多，特别是延安西路下方有各类市政公用管线24路，包含搬迁难度极大的6组各种孔数的信息光缆、6组高压供电电缆、1根φ1 000 mm给水干管、2根φ1 200 mm雨水干管等。

图1 14号线静安寺站总平面Fig.1 General plan of Jing′an Temple Station of Line 14

为尽量解决延安西路、华山路交通疏解难、管线搬迁难等问题，创新性地提出下穿延安路西路及延安西路高架段(长约82 m)采用暗挖法施工，车站其他部分仍采用明挖法施工的方案。该方案虽仍需占用华山路，但可有效避免车站建造对延安西路的交通影响，以及避免延安西路管线搬迁，方便市民出行，经济和社会效益显著。

经方案比选，静安寺站暗挖段采用双层大断面顶管法施工，其中，站台层施工2根顶管分别作为上、下行线轨行区及站台，并通过4个联络通道进行上、下行站台的沟通；为实现付费区沟通，站厅层施工1根顶管连通南、北站厅。静安寺站纵断面和暗挖段横剖面如图2～3所示。

图2 静安寺站纵断面Fig.2 Longitudinal section of Jing′an Temple Station

图3 静安寺站暗挖段横剖面Fig.3 Cross section of underground excavation section of Jing′an Temple Station

2 静安寺站双层大断面顶管法设计、施工关键技术

尽管国内外已成功采用顶管法建造了市政通道、地铁出入口等诸多工程，并积累了一定的工程经验，但从顶管工程规模、施工难度、环境复杂程度等综合来看，其难度远不及静安寺站顶管工程的难度。总体而言，静安寺站顶管工程存在如下特点和难点：

1) 顶管断面尺寸大。车站站台层顶管断面需满足一定的站台宽度及行车要求，静安寺站站台层顶管断面尺寸为9.9 m×8.7 m(长度×宽度，下同)，大于目前市政道路最大顶管断面尺寸(10.4 m×7.5 m)；站厅层顶管断面需满足车站南、北站厅乘客通行需求，断面尺寸为 9.50 m×4.88 m，亦大于常规的人行通道顶管断面尺寸(6.9 m×4.2 m)。

2) 站台层顶管覆土较深。站台层顶管覆土深度为15.2 m，而一般顶管工程覆土深度仅为4～7 m。

3) 顶管近距离施工距离长，且为平行、叠交施工，难度大。站台层2根顶管水平净距仅为2 m，站台层和站厅层顶管垂直净距仅为5.4 m，需近距离平行、叠交施工82 m。

4) 施工场地位于市中心，顶管设计施工需考虑管节运输、吊装等问题。

5) 车站周边环境复杂，保护要求高。静安寺站周边建筑物林立，站台层2根顶管距延安路高架桩基(φ600 mm PHC管桩，桩长42 m)分别为5.3 m、6.0 m，且靠近管桩接头部位；顶管距华山路、延安路人行天桥桩基(φ600 mm PHC管桩，桩长25 m)最小净距约3.65 m。站厅层顶管覆土仅4.6 m，与延安西路的φ1 200 mm雨水管间距仅1.2 m。

为克服上述工程难点，解决该顶管工程设计和施工中遇到的前所未有的难题，针对性地开展了研究工作，形成了诸多关键技术。

2.1 深覆土大断面顶管管节设计

静安寺站站台层顶管断面尺寸为 9.9 m×8.7 m，覆土深度为15.2 m。由于顶管埋深较深且断面大，综合考虑管节受力、防水、耐久性、运输、吊装等因素，管节采用钢-混凝土复合结构型式，即：施工阶段采用钢管节，每环分为两块，进场后进行拼装，错缝分环顶进，管节宽度为2 m，每环钢管节重约48 t；永久使用阶段钢管节内部浇筑混凝土内衬形成复合管节。站台层钢管节通过分块设计，可满足运输要求，且拼装后亦可满足整体吊装要求。

车站站厅层顶管断面尺寸为 9.50 m×4.88 m，采用混凝土整体管节，管节宽1.5 m，每环管节重约53 t，可满足运输、吊装要求。

2.2 顶管管节接缝防水设计

站台层顶管(含车站站台)和站厅层顶管均为人行通道，防水要求较高，需达到一级防水要求。其中，管节接缝防水以及管节与工作井接头防水是管节防水设计的重点。

站台层钢管节接缝防水需满足施工阶段的防水要求，复合管节接缝防水需满足使用阶段一级防水要求。施工阶段钢管节纵缝处采用水密焊焊接，环缝处在承插口处采用 2 道弹性密封垫及在端面上采用 2 道水膨胀密封胶进行防水。待管节顶进贯通、变形稳定后，对环缝内侧进行水密焊焊接，并后浇钢筋混凝土结构，共同起到防水作用。站台层顶管管节后浇钢筋混凝土结构施工缝尽可能减少设置数量，并采取遇水膨胀止水胶、预埋式注浆管等两种防水材料组合的方式来达到防水功效。所有施工缝接缝面均涂抹水泥基渗透结晶型防水涂料。

站厅层顶管管节接缝防水措施为在承插口处设置 1 道弹性密封垫及 1 道三元乙丙发泡海绵。站厅层管节推进贯通且变形稳定后，在环缝处预埋钢板内侧进行水密焊焊接。

管节与工作井接头采用双道遇水膨胀止水胶并设置预埋式注浆管的接头防水形式。

2.3 刚柔复合结构车站抗震分析

静安寺站主体结构 B 区采用顶管法暗挖施工，该主体结构刚度较弱，且站台层 2 根顶管之间通过设置联络通道进行上、下行线站台沟通，导致其开口位置结构刚度进一步削弱；A、C 区采用明挖法施工，结构刚度较强。这种明暗结合的建造方式形成了特殊的刚柔结合的复杂结构型式，具有断面不规则、刚度突变等特点。静安寺站的这种特殊结构型式的抗震性能能否满足抗震要求，还需进行专门研究。通过开展有限元计算、振动台模型试验(见图4～5)，研究该结构型式地铁车站的地震响应特点，重点研究了顶管与两端框架连接部位、顶管与联络通道连接部位在不同水准地震作用下的动力特性，以及节点抗震设计的可靠性等，以确保车站结构在地震作用下安全可靠。

图4 静安寺站主体结构有限元计算模型Fig.4 Finite element calculation model of Jing′an Temple Station main structure

图5 振动台试验模型Fig.5 Shaking table test model

通过有限元分析和振动台模型试验研究，可得出如下结论[3-4]：

1) 对于车站两端的明挖 3 层框架结构，中柱的柱端以及底板与侧墙的连接处产生了较大的内力响应，是受力的关键部位。总体而言，A 区结构的内力响应大体上均小于 C 区，而其层间位移均大于 C 区。

2) 对于车站的暗挖顶管部分，其与两端框架结构的连接处断面在动力作用下产生了较大的内力响应；且其与 4 个联络通道的连接部位也产生了明显大于其他部位的应力。由于结构不对称，顶管与 C 区结构连接处断面的内力响应基本上都比与 A 区结构连接处断面的内力要小。

3) 在沿车站主体结构横向输入 50a 超越概率为10%的上海人工地震动工况下，将车站两端的 3 层框架结构产生的层间位移和顶管的最大横向位移换算成相应的位移角，最大的位移角都在1/1 000 以下，均远小于文献[2]规定的最大层间位移角不宜超过 1/500 的要求，表明车站结构抗震性能良好。

2.4 大断面复合管节混凝土结构耐久性施工保障技术

本顶管工程管节使用阶段为复合管节，钢管节顶进贯通后需在管节格仓内浇筑混凝土内衬形成复合管节，因此，在狭小密闭的空间内浇筑混凝土的密实程度直接关系到管节结构的安全性及耐久性。为此，通过开展管节侧向、顶部自密实混凝土浇筑试验，了解和掌握混凝土在密闭空间的流通状态、分布情况，以及混凝土浇筑密实填充程度，通过采取配制流淌性能更加良好的自密实混凝土、合理设置混凝土流通孔、在顶模设置附着式振捣器，以及研制自密实混凝土浇筑专用台模等措施，确保车站结构浇筑混凝土的密实性和耐久性。

2.5 复杂环境大断面顶管装备研发及近距离施工影响保障技术

针对不同断面的顶管，本工程分别研制了专用于站厅层顶管和站台层顶管的高可靠性大断面矩形顶管机。此次装备研发，在既有顶管机装备技术的基础上，在切削刀盘、伺服式自动止退装置、减摩泥浆、顶管机配套车架、纠偏铰接止水装置、自动化监测等方面进行了针对性设计和改进，提高了顶管机的可靠性，保障了顶管工程的施工安全和环境安全。

为减小顶管法施工对已施工顶管及周边环境(主要为延安路高架桩基、人行天桥桩基、φ1 200 mm雨水管、地面等)的影响，确定3根顶管的施工顺序为：先施工站台层下行线顶管，其次施工站台层上行线顶管，最后施工上层站厅层顶管。第1根顶管贯通后，及时对管节外壁进行浆液固化，通过预留注浆孔进行二次补压浆，对顶管环缝进行焊接并浇筑混凝土内衬，以及采用压重抗浮方法等措施，以减小后期顶管施工的影响。同时，对施工全过程进行精细化控制，严格控制顶管施工参数，加强对已施工顶管与延安路高架、管线、周边建筑物等环境的监测，特别是对已施工顶管、延安路高架桥墩及地面采取了自动测量结合人工测量的方式，以实时了解顶管施工对环境的影响，并对施工参数进行及时调整。

3 结语

上海轨道交通14号线静安寺站建设过程中为解决延安路交通和管线问题，对车站局部主体结构采用了双层大断面顶管法暗挖施工，这是上海软土地层采用顶管法从地铁车站出入口扩展到车站主体结构的一次重要性尝试，也是暗挖法在上海轨道交通地下车站应用上取得的重要突破，其实践将为后续类似软土地区工程项目的设计与施工提供参考。