上海地下工程建設中的經驗和教訓

白云  湯競

上海城建集團 上海200023 同濟大學 上海200092

引言

　　城市地下空間資源作為城市的自然資源在經濟建設、環境建設及城市可持續發展方面具有重要意義。上海作為我國最大的經濟中心，肩負著重要的歷史使命，但是，上海城市用地的嚴重不足，在很大程度上制約著上海的進一步發展，因而要有效地開發、利用地下空間，以緩解上海城市發展中的多種矛盾，使地上、地下協調發展，把上海建設成為立體化的城市，就具有特別重要的意義。目前，上海地下空間已開發面積約440萬平方米，是全市總面積的7％o。由于上海經濟飛速發展以及2010年上海世界博覽會的迫切需求，使得上海地下空間的開發規模和速度不斷增大。上海地下工程建設隨之進入了一個新的高潮。

1、上海地下工程建設的現狀和成就

　　上海地下工程建設近幾年在軌道交通、公路越江隧道、地下立交和道路以及地下市政工程設施等方面都有較多的建設項目，并在地下工程建設技術方面有了較大的突破。由于文章篇幅有限，這里將著重介紹一下上海市地下工程建設中的幾個重大項目。

　　1.1軌道交通

    根據上海市地下空間規劃，到2010年上海市軌道交通數目將達到l3條，里程數約510公里。目前已經建成投入運營的線路為l號線～5號線，正在建設的線路為6號線～11號線，待建線路為l2號線～13號線。

    上海市軌道交通采用了多種施工技術。

    (1)車站和風井施工主要以明挖基坑為主，根據車站周邊建(構)筑物和管線情況，選用順做法或逆做法，明挖法或蓋挖法，最小限度影響基坑周邊的環境。日前，在建的軌道交通7號線將在越江區間采用氣壓沉箱工法來施工中間風井，這將是全自動無人化氣壓沉箱工法在國內的首次應用，這可能為今后避免在承壓水地層降水提供了一種新的有效施工方法。而且目前軌道交通4號線修復工程的基坑開挖深度將達到創紀錄的41m，為軟土地區開挖深度最大的基坑，工程將面臨許多諸如超深地連墻施工、超深承壓水降水、超深基坑開挖、周邊建筑物保護等一系列難題，這將為上海市深層次地下空間開發提供一定的技術儲備。(2)軌道交通區間施工主要采用由6.34m土壓平衡盾構，并在軌道交通楊浦(M8)線首次采用了雙圓盾構法(DOT)施工，在施工參數控制方面取得了較大成功。由于雙圓盾構法具有節省地下空間、避免修建旁通道的優勢，在建的軌道交通10號線也有兩段區間將采用雙圓盾構法施工。估計，雙圓盾構法在今后的上海軌道交通建設中將被更廣泛的接受和采用。

　　(3)上海市軌道交通聯絡通道與泵站的施工采用  以下三種方法：凍結法加固+類礦山法水平暗挖、地  面三軸攪拌樁加固+類礦山法水平暗挖、頂管法施工。  其中以凍結法加固+類礦山法水平暗挖最為普遍。

　　(4)經過5條軌道交通工程的實踐，上海的隧道工程師們已經掌握了盾構穿越樁基群、穿越防汛墻，新老隧道間穿越，隧道走向由平行轉向垂直疊交以及車站樞紐工程施工等一系列完整的施工工藝，不僅保證了隧道的按時完工，也確保了隧道施工時周邊建筑物的安全。

　　1.2軌道交通沿線地下空間開發

    軌道交通的建設，將帶動沿線商業以及地下空間的開發，本文將簡單介紹上海3處比較典型的地下空間開發實例：人民廣場地區、世博園區以及上海南站地區的地下空間開發。

    (1)人民廣場地區：人民廣場是上海市的中心，也是最大的客流集散地，軌道交通在此形成l號線、2號線和8號線的換乘樞紐，三線通過站廳和換乘通道實現付費區直接換乘，并在南京路西藏路15設置了大型下沉式集散廣場，以方便客流的集散以及與地面公交的銜接。廣場地下開發至四層，分別是地下商業街、體育館、游泳池、音樂廳、地下車庫，均與地鐵車站連通。

    (2)上海南站：上海鐵路南站是上海西南方向進出市區的門戶，是一個多功能的大型綜合交通樞紐，匯集有Rl、M3和Ll三條軌道交通線、長途汽車站、近郊汽車站和公交樞紐站、出租車停車場等交通樞紐設施。上海南站廣場地下空間除滿足各種交通換乘功能，還結合地下空間進行商業開發以提高整個廣場的綜合效益。由于乘客在地下換乘、購物、停車及通行，吸引了大量人流至地下活動，使得地面人車混雜的問題得以解決，從而改善了地面環境。同時兼具解決了火車客流、城市交通客流、商業、環境及城市防災減災等功能。

　　(3)世博園區：2010年上海將舉辦舉世矚目的世博會。為更好地體現“城市讓生活更美好”的主題，該地區進行了統一規劃，做到功能呼應。區域外圍有良好的道路交通條件，經周邊道路可以快捷的進入城市高架快速路系統，聯系機場、鐵路車站、港l5碼頭、公路等對外交通設施。據分析，公共交通承擔的客流量均超過70％，其中軌道交通則達到50％。將有四條地鐵聯系世博會園區內、外交通，在以軌道交通為核心，公共交通為主體的世博會交通網絡中，地下交通樞紐將成為整個交通網絡的錨固點，園區內大型展覽館將軌道交通作為其地下部分的延伸，成為展館的一部分，乘客去乘座交通工具的過程，和游客從出站口進人大型展館的過程也是參觀展覽的過程。

　　1.3公路越江隧道

　　根據上海城市總體規劃，到2020年黃浦江上越江設施的總體規模將達到99個車道。其中外環線以內的越江設施中，隧道車道數將占到70％左右。上海是中國擁有盾構法越江隧道最多的城市，也是中國最大沉管法隧道所在的城市。上海已經建成的越江隧道共有6條，分別是打浦路隧道、延安東路隧道北線和南線隧道、外環隧道、大連路隧道、復興東路隧道、翔殷路隧道；已經啟動的越江隧道有3條：上中路隧道、崇明越江通道南港隧道、西藏南路越江隧道；規劃待建的越江隧道共有5條：軍工路隧道、長江西路隧道、新建路隧道、人民路隧道、龍耀路隧道。 

　　(1)盾構法隧道

    (2)外環沉管隧道

這條大型沉管隧道一上海外環越江隧道是上海市外環線節點工程，l999年12月28日開工，工程總投資近17.48億元人民幣。上海外環越江隧道是上海外環線兩個過江段之一，是亞洲目前最大的沉管隧道，全長2880米，隧道設8條機動車道，共有3個孔，中孔2車道，車道寬7.5m，兩邊孔各寬llm，設3車道，設計車速為80km/h。外環隧道的建設是上海首次采用沉管法施工的越江隧道，沉管段長736m，最大埋深33m，共設7節管段。

　　(3)磁懸浮隧道工程

    磁懸浮越江隧道工程東起浦東耀華支路上鋼三廠附近、穿越黃浦江、到浦西新日鐵路支線、龍吳路箱涵以東，總長為3.344 km，其中隧道段為2.58 km。線路設計為單洞雙向，列車運行速度為200km/h、列車運行試驗速度為300km/h，隧道一般僅48s就能夠通過，最快只要31s。高速磁浮列車系統是一個安全系數相當高的系統，列車有1000個蓄電池，當只有一半電池工作的時候列車還能維持l0mm的浮距。另外，每一節列車的耐火時間能夠維持30min。

磁懸浮越江隧道具有以下一些特點：

　　(a)磁浮鐵路隧道是世界首創；

    (b)磁浮隧道工程對絕對沉降和相對沉降都有特別高的要求；

    (c)高速運營的磁浮列車給隧道帶來的振動和通風設計與一般公路隧道的設計是不一樣的；

　　(d)防災救災條件特別。

　　1.4地下立交和道路

    隨著上海市地下空間規劃的出臺，以及為了緩解日益嚴重的交通堵塞問題，上海市出現了越來越多地下立交和地下道路工程，本文將著重介紹其中一個較大的項目一虹許路管幕箱涵法工程。

    中環線虹許路一北虹路下立交橋工程是我國第一次采用管幕法隧道施工，也是世界上在飽和軟土地層中施工的斷面尺寸(32mx8m)最大和最長的管幕法工程，采用了管幕結合箱涵頂進的施工工法。用80根環環相扣的鋼管組成橫截面達273平方米的“口”字型的陣列穿越了126米長的地下路段。該工法解決了高精度管幕頂進施工、不加固土體情況下的箱涵頂進、頂進時后坐力提供、箱涵及管幕間膨潤土注漿來降低沉降、網絡工具管的設計施工等一系列施工難題。

　　1.5地下市政工程

    地下市政工程，特別是地下管線工程，被稱之為城市的“生命線”工程。可見地下市政工程對一個城市的重要性。在上海城市交通日益發達的今天，地下市政工程設施建設也有了長足的進步。本文將著重介紹近幾年來幾項比較重大的工程。

    (1)共同溝的建設

　　1993年，上海浦東新區建設了我國第一條共同溝一浦東新區張揚路共同溝。張揚路共有一條干線共同溝、兩條支線共同溝，其中支線共同溝共收容了給水、電力、信息與煤氣四種城市管線。為我國共同溝的發展提供了可供借鑒的經驗。另外，上海松江新城示范性地下共同溝工程(一期)于2003年10月建成。嘉定區安亭新鎮共同溝也在2004年年底建成。

　　(2)500千伏世博變電站

    500千伏世博變電站是保證世博會安全可靠供電的核心工程，計劃于2009年建成投運。工程占地面積200×220平方米。采用筒形結構，圓筒外徑達l30米，深度達33.5米，四層布置。工程總投資達29億元。該站是上海市區內的首座500千伏變電站。

2、上海地下工程建設中的問題和教訓

　　這些年來，筆者有幸親身參與眾多重大的上海市地下工程建設項目，有幸目睹了上海這座城市在地下空間開發方面日新月異的變化，在對這些年來取得的巨大成就感到欣慰的同時，也看到了這座城市過去在地下工程建設方面的不足，并總結一些經驗教訓，以供大家參考。

　　2.1早期規劃不充分

    由于早期在對上海市軌道交通網絡1、2、3號線進行規劃的時候，規劃人員未能對全市的軌道交通網絡進行全面的統籌規劃，加上對未來客流量的準確估算也很難，導致了一系列的遺憾。如l號線與2號線在人民廣場站換乘以及l號線與3號線在上�；疖囌緭Q乘，都面臨同樣的問題，就是換乘通道過長，導致客流閑置地下時間較長，對人們身心情緒會有一定的影響。由于規劃不充分也導致了一部分軌道交通地下樞紐車站未對今后的路線進行結構預留，這不僅大大增加了新線路的施工風險和難度，同時也對正在運營的線路造成了一定影響，在一定程度上造成了資源的浪費。

    上海市陸家嘴金融中心高樓聳立，有著名的東方明珠，金茂大廈等高層建筑，繁華程度可見一斑，但是陸家嘴的地下空間開發相對比較落后，僅停留在獨幢建筑的單獨地下空間開發，并沒有形成統一的具有規模性的地下空間。

　　2.2資源不夠節省

    早期軌道交通建設方面的一些失誤，導致了部分資源的浪費。如：l號線空調系統設計是按照有屏蔽門設計的，但遺感的是到目前才開始安裝屏蔽門，這已造成了空調系統冷量的損失，也是乘客感覺l號線溫度較2號線高的原因。同時屏蔽門也具有一定的安全防護作用。

　　2.3風險管理重視不夠

    地下工程的投資十分巨大，同時地下工程與其他工程相比，具有隱蔽性、復雜性和不確定性等特點，設計和施工難度較高。正是由于這些原因，使得隨著這幾年城市地下工程項目的不斷增多，世界各地的地下工程事故也頻頻發生，造成的社會影響也越來越大。其中以上海軌道交通4號線事故尤為嚴重。眾多的地下工程事故中大部分都是由于人為因素引起，從這點就可以總結出一條：那就是工程的參建各方對風險管理的重視程度不夠，導致了災難性事故一次次發生。同時也說明了風險管理對地下工程建設的重要性。

3、上海地下工程建設的展望和建議

　　3.1對上海今后地下工程建設的展望

　　(1)信息化趨勢

　　較之于地面空間，地下空間的建設有其特殊性，眾多高層建筑的地下基礎、地下管線，加之上海復雜的地質條件，導致地下空間開發利用具有高度復雜性。為避免地下空間開發與城市建設脫節，造成地下空間的浪費，需要建立全市范圍內的地下空間信息基礎平臺，為掌握上海城市地質自然條件和地下空間資源利用現狀，合理規劃、有效控制上海城市地下空間的開發步驟和開發內容創造基礎性的條件。

    同時由于地下工程的隱蔽性、不可確定性，也應將信息化技術推廣應用于地下工程的施工建設中來，提倡信息化施工，用高新技術為地下工程施工的順利進行保駕護航。

　　信息技術輔助地下綜合體的高精度安全監控。

　　(2)新工藝的不斷涌現

    隨著地下空間開發深度的不斷增加，周邊環境保護的要求不斷提高，地下結構設計的不斷復雜，上海市地下工程建設領域將不斷產生與應用一些新工藝。如全自動氣壓沉箱工法、雙圓或者三圓盾構工法、水平旋噴加固、長距離盾構施工的管片連續運輸方法等都將得到應用。

    (3)地下空間深層次開發

    隨著上海市淺層地下空間利用率的不斷提高，上海市的地下空間將向更深層次發展。從上海市地下空間概念規劃中可看出，上海市已為今后深層次的地下物流管道以及特種工程需要預留了空間。

    (4)地下工程與采能、節能

    由于地下結構越做越深，在建造地下工程結構如  地下墻的同時，埋設采取地熱能的管路，可大大減少  采能的成本，是值得我們今后關注的方面。

　　3.2對上海今后地下工程建設的建議

　　(1)加強風險管理

    在上海市軌道交通四號線發生重大工程事故之后，上海已把重大工程的風險管理提上議程。雖然風險管理在土木工程領域屬于一門新興學科，仍然有待于學術界、工程界以及政府部門的共同推動，但是它對我國的土木工程的發展，特別是地下工程建設的發展將起到不可磨滅的作用。因此，我們建議今后地下工程建設的各參建方都應對風險管理工作給予高  度重視，不僅要做好工程前期的靜態風險管理工作，同時，在項目進展過程當中，還要結合項目管理做好動態的風險管理工作，將地下工程風險降低到最低程度。

    (2)細化地下空間的開發規劃

    將地上空間與地下空間開發統一進行規劃是我們  今后努力的方向。

    (3)地下空間管理方面的問題

    由于現行法律未對地下建筑物、構筑物的產權關系進行明確，投資者建設地下建筑物、構筑物后拿不到產權證，影響了投資者的積極性，因而這種情況也急待改變。

4、結語

　　由于土地資源的稀缺，人口壓力的不斷增大，地下工程又符合人類可持續發展的原則，因此21世紀將迎來全球地下空間開發的新世紀。目前上海已經進入了地下工程建設的飛速發展階段。地下工程建設由于其特殊性，屬于高風險的建設項目，因此希望廣大土木工程師們能從地下工程的建設高潮中冷靜下來，多總結和吸取以往地下工程建設中的經驗和教訓，多將高、新技術手段應用于傳統的土建工程，在工法創新方面多動腦筋，使地下工程設施起到真正造福于民的作用。

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(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)