意大利米蘭地鐵4號線的建設

0 概述

米蘭地鐵4號線（也稱藍線）是把地下鐵道與市郊鐵路網連接起來的一項工程。這個工程包括2條單線區(qū)間隧道、21座車站、30項附屬結構、1個停車場和若干維修車間，總投資18億歐元。全長15km的4號線自西向東穿過米蘭老城南部，通向Linate機場（圖1）。新線設計成完全自動化的輕軌系統，無人駕駛，站臺門自動開關，采用基于通信的列車控制（CBTC）信號系統。列車長50m，比目前正在1號線、2號線和3號線上運轉的列車（110m）大大縮短。

在開挖米蘭東郊的地鐵隧道后，盾構目前正在市中心開挖，從地下穿過人口稠密、建筑物密集的地段，不久盾構將要開挖老城中心下面的隧道，要求非常小心地穿越文物考古地段。

圖1 米蘭地鐵 4 號線（藍色粗線）

1 施工方法

用于4號線隧道開挖的有6臺盾構機：2臺來自法國NFM公司，直徑9.15m；4臺來自德國海瑞克公司，直徑6.36m和6.5m，其中2臺目前正在東段工作。

隧道襯砌是預制砌塊組成的襯砌環(huán)。直徑6.3m的襯砌環(huán)由6塊（5+1）組成，厚280mm。直徑9.5m的襯砌環(huán)由7塊（6+1）組成，厚350mm。

直徑6.36m的盾構開挖隧道，每環(huán)需要用3.85m3漿液充填襯砌與圍巖之間的空隙，在盾構開挖過程中，可以從盾構獲得數據，將其與預期值進行比較。此外，旨在保護建筑物和提高地層剛度的注漿可從地面進行，特別是針對覆蓋層薄的地段或是有歷史價值的建筑物的地基土。至今，地面注漿有望在4個注漿點進行。

砌塊的接頭表面預留溝槽鑲嵌三元乙丙橡膠（EPDM）墊層，砌塊之間用縱向銷釘連接。直徑6.36m的盾構最大推力為42500kN，有32個推進千斤頂。直徑9.15m的盾構最大推力為82000kN，有38個推進千斤頂。

直徑9.15m的盾構用于Solari車站到Tricolore車站之間開挖隧道，之所以將這種盾構用于這一歷史建筑物的中心地段，是因為可以直接在隧道內建造車站站臺，減小對既有結構的影響。

把深埋車站修建在這條線路的歷史遺跡地段，需要開挖1個深約35m、橫向長度約10m的中央豎井，這個豎井可用作永久的出入口和消防通道。在豎井以外采用直徑9.15m盾構建成的隧道，有足夠寬度修建車站站臺。在車站豎井與站臺隧道之間的連接部分采用明挖法施工，開挖前從地面對地層加固進行雙液注漿。

明挖車站通常深度為15m，但在老城中心車站的深度將達到26～30m，采用連續(xù)墻作圍護結構，并采用由下而上的“正筑法”修建車站結構，在某些情況下則采用“逆筑法”，這樣先施作頂板而后在頂板保護下自上而下施工，以減小對地面交通的影響。

對工程構成重要挑戰(zhàn)的是在人口高度稠密區(qū)和歷史遺址中心的施工。必須謹慎評估對既有建筑物可能產生的擾動，諸如排水系統、自來水管、燃氣管道、電信系統等。同時高度關注施工對地面交通的影響。為了制定最好的交通方案，政府可以要求公交車暫時變更行車路線。

2 保護歷史遺址

4號線的主要車站位于歷史舊城中心，那里有羅馬遺址和建筑物等文物考古點，對車站施工構成了巨大挑戰(zhàn)。例如Vetra車站位于圣·勞倫斯教堂附近，這里有著名的羅馬立柱遺址。為了劃分考古風險等級，2008年～2009年沿4號線老城中心完成了考古勘查，文化遺產部批準，這項工程在必要情況下，考古人員可以跟隨盾構的推進持續(xù)監(jiān)視開挖工作。

對于由開挖引起對建筑物擾動的分析，可分以下2步進行。

首先應用沉降理論和數學公式分析隧道開挖引起的地面沉降，這項分析也包括車站深基坑施工的影響。在這一階段，可以估計建筑物的沉降和應變，確定其損害等級，考慮建筑物的老化狀態(tài)、建筑材料和始建年份，通過查閱參考表，初步了解每一建筑物所受的影響。

第2階段是評估是否有必要采用有限元等軟件進行數值計算。這意味著進行更精確的沉降計算，同時檢算建筑物的剛度。建筑物的三維有限元模擬分析可以實現對損害等級的評估。

在完成這2個階段的分析后，可以評估為了防止建筑物的沉降是否需要注漿。加固工作主要包括以不同壓力對土壤進行注漿，提高地層的剛度。對于車站深基坑，采用微型樁墻或鋼筋混凝土連續(xù)墻作圍護結構，以減小周圍建筑物的沉降。

在市區(qū)內隧道施工的主要問題是防止沉降，通過監(jiān)測系統控制隧道開挖引起的地面沉降。沿隧道線路大約每隔100～150m在地面埋設沉降計，在隧道開挖期間進行定時觀測。

根據測得的數據，將理論分析和實際沉降結果與隧道開挖引起的實際地層損失進行比較，從Linate機場到Forelanini車站之間長3.3km隧道開挖引起的地面沉降值是可以接受的，這一區(qū)段的地面建筑物很少，地層損失量為隧道斷面的0.5%～0.7%，地面沉降產生的影響不大。

對于建筑物的沉降值應該采取措施的閾值在20～30mm之間，但對每種情況必須小心分析。當實際沉降值超過計算值時通常要對此做出詳細解釋，包括分析盾構的數據，特別是盾構開挖小室內的壓力值。

監(jiān)測計劃包括預埋在隧道混凝土襯砌砌塊里的應變計，用以控制襯砌環(huán)中的內力。測試襯砌環(huán)每公里設1環(huán)，對特別需注意的地段可以增設測試襯砌環(huán)。

對于靠近車站基坑的建筑物，提出了專門的監(jiān)測計劃，對建筑物進行沉降與傾斜這2個參數的量測。為了獲取建筑物基礎沉降及其深部位移的信息，采用了特殊的測斜計。

如果用計算不能預測到地層變形的增加，則應通過加密現場的沉降量測（每天2次）查明情況。

為了控制地面沉降值的變化，對盾構開挖小室中的壓力、盾尾注漿的壓力和數量進行必要調整。

在設計盾構開挖小室的工作壓力時，考慮了對既有地下結構物（例如由北向西穿越米蘭城的客運鐵路隧道）可能產生的干擾。為了避免因隔離兩者的土層薄而引起既有隧道的“隆起”，盾構開挖小室中采用了較低的工作壓力，并對既有鐵路的沉降、傾斜進行監(jiān)測。鐵路部門提供了保證列車安全運行的變形限值。

3 Sereni 豎井

豎井的圍護結構采用連續(xù)墻，基坑明挖施工。豎井位于ForelaniniFS車站附近，它將成為應急出口和消防通道（圖2）。豎井也是盾構向東的出發(fā)井，需要將這一面的井壁設計成容許盾構破壁前行。

施工遇到了高水位含水層，重要的是對井底以下土層進行注漿，形成阻水隔離層，防止水土流入基坑，使開挖工作順利進行。

盾構的傳送帶豎直地通向地面，總長100m的盾構及其后備系統不能在有限的空間里組裝，因此，后備系統暫時放在地面，只有當盾構向前推進后，才能將它放入豎井。

盾構在建筑物高度稠密區(qū)的地下工作時，每日平均進尺20m，在Sereni井到Linate機場之間，曾經達到每天最高峰值進尺35m。

圖2 施工中的 Sereni 豎井，也是應急出口和消防通道

4 Forelanini FS 車站和 Argonne 車站

ForelaniniFS車站的隧道，包括車站站臺都已完成（圖3）。

圖3 完成的 Forelanini FS 車站底層

4號線地鐵線路有幾個地段與上跨的鐵路隧道相交。在這些地段，隧道采用了預制混凝土砌塊襯砌，這里容許設置半徑180m的平面曲線。預制混凝土砌塊環(huán)之間實現縱向連接，防止縱向相鄰環(huán)脫開。

ForelaniniFS車站西北方向的相鄰站是Argonne車站。這座車站采用明挖法，防水PVC薄膜外包在車站結構外部，底部和側部的PVC薄膜是在灌注車站鋼筋混凝土結構之前預先鋪設的，待車站結構封頂后，再施作頂板的防水薄膜。預留盾構進入車站的擋土墻是用玻璃纖維加勁的，為的是使盾構刀盤易于切割開孔。

5 Dateo 車站

正在對Dateo車站含水層（地面以下14m）進行深層注漿，將形成一個堵水的底層，使開挖工作不致于受地下水的影響。在Dateo車站需要不斷注漿堵水，因為開挖深度將達到32m。注漿是采用裝有袖閥的PVC管進行的（圖4）。

圖4 施工中的 Dateo 車站

注漿的漿液是水、凝結物和防水材料（硅酸鹽）的拌合物，這種組合材料不僅能很好地滲入地層，而且是一種很好的防水材料。在鉆孔后，放入套管和袖閥管，拔出套管，利用袖閥管對地層注漿，地層中的空隙被漿液填滿，水就不會流入基坑。注漿的設計者要確定袖閥管之間的正確距離、注漿壓力和注漿量，以保證注漿的效果。

6 環(huán)境監(jiān)測計劃

正在建設的地鐵4號線完全滿足環(huán)境標準要求，它將大大緩解米蘭交通的擁堵，減少空氣污染，改進生活質量。施工中應滿足一系列環(huán)境管理標準，包括渣土處理、噪聲控制，減少各項工作對環(huán)境的影響（圖5）。

圖5 TBM貫通

按照環(huán)境監(jiān)測計劃，還應分析4號線對周圍環(huán)境的潛在影響。監(jiān)控包括對與施工有關的生態(tài)、化學和物理參數的監(jiān)測，根據監(jiān)測結果對施工計劃和工藝進行調整和改進。監(jiān)測計劃還包括對水文環(huán)境、空氣污染和植物生長狀態(tài)的檢查。例如，在市中心靠近施工工地的噪聲限值為50dB，必須遵守，此外，將城市各區(qū)噪聲污染的特殊限值繪成圖表。

7 結束語

米蘭地鐵4號線穿過老城中心歷史遺跡考古區(qū)，對地鐵施工構成巨大挑戰(zhàn)。對開挖可能引起的對歷史建筑物遺址的影響，當局十分重視：第1步采用沉降理論和數學公式對隧道引起的地表沉降進行分析，估計建筑物的沉降和應變，估計損害等級，對照參考表，獲得對每一建筑物影響的初步認識；第2步如有必要采用有限元軟件進行精確的沉降計算，計算損害等級；第3步評估是否需要注漿加固地層，防止建筑物沉降。認識逐步深入，處置穩(wěn)妥推進。

米蘭地鐵4號線設計的列車長度和車站站臺長度，比既有的地鐵1號、2號、3號線的列車長度和站臺長度縮短1/2，究竟出于何種特殊考慮？文中未有說明。一般來說，這是線路規(guī)劃中的一個特別重要的前提條件，它決定線路的通過能力。如果將來需要提高通過能力，增加列車長度不成問題，然而，由于增加站臺長度的土建改造牽涉的面很廣，施工難度很大。因此，對這類問題的考慮必須慎之又慎。

[1]Paola De Pascali. OH MIA BELLA MADONINA[J].Tunnels and Tunneling，2016（12）：23-26.