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(wǎng)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(jié)構(gòu)、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(tǒng)，無人駕駛，站臺門自動開關(guān)，采用基于通信的列車控制（CBTC）信號系統(tǒng)。列車長50m，比目前正在1號線、2號線和3號線上運轉(zhuǎn)的列車（110m）大大縮短。

在開挖米蘭東郊的地鐵隧道后，盾構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)開挖過程中，可以從盾構(gòu)獲得數(shù)據(jù)，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(gòu)最大推力為42500kN，有32個推進千斤頂。直徑9.15m的盾構(gòu)最大推力為82000kN，有38個推進千斤頂。

直徑9.15m的盾構(gòu)用于Solari車站到Tricolore車站之間開挖隧道，之所以將這種盾構(gòu)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(nèi)建造車站站臺，減小對既有結(jié)構(gòu)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(gòu)建成的隧道，有足夠?qū)挾刃藿ㄜ囌菊九_。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(jié)構(gòu)，并采用由下而上的“正筑法”修建車站結(jié)構(gòu)，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(gòu)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(chǎn)生的擾動，諸如排水系統(tǒng)、自來水管、燃氣管道、電信系統(tǒng)等。同時高度關(guān)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(gòu)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(chǎn)部批準，這項工程在必要情況下，考古人員可以跟隨盾構(gòu)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(shù)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(shù)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(xiàn)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(jié)構(gòu)，以減小周圍建筑物的沉降。

在市區(qū)內(nèi)隧道施工的主要問題是防止沉降，通過監(jiān)測系統(tǒng)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(jù)測得的數(shù)據(jù)，將理論分析和實際沉降結(jié)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(chǎn)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(gòu)的數(shù)據(jù)，特別是盾構(gòu)開挖小室內(nèi)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(nèi)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(shù)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(xiàn)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(gòu)開挖小室中的壓力、盾尾注漿的壓力和數(shù)量進行必要調(diào)整。

在設計盾構(gòu)開挖小室的工作壓力時，考慮了對既有地下結(jié)構(gòu)物（例如由北向西穿越米蘭城的客運鐵路隧道）可能產(chǎn)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)向東的出發(fā)井，需要將這一面的井壁設計成容許盾構(gòu)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(gòu)的傳送帶豎直地通向地面，總長100m的盾構(gòu)及其后備系統(tǒng)不能在有限的空間里組裝，因此，后備系統(tǒng)暫時放在地面，只有當盾構(gòu)向前推進后，才能將它放入豎井。

盾構(gòu)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(jīng)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(xiàn)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(jié)構(gòu)外部，底部和側(cè)部的PVC薄膜是在灌注車站鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之前預先鋪設的，待車站結(jié)構(gòu)封頂后，再施作頂板的防水薄膜。預留盾構(gòu)進入車站的擋土墻是用玻璃纖維加勁的，為的是使盾構(gòu)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(jié)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(zhì)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(guān)的生態(tài)、化學和物理參數(shù)的監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對施工計劃和工藝進行調(diào)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(jié)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(gòu)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(shù)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.