摘  要: 上海市轨道交通 11 号线北段工程在徐家汇站—上海体育馆站盾构区间段斜穿市级保护文物———徐家汇天主教堂。对盾构穿越施工过程中和地铁运营期间的影响分别进行分析，提出了相应保护性措施。结果表明: 采取一定施工控制措施后，能满足工程安全要求。

关键词: 盾构区间; 穿越施工; 运营; 影响分析; 文物保护

 

      上海市轨道交通 11 号线北段二期起点为华山路中间风井，终点为罗山路站，途经长宁、徐汇、浦东新区、南汇 4 个行政区，长约 20． 67 km。其中，徐家汇站—上海体育馆站盾构区间隧道从徐家汇站开始，出站后线路基本呈西北—东南走向，经虹桥路、南丹路、零陵路至上海体育馆站。图 1 为工点平面相对位置。

      整段区间位于徐汇区内，工程沿线环境复杂，主要控制性建( 构) 筑物有徐汇中学崇思楼、圣爱广场、徐家汇天主教堂、气象大楼、地铁 1 号线、4 号线和上影厂摄影棚等。徐家汇天主教堂属上海市文物保护建筑，并且是重要的宗教活动场所，需要对 11 号线施工、运营期间的影响作详尽分析，并提出相应的保护性措施。11 号线区间隧道与天主教堂木桩桩底竖向净距约 8． 85 m，水平向净距约 1． 24 m。

 

      为了解 11 号线盾构施工对天主教堂桩基和上部结构的影响，采用二维平面应变有限元方法进行分析计算。

      选用 Drucker-Prager 弹塑性材料模拟土层特性，土层计算参数如表 1 所示。钢筋混凝土( C55) 管片衬砌按弹性材料模拟，弹性模量取35．5 GPa，泊松比取0．2。

      计算中按照应力释放理论模拟开挖作用，应力释放率取 25%。模型 X 方向计算尺寸为 150 m，Y 方向计算尺寸为 60 m。左右边界( 垂直于 X 轴) X 方向位移约束，下边界( 垂直于 Y 轴) Y 方向位移约束，上边界自由并作用有 20 kPa 地面超载。分析中对隧道和桩基周边单元进行了加密，以获得需要的计算精度。

      地表的最大沉降出现在 2 条隧道连线中点的左侧，最大沉降值为 25 mm，满足 30 mm 的控制基准; 由于建筑物及桩基础的存在，2 条隧道连线中点左侧及右侧的变形表现出极大的不对称性; 由于双线隧道的运营导致的地面附加沉降为 2． 2 mm( 见图 2) 。天主教堂桩基水平变形不太明显，从地面往下随着深度的增加，在 0 ～4 m 范围内，水平变形值相应减小，当深度 ＞12 m时，随着深度的增加，单桩的水平位移增大，桩基沿水平方向的最大“拉伸”变形为 2． 4 mm; 相邻木桩最大差异沉降 1． 2 mm( 见图 3) 。

      建议采取以下施工控制措施:

      1) 控制切口土压力，控制推进速度为 0． 5 ～1． 0 cm / min;

      2) 减小超欠挖量，每环纠偏分多次进行;

      3) 出土量 98% ～ 100% ( 37． 13 ～ 37． 88 m³) ;

      4) 同步注浆量 220% ( 3． 6 m³) ，采用可硬性浆液;

      5) 二次补压浆为 0． 5 ～ 1． 0 m³/ 环，采用双液浆，与盾构掘进同步进行;

      6) 在区间隧道与教堂结构之间打设一排隔离桩，建议采用 MJS 高压旋喷桩以降低隔离桩施工时对教堂结构的影响

 

      地铁列车运营时，在列车动载作用下会产生一定的噪声。根据地铁 1 号线上海广场噪声测试结果，地铁经过时，上海广场地下 3 层噪声值 58 ～ 59 dB。天主教堂作为重要的宗教活动场所，对噪声要求较高。有必要对此进行相关分析预测。

      土体、管片等材料计算参数同表 1 所列。列车动荷载采用 60 km/h 时的实测值( 见图 4) ，并考虑双线会车的最不利情况。

      以天主教堂结构底板最靠近隧道处作为考察点，底板动位移 0． 37 ～0． 40 mm，振幅约 0． 08 mm; 加速度在 －1． 6 ～ + 1． 6 mm/s²之间变化。已知结构某点在某一方向的振动加速度有效值，其对应的振动级计算如下:

式中: a₀= 10^{－ 5}m / s²，是加速度基准值; a 为经振动感觉校正的振动加速度有效值。

      计算得到天主教堂底板振动级约 44 dB。根据GBJ 118—1988《民用建筑隔声设计规范》，对有特殊安静要求的房间，允许噪声级应≤40 dB，对于过天主教堂段隧道需采取一定的降噪措施。

      浮置板轨道结构，是采用特殊设计的高阻尼隔振弹簧系统，具有较好的减振性能。它是当前减振降噪性能最好的轨道结构。表 2 测试结果表明: 浮置板轨道在隧道壁振动比弹性扣件轨道降低约 15 dB，比弹性支承块轨道降低 10 ～ 14 dB。据此，可以预测采用浮置板轨道结构后，天主教堂底板振动级能达到≤40 dB要求。

 

      通过数值计算分析，表明11 号线区间隧道施工和运营期间均会对徐家汇天主教堂造成一定的影响，施工引起的地表最大沉降约 25 mm，天主教堂桩基最大水平变形 2． 4 mm，最大差异沉降 1． 2 mm，采取一定的施工控制措施后，能满足工程安全要求。11 号线列车运营期间，天主教堂底板振动级约 44 dB，采用浮置板轨道结构后，天主教堂底板振动级能达到≤40 dB 的要求。