杭州地铁9号线四季青站折返线

工程平面示意图

城市轨道交通折返线段一般在平面线形（小曲线）、交叉渡线段在横向净空方面要求较高。交叉渡线一般采用明挖法方案。当特殊工况条件下地面不允许采用明挖法时，机械法暗挖隧道以其适用于多种地质、施工精确度高、隐蔽性好、环境影响小、施工质量高、作业安全、挖掘措施经济等优点成为最好的选择。

杭州地铁9号线四季青站折返线紧邻杭州市政府，周边环境复杂且交通繁忙。同时折返线段为了满足列车运行方向多变的需求，对平面线形（小曲线）、交叉渡线要求较高。考虑到地理位置特殊性，不能采用明挖法；顶管法的无立柱管节可满足交叉渡线段净空需求；盾构法的纠偏灵活性可用于满足小半径线路需求。将所有满足条件一一列出来后，国内首台类矩形顶管/盾构一体机就这样在四季青诞生了。

工程背景

杭州地铁集团有限责任公司建设、中国铁路集团设计有限公司设计、上海隧道工程有限公司承建的杭州地铁9号线杭州四季青站折返线土建施工内容主要包括：1段折返线隧道+2段过街顶管通道（CB顶管+CD顶管）。折返线主线路位于主城区解放东路下方，两侧为已建7号线隧道，交叉渡线段位于交叉路口下方，地面上为秋石高架，解放东路8根车道，市政管线有雨水Φ1000mm、污水Φ1200mm、燃气Φ600mm等10余条管线。若采用盖挖法施工需进行10余次管线搬迁和道路翻交，社会影响大，工程费用高。

道路交通、高架、管线能不能不动？折返线的暗挖能不能实现？地铁建设各方以杭州地铁9号线四季青站折返线为背景，旨在研发符合超大断面暗挖法施工要求的专用施工设备以及关键技术。

类矩形断面隧道作为一种既满足地下空间高度集约化利用，又满足苛刻环境保护要求的全新的盾构隧道技术，为城市地下空间开发提供了新的技术选项。除此之外，类矩形断面隧道已在郑州、宁波、上海、杭州、嘉兴等城市取得成功应用，其技术具有可拓展性，可以推广至非开挖施工轨道交通渡线/折返线等配线结构和车站主体。

经过前期研究，为最大程度降低对高架承台基础和解放东路秋涛路地面交通的影响，车站折返线原计划采用类矩形盾构技术进行施工。其中穿越秋涛路高架下方隧道设计有交叉渡线，而原有的类矩形盾构管片由于设计有中立柱，因而不满足隧道的空间设计要求。经研究，该段隧道采用类矩形顶管施工，该类矩形顶管的管节无中立柱，能够满足隧道的空间设计要求。隧道长度67.5m，管节环宽1.5m。其余隧道采用管片有中立柱的类矩形盾构施工，长度163.9m，管片环宽1.2m。

类矩形断面及结构

结合类矩形掘进机设备断面尺寸及隧道断面限界，综合考虑隧道轴线的施工误差(包括测量误差)和隧道后期不均匀沉降±140mm。根据隧道的覆土深度、工程地质、水文等条件，经计算，管节厚度为650mm，外包尺寸为11810mm×7247mm，采用钢纤维混凝土管节，管节环宽为1.5m。钢纤维-混凝土管节具有防水性高、承载力较大、刚度较大，变形、不均匀沉降较小的特点。

类矩形顶管管节尺寸示意图

类矩形盾构管片示意图

工程拟采用1台类矩形盾构、顶管互转双模式掘进机进行施工，使用“阳明1号”类矩形盾构进行改制。该盾构机曾应用于宁波地铁3号线、4号线区间隧道施工。掘进机首先施工类矩形顶管隧道，然后进入中间井进行模式转换，最后施工类矩形盾构隧道。类矩形顶管/盾构一体机模式，通过设备的技术改制转换，让一台设备兼具顶管/盾构双模施工工艺，既适应了四季青施工项目特点，也缩短施工工期及工程造价。

类矩形顶管/盾构一体机

当掘进机在盾构模式下时，使用盾尾与后壳体连接，推进油缸作为推进系统。螺旋机出土口朝下正常工作，拼装机正常工作，铰接油缸用于满足盾构机转弯的需求。当掘进机处于顶管模式下时，针对推进方式及传力方式的不同，需要新制1套主顶进装置。同时，使用双模转接装置与后壳体连接，推进油缸为传力支撑系统。考虑到在2种模式下铰接装置均需使用，仅功能不同（顶管模式下铰接油缸用于满足顶管机纠偏的需求），铰接装置仅作维护保养工作。螺旋机新制拉杆，出土口朝中间旋转，并新制导向槽。考虑到顶管模式下拼装机不使用及缩短主机长度便于吊装的优点，决定拆除大平移梁、拼装机。

掘进模式转换

施工关键技术

在四季青折返线中，隧道穿越为全断面粉细砂层，沿途穿越7号线、秋石路高架、古海塘、新开河，其中与7号线隧道最短间距仅5.6m，古海塘区域范围内存在块径达30cm的抛石。面临工程难点，施工方采取了一系列针对性措施。

工程周边环境

类矩形顶管下穿秋石高架及众多市政管线

秋石高架沿秋涛路方向布置，距离秋涛路面约7m。该段秋石高架为连续钢箱梁（H=240cm，23～24墩间跨度60m，桥宽34.6～40.8m，）桩基为Φ1.2m桩孔桩；其中北侧秋石高架（Q24号）桥墩，该处桩底标高-32.4m（位于⑫4圆砾层），与管节间距18.17m；南侧秋石高架（Q23号）桥墩，该处桩底标高-34.8m（位于⑫4圆砾层），与管节最近18.19m，距离北侧桥墩（24号）最近18.17m。秋涛路下管线纵多，其中离隧道顶板最近的为DN1200污水管，竖向净间距约5.95m。针对现场实际工况，施工过程中加强顶进参数的调整和顶管姿态的控制，及时做好注浆措施，做好施工监测，根据监测情况，及时做好隧道后期注浆加固工作。

类矩形盾构下穿新开河及解放东路桥

新开河现状河底标高约2.3m，河道宽度12m，浆砌片石护岸；距离结构顶板最小距离约6.4m。折返线侧穿新开河上新建的解放东路桥，距离新建桥墩最近净距约1.5m。当类矩形盾构下穿新开河及解放东路桥（65～80环）施工过程中，将提前采取相应措施：做好螺旋机防喷涌、盾尾防渗漏措施；对地质钻孔、解放东路旧桥桥桩拔除进行核实，及时对钻孔封堵，合理布置监测点；设置试验段，严格控制好施工参数，精细化施工，控制桥梁及地面管线沉降；加强盾构机过河的检修与保养；采用增设注浆孔管片，隧道后期注浆加固。

类矩形隧道不良地层始发、接收及推进施工

盾构井端头周围地层自稳能力差，盾构始发、接收拆除临时封墙时，易引起土体坍塌及周围地下水涌入；始发时盾构机械姿态控制不当导致偏离轴线；接收时轴线偏离导致进洞困难。结合工程地质加强盾构选型与配置；采用端头液氮冻结加固、降水井降水等止水措施；优化土体改良措施；严格保持开挖面的压力平衡，减少对土体的扰动；加强盾构姿态控制优化盾构推进参数；加强监测，根据监测结果及时调整施工参数。

2021年10月10日，杭州地铁9号线一期工程四季青站折返线土建施工标项目顶管段顺利贯通。

2022年1月4日，折返线项目盾构段顺利贯通。成型隧道质量良好，周边环境安全可控。

类矩形顶管段和盾构段贯通

结语

类矩形顶管/盾构法折返线建造技术具有不影响交通和管线、施工场地小、环境影响低等优点，可有效解决地面交通繁忙、地下管线复杂等中心城区城市轨道交通折返线建设困局，也是对类矩形隧道的一项创新拓展，对推动整个隧道行业极其上下游产业链的发展具有重大意义。目前类矩形顶管/盾构法折返线建造技术基于工程实际工况采取中间工作井进行两种不同模式之间的转换。基于现有的研究成果，后续无工作井类矩形顶管/盾构法隧道建造技术将是我们研究的方向，无工作井转换的施工模式将会进一步拓展类矩形断面应用的前景，大大降低工程成本。