意大利米兰地铁4号线的建设

0 概述

米兰地铁4号线（也称蓝线）是把地下铁道与市郊铁路网连接起来的一项工程。这个工程包括2条单线区间隧道、21座车站、30项附属结构、1个停车场和若干维修车间，总投资18亿欧元。全长15km的4号线自西向东穿过米兰老城南部，通向Linate机场（图1）。新线设计成完全自动化的轻轨系统，无人驾驶，站台门自动开关，采用基于通信的列车控制（CBTC）信号系统。列车长50m，比目前正在1号线、2号线和3号线上运转的列车（110m）大大缩短。

在开挖米兰东郊的地铁隧道后，盾构目前正在市中心开挖，从地下穿过人口稠密、建筑物密集的地段，不久盾构将要开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。

图1 米兰地铁 4 号线（蓝色粗线）

1 施工方法

用于4号线隧道开挖的有6台盾构机：2台来自法国NFM公司，直径9.15m；4台来自德国海瑞克公司，直径6.36m和6.5m，其中2台目前正在东段工作。

隧道衬砌是预制砌块组成的衬砌环。直径6.3m的衬砌环由6块（5+1）组成，厚280mm。直径9.5m的衬砌环由7块（6+1）组成，厚350mm。

直径6.36m的盾构开挖隧道，每环需要用3.85m3浆液充填衬砌与围岩之间的空隙，在盾构开挖过程中，可以从盾构获得数据，将其与预期值进行比较。此外，旨在保护建筑物和提高地层刚度的注浆可从地面进行，特别是针对覆盖层薄的地段或是有历史价值的建筑物的地基土。至今，地面注浆有望在4个注浆点进行。

砌块的接头表面预留沟槽镶嵌三元乙丙橡胶（EPDM）垫层，砌块之间用纵向销钉连接。直径6.36m的盾构最大推力为42500kN，有32个推进千斤顶。直径9.15m的盾构最大推力为82000kN，有38个推进千斤顶。

直径9.15m的盾构用于Solari车站到Tricolore车站之间开挖隧道，之所以将这种盾构用于这一历史建筑物的中心地段，是因为可以直接在隧道内建造车站站台，减小对既有结构的影响。

把深埋车站修建在这条线路的历史遗迹地段，需要开挖1个深约35m、横向长度约10m的中央竖井，这个竖井可用作永久的出入口和消防通道。在竖井以外采用直径9.15m盾构建成的隧道，有足够宽度修建车站站台。在车站竖井与站台隧道之间的连接部分采用明挖法施工，开挖前从地面对地层加固进行双液注浆。

明挖车站通常深度为15m，但在老城中心车站的深度将达到26～30m，采用连续墙作围护结构，并采用由下而上的“正筑法”修建车站结构，在某些情况下则采用“逆筑法”，这样先施作顶板而后在顶板保护下自上而下施工，以减小对地面交通的影响。

对工程构成重要挑战的是在人口高度稠密区和历史遗址中心的施工。必须谨慎评估对既有建筑物可能产生的扰动，诸如排水系统、自来水管、燃气管道、电信系统等。同时高度关注施工对地面交通的影响。为了制定最好的交通方案，政府可以要求公交车暂时变更行车路线。

2 保护历史遗址

4号线的主要车站位于历史旧城中心，那里有罗马遗址和建筑物等文物考古点，对车站施工构成了巨大挑战。例如Vetra车站位于圣·劳伦斯教堂附近，这里有著名的罗马立柱遗址。为了划分考古风险等级，2008年～2009年沿4号线老城中心完成了考古勘查，文化遗产部批准，这项工程在必要情况下，考古人员可以跟随盾构的推进持续监视开挖工作。

对于由开挖引起对建筑物扰动的分析，可分以下2步进行。

首先应用沉降理论和数学公式分析隧道开挖引起的地面沉降，这项分析也包括车站深基坑施工的影响。在这一阶段，可以估计建筑物的沉降和应变，确定其损害等级，考虑建筑物的老化状态、建筑材料和始建年份，通过查阅参考表，初步了解每一建筑物所受的影响。

第2阶段是评估是否有必要采用有限元等软件进行数值计算。这意味着进行更精确的沉降计算，同时检算建筑物的刚度。建筑物的三维有限元模拟分析可以实现对损害等级的评估。

在完成这2个阶段的分析后，可以评估为了防止建筑物的沉降是否需要注浆。加固工作主要包括以不同压力对土壤进行注浆，提高地层的刚度。对于车站深基坑，采用微型桩墙或钢筋混凝土连续墙作围护结构，以减小周围建筑物的沉降。

在市区内隧道施工的主要问题是防止沉降，通过监测系统控制隧道开挖引起的地面沉降。沿隧道线路大约每隔100～150m在地面埋设沉降计，在隧道开挖期间进行定时观测。

根据测得的数据，将理论分析和实际沉降结果与隧道开挖引起的实际地层损失进行比较，从Linate机场到Forelanini车站之间长3.3km隧道开挖引起的地面沉降值是可以接受的，这一区段的地面建筑物很少，地层损失量为隧道断面的0.5%～0.7%，地面沉降产生的影响不大。

对于建筑物的沉降值应该采取措施的阈值在20～30mm之间，但对每种情况必须小心分析。当实际沉降值超过计算值时通常要对此做出详细解释，包括分析盾构的数据，特别是盾构开挖小室内的压力值。

监测计划包括预埋在隧道混凝土衬砌砌块里的应变计，用以控制衬砌环中的内力。测试衬砌环每公里设1环，对特别需注意的地段可以增设测试衬砌环。

对于靠近车站基坑的建筑物，提出了专门的监测计划，对建筑物进行沉降与倾斜这2个参数的量测。为了获取建筑物基础沉降及其深部位移的信息，采用了特殊的测斜计。

如果用计算不能预测到地层变形的增加，则应通过加密现场的沉降量测（每天2次）查明情况。

为了控制地面沉降值的变化，对盾构开挖小室中的压力、盾尾注浆的压力和数量进行必要调整。

在设计盾构开挖小室的工作压力时，考虑了对既有地下结构物（例如由北向西穿越米兰城的客运铁路隧道）可能产生的干扰。为了避免因隔离两者的土层薄而引起既有隧道的“隆起”，盾构开挖小室中采用了较低的工作压力，并对既有铁路的沉降、倾斜进行监测。铁路部门提供了保证列车安全运行的变形限值。

3 Sereni 竖井

竖井的围护结构采用连续墙，基坑明挖施工。竖井位于ForelaniniFS车站附近，它将成为应急出口和消防通道（图2）。竖井也是盾构向东的出发井，需要将这一面的井壁设计成容许盾构破壁前行。

施工遇到了高水位含水层，重要的是对井底以下土层进行注浆，形成阻水隔离层，防止水土流入基坑，使开挖工作顺利进行。

盾构的传送带竖直地通向地面，总长100m的盾构及其后备系统不能在有限的空间里组装，因此，后备系统暂时放在地面，只有当盾构向前推进后，才能将它放入竖井。

盾构在建筑物高度稠密区的地下工作时，每日平均进尺20m，在Sereni井到Linate机场之间，曾经达到每天最高峰值进尺35m。

图2 施工中的 Sereni 竖井，也是应急出口和消防通道

4 Forelanini FS 车站和 Argonne 车站

ForelaniniFS车站的隧道，包括车站站台都已完成（图3）。

图3 完成的 Forelanini FS 车站底层

4号线地铁线路有几个地段与上跨的铁路隧道相交。在这些地段，隧道采用了预制混凝土砌块衬砌，这里容许设置半径180m的平面曲线。预制混凝土砌块环之间实现纵向连接，防止纵向相邻环脱开。

ForelaniniFS车站西北方向的相邻站是Argonne车站。这座车站采用明挖法，防水PVC薄膜外包在车站结构外部，底部和侧部的PVC薄膜是在灌注车站钢筋混凝土结构之前预先铺设的，待车站结构封顶后，再施作顶板的防水薄膜。预留盾构进入车站的挡土墙是用玻璃纤维加劲的，为的是使盾构刀盘易于切割开孔。

5 Dateo 车站

正在对Dateo车站含水层（地面以下14m）进行深层注浆，将形成一个堵水的底层，使开挖工作不致于受地下水的影响。在Dateo车站需要不断注浆堵水，因为开挖深度将达到32m。注浆是采用装有袖阀的PVC管进行的（图4）。

图4 施工中的 Dateo 车站

注浆的浆液是水、凝结物和防水材料（硅酸盐）的拌合物，这种组合材料不仅能很好地渗入地层，而且是一种很好的防水材料。在钻孔后，放入套管和袖阀管，拔出套管，利用袖阀管对地层注浆，地层中的空隙被浆液填满，水就不会流入基坑。注浆的设计者要确定袖阀管之间的正确距离、注浆压力和注浆量，以保证注浆的效果。

6 环境监测计划

正在建设的地铁4号线完全满足环境标准要求，它将大大缓解米兰交通的拥堵，减少空气污染，改进生活质量。施工中应满足一系列环境管理标准，包括渣土处理、噪声控制，减少各项工作对环境的影响（图5）。

图5 TBM贯通

按照环境监测计划，还应分析4号线对周围环境的潜在影响。监控包括对与施工有关的生态、化学和物理参数的监测，根据监测结果对施工计划和工艺进行调整和改进。监测计划还包括对水文环境、空气污染和植物生长状态的检查。例如，在市中心靠近施工工地的噪声限值为50dB，必须遵守，此外，将城市各区噪声污染的特殊限值绘成图表。

7 结束语

米兰地铁4号线穿过老城中心历史遗迹考古区，对地铁施工构成巨大挑战。对开挖可能引起的对历史建筑物遗址的影响，当局十分重视：第1步采用沉降理论和数学公式对隧道引起的地表沉降进行分析，估计建筑物的沉降和应变，估计损害等级，对照参考表，获得对每一建筑物影响的初步认识；第2步如有必要采用有限元软件进行精确的沉降计算，计算损害等级；第3步评估是否需要注浆加固地层，防止建筑物沉降。认识逐步深入，处置稳妥推进。

米兰地铁4号线设计的列车长度和车站站台长度，比既有的地铁1号、2号、3号线的列车长度和站台长度缩短1/2，究竟出于何种特殊考虑？文中未有说明。一般来说，这是线路规划中的一个特别重要的前提条件，它决定线路的通过能力。如果将来需要提高通过能力，增加列车长度不成问题，然而，由于增加站台长度的土建改造牵涉的面很广，施工难度很大。因此，对这类问题的考虑必须慎之又慎。

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