世界地鐵建設(shè)史上也曾經(jīng)發(fā)生過類似四號(hào)線董家渡段的隧道損毀事故，但是大都采用了施工難度較小的“改線修復(fù)”。董家渡修復(fù)工程的成功，創(chuàng)造了國際地鐵隧道施工領(lǐng)域的奇跡。 　　
　　12月28日，上海地鐵六、八、九號(hào)線一期，一號(hào)線北北延伸段，四號(hào)線修復(fù)段將同時(shí)開通，上海地鐵發(fā)展給人們帶來的便利將進(jìn)一步擴(kuò)大。許多人在欣喜之余把目光特別投向了歷時(shí)4年完成的四號(hào)線修復(fù)段。
　　確實(shí)，上海軌道交通四號(hào)線有點(diǎn)特別，它是上海軌道交通近期規(guī)劃中唯一的一條環(huán)狀線，四號(hào)線同一號(hào)線、二號(hào)線組成“申”字，構(gòu)筑起上海軌道交通的基本框架。上海地鐵四號(hào)線浦東南路站至南浦大橋站區(qū)間隧道工程是一個(gè)過江區(qū)間段，全長2000米，其中江中段約440米。2003年7月1日凌晨，“環(huán)”在這里出現(xiàn)缺口，正在施工的四號(hào)線董家渡段發(fā)生中間聯(lián)絡(luò)通道流沙事故，導(dǎo)致約270米隧道發(fā)生坍塌，一時(shí)備受關(guān)注。
　　事故發(fā)生后，方案組進(jìn)行了大量的勘察和工藝試驗(yàn)，調(diào)研了國內(nèi)外先進(jìn)的施工工藝和設(shè)備，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了反復(fù)的方案論證和比選，確定了以深基坑開挖為主的原位修復(fù)方案。
　　工程自2004年8月28日開始正式施工，2007年7月9日主體結(jié)構(gòu)通過有關(guān)方面驗(yàn)收，成功實(shí)現(xiàn)了第一例深層大型隧道坍塌事故的原位修復(fù)，并在國內(nèi)軟土地下工程施工技術(shù)上取得了較大的突破。
　　被截?cái)嗟乃奶?hào)線終于從“Ｃ”字形變成“Ｏ”字形，這里面有著太多太多不為外人所知的秘密。在修復(fù)段即將通車之際，《新民周刊》采訪了全程親歷者、上海隧道工程股份有限公司軌道交通四號(hào)線修復(fù)項(xiàng)目常務(wù)副經(jīng)理朱衛(wèi)杰。
　　
　　“蛋糕”里造“雞蛋”
　　
　　“20層樓有多高？如果按照每層3米計(jì)算的話，就有60米。四號(hào)線修復(fù)段正式施工的第一步就是要在地下插入157幅65．5米高，總延長米近700米的地下連續(xù)墻，將施工區(qū)域保護(hù)起來。”朱衛(wèi)杰告訴記者。
　　破損的地鐵隧道在地下30多米深處，連續(xù)墻為什么要做這么深？朱衛(wèi)杰從上海的地質(zhì)層構(gòu)成開始娓娓道來。
　　上海是軟土地層，從地面到地下200米左右分13層，就像一塊多層蛋糕。⑦號(hào)土往下稱之為承壓含水層，打井到⑦號(hào)土，井內(nèi)的水位會(huì)升到離地面8米深的地方。四號(hào)線修復(fù)工程涉及到除⑥號(hào)土、⑧號(hào)土的①號(hào)到⑨號(hào)土，連續(xù)墻打入⑨號(hào)土六七米深，基坑直接挖到⑦號(hào)土，也是上海地下工程遇到的最深的土層。
　　連續(xù)墻深度與承壓含水砂層直接相關(guān)，往下插得不夠深，外面的土和水就會(huì)繞進(jìn)來，專業(yè)上講叫蠕變效應(yīng)，這樣連續(xù)墻圍擋內(nèi)的基坑就挖不成。四號(hào)線修復(fù)段基坑最深的地方41米，按照1．57的插入比，連續(xù)墻的深度也確定在65．5米。
　　“在‘蛋糕’里切出一個(gè)65．5米深的槽，兩側(cè)不會(huì)坍塌么？”朱衛(wèi)杰說，“以前，我也有這樣的疑問。事實(shí)上，并不會(huì)出現(xiàn)這個(gè)情況�！�
　　施工時(shí)先在地面做好導(dǎo)墻，形成一個(gè)大于1．2米寬、深兩三米的鋼筋混凝土溝槽，抓斗從這里向下挖。挖的同時(shí)把特制的泥漿灌下去，最后形成一個(gè)灌滿特制泥漿的65．5米深槽。特殊泥漿用膨脹性膨潤土和自來水、膠性高分子材料、純堿混合而成的特制“水”混合。膨潤土遇水后會(huì)膨脹，有懸浮性，“水”中的純堿是擴(kuò)散劑，保證里面的土顆粒散開，泥漿均勻。泥漿灌注低于地面，但高于承壓水水位，所以溝槽內(nèi)泥漿的壓力要比土體中大，“水”帶著膨潤土顆粒滲入兩側(cè)土中，具有膠性的特殊土顆粒會(huì)把兩側(cè)土內(nèi)的空隙彌補(bǔ)住，形成泥膜，在槽內(nèi)泥漿壓力下把兩側(cè)的土頂牢。
　　溝槽挖好后，將相當(dāng)于20層樓高的超長鋼筋籠用吊車吊到溝槽內(nèi)設(shè)計(jì)位置，鋼筋籠內(nèi)兩個(gè)位置放置有20厘米直徑的混凝土導(dǎo)管，直插到底，混凝土通過導(dǎo)管往下打，從下向上一點(diǎn)一點(diǎn)將泥漿置換出來，最后形成一幅鋼筋混凝土墻。
　　當(dāng)時(shí)有專家測(cè)算，157幅連續(xù)墻中間的接縫總長度近1萬米。如果有萬分之一空隙，后果是很嚴(yán)重的。實(shí)際上最危險(xiǎn)的地方是地下20米到50米的地方，一旦出現(xiàn)縫隙，土和砂就會(huì)由水帶進(jìn)基坑，并造成連續(xù)墻外地面的塌陷。因此，四號(hào)線修復(fù)工程中每一幅連續(xù)墻的接頭都做了細(xì)心處理，接頭使用十字鋼板，十字鋼板事先澆筑在前一幅連續(xù)墻內(nèi)，前面伸出50厘米的鋼板嵌入下一幅。
　　“四號(hào)線修復(fù)工程形成的超深地下連續(xù)墻成套技術(shù)，達(dá)到國際先進(jìn)水準(zhǔn)。對(duì)上海深度空間開發(fā)起到很大的推動(dòng)作用，包括9號(hào)線宜山路、徐家匯地鐵站以及青草沙引水工程等工程都用到了這一技術(shù)�！敝煨l(wèi)杰說。
　　連續(xù)墻是基坑的一部分，四號(hào)線修復(fù)段超深基坑等于3個(gè)正常地鐵車站的深度，40米處連續(xù)墻受到的壓力達(dá)到每平方米70噸。這就像在具有超大壓力的“蛋糕”里造“雞蛋”，稍有不慎就可能“殼”碎“蛋”毀。朱衛(wèi)杰說，“基坑最深的地方垂直設(shè)置了10道現(xiàn)澆鋼筋混凝土支撐，總長近270米的基坑平行每8米左右設(shè)置一排支撐，一共設(shè)置31排，中間一根聯(lián)系梁，最終形成一個(gè)立體網(wǎng)狀支撐結(jié)構(gòu)。”
　　
　　消除“腹腔積水”
　　
　　“四號(hào)線修復(fù)工程中的排水問題是另一大難題。一個(gè)是挖開后基坑內(nèi)的水要抽掉，也就是降水。不然一直向上冒，冒到一定程度，水和土一起出來，越演越烈，破壞基坑同時(shí)還會(huì)造成周邊環(huán)境的沉降。另一個(gè)是基坑兩側(cè)需連接的地鐵隧道內(nèi)原來涌入的水要排干�！敝煨l(wèi)杰說，“這就像一個(gè)因重病腹腔積水的病人，‘水’排不出去，病也不能治好�！�
　　上海地下工程施工中的降水關(guān)鍵要解決連續(xù)墻外的水繞過連續(xù)墻向基坑內(nèi)流動(dòng)的問題�；�坑外“蛋糕”空隙很大，一立方米的土里面真正的顆粒物大概只有40％，剩余的都是空隙，空隙里面有水和少量空氣，水沒了土層必然會(huì)沉降。如果為確�；�坑內(nèi)無水進(jìn)行不合理排水，會(huì)造成基坑外地下承壓水位過度下降引發(fā)超過允許值的地面沉降和建筑物傾斜。
　　“基坑內(nèi)的水降下去不難，只要有足夠的井。重點(diǎn)要解決的是基坑內(nèi)的水降下去同時(shí)周邊不要發(fā)生沉降�！敝煨l(wèi)杰說，“國內(nèi)曾經(jīng)有個(gè)工程，基坑不很深，但造成周邊沉降10到20厘米，這樣的沉降是四號(hào)線修復(fù)工程不能接受的。為此，我們請(qǐng)來國內(nèi)巖土水文地質(zhì)方面有很強(qiáng)實(shí)力的上海巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院，他們?cè)O(shè)立了專門的研究項(xiàng)目，優(yōu)選出最佳方案�！�
　　降水有兩大方法，一個(gè)是抽水井設(shè)置在連續(xù)墻外面，通過不斷抽水在基坑外形成地下降水漏斗區(qū)。同時(shí)，在更遠(yuǎn)的范圍設(shè)置回灌井，通過回灌保持漏斗區(qū)外側(cè)的地下水穩(wěn)定，減少地面沉降，而靠近基坑一側(cè)的漏斗區(qū)范圍可以維持基坑外沒有水向基坑內(nèi)流動(dòng)。這一方法需要很大的施工范圍，對(duì)于四號(hào)線修復(fù)工程來說無法使用，因?yàn)椴粌H四號(hào)線修復(fù)工程基坑外沒有設(shè)置抽水井的空間，更重要的是這樣做會(huì)使周邊環(huán)境發(fā)生很大的沉降，威脅到周圍的建筑設(shè)施。
　　四號(hào)線修復(fù)工程采用的是另外一種方法――坑內(nèi)降水。在基坑內(nèi)打了35口排水井，深度在地面下61米處，61米到46米的15米區(qū)間為取水的透水區(qū)，通過不斷抽水，在41米到45米范圍內(nèi)形成漏斗區(qū)，漏斗區(qū)內(nèi)沒有水，土比較干硬，上面可以安全施工。同時(shí)，因?yàn)檫B續(xù)墻外⑦號(hào)土與⑨號(hào)土之間有很薄一層透水性較差的土起到一定阻擋作用，外面的水向內(nèi)滲透比較緩慢，使得坑內(nèi)承壓水位降到45米深處，坑外水位能基本保持在地下11～12米處。最終，經(jīng)過實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)基坑外面因?yàn)榻邓�造成的建筑物沉降只�?～2毫米，原來準(zhǔn)備在外面比較重要地區(qū)使用的回灌井也沒有用上。
　　
　　冰凍“外科手術(shù)”
　　
　　四號(hào)線損毀段的損毀直接原因來自聯(lián)絡(luò)通道冰凍法失控，造成通道外水和泥沙突破冰凍區(qū)域進(jìn)入隧道。而修復(fù)工程前期和后期的成功關(guān)鍵也集中在了冰凍法上，歷史似乎再次回到原點(diǎn)。
　　
　　“在水里挖個(gè)‘坑’，誰都辦不到。但是把水凍起來，這個(gè)‘坑’就不難挖了。修復(fù)工程中的凍結(jié)法有兩個(gè)作用，一個(gè)是初期在做連續(xù)墻的時(shí)候插到隧道破損臨界點(diǎn)的地方，要用世界上最大的深層障礙物清除全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)將原隧道切開，切的時(shí)候如果不做處理，就會(huì)把臨界點(diǎn)處好的隧道破壞。另外，后期在基坑內(nèi)修建成的新隧道與原隧道的‘血管’對(duì)接過程需要先將接頭外側(cè)泥沙和地下水與隧道隔絕，防止?jié)B漏�！敝煨l(wèi)杰說，“在破損臨界點(diǎn)采用垂直和水平冰凍法施工的這兩次細(xì)部動(dòng)作被我們稱為‘血管外科手術(shù)’。”
　　2004年年末，黃浦江一側(cè)的臨界點(diǎn)上面開始向下打孔。通過打進(jìn)隧道的四個(gè)小孔向隧道內(nèi)灌砂漿，把10米左右長的一段隧道里面灌滿。“這樣做是因?yàn)樯皾{的冰凍封塞效果好。”朱衛(wèi)杰解釋說。砂漿灌滿后，單個(gè)隧道的上面又打下4排每個(gè)間距在1．5米左右一共40多個(gè)的冰凍孔，安放冰凍管。凍結(jié)管最外一層為直徑12．7厘米的無縫鋼管，里面套有直徑4．5厘米的小鋼管，在需要凍結(jié)范圍處設(shè)置隔板。零下30度的氯化鈣鹽水通過小鋼管進(jìn)入冰凍范圍，再通過小鋼管與大鋼管中間的引流管引回冷凍站降溫。冰凍速度以每天3厘米的范圍向外擴(kuò)展，每個(gè)冰凍管外形成一個(gè)“冰棍”，40多個(gè)“冰棍”最終連在一起形成一個(gè)4．8米厚、13．2米長寬的冰凍墻體，外直徑6．2米的隧道被完全包裹固定在內(nèi)。
　　“這個(gè)冰凍范圍是綜合冰凍塊與隧道壁的摩擦阻力、凍結(jié)管插入后的固定力和隧道內(nèi)的壓力，經(jīng)過精確測(cè)算得出的。”朱衛(wèi)杰說，“隧道內(nèi)的壓力主要是水壓力，每平方米范圍大約達(dá)到30噸，整個(gè)隧道內(nèi)冰凍墻受到的水壓力大約是750噸，而冰凍墻的安全承受力大約在2250噸，具有較高的安全度�！�
　　經(jīng)過45天到60天的時(shí)間，冰凍墻整體形成，積極凍結(jié)結(jié)束，并轉(zhuǎn)入常規(guī)凍結(jié)。常規(guī)凍結(jié)將冰凍墻的平均溫度保持在零下15度左右，并維持10個(gè)月左右時(shí)間。2005年10月份，完成使命的垂直凍結(jié)停止。
　　怎樣才能知道冰凍墻內(nèi)的溫度是否發(fā)生變化？
　　“這是修復(fù)工程很重要的一部分監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)�！敝煨l(wèi)杰說，在冰凍群管中間、外圍和冰凍墻重點(diǎn)部位，每50厘米深處就有一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，13．2米長寬、4．8米厚的冰凍墻的垂直方向有七八個(gè)這樣的監(jiān)測(cè)孔。積極凍結(jié)期間主要監(jiān)測(cè)溫度是否持續(xù)變化，如果有相反的溫度變化，就需要采取措施；維持凍結(jié)期間在整體凍結(jié)零下15度的狀況下，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)是否有溫度上升變化，正常情況下凍結(jié)體溫度是比較穩(wěn)定的，一旦土體凍結(jié)后，解凍時(shí)間是很長的。如果凍土中有流動(dòng)水等異常情況，凍土溫度會(huì)快速上升，這時(shí)就要采取應(yīng)急措施了。
　　修復(fù)工程后期，在對(duì)新老“血管”對(duì)接之前，要進(jìn)行對(duì)接頭部位的水平凍結(jié)。向基坑外側(cè)隧道的周圍穿入15．5米長的兩圈冰凍管，內(nèi)排管間距在2米左右，外排間距在1．5米左右。水平冰凍使隧道開挖面以外形成3米厚的冰套，冰套內(nèi)新隧道將老隧道包裹起來，內(nèi)側(cè)再用2厘米厚的鋼箍固定連接。
　　2007年6月，經(jīng)過4年的艱苦奮戰(zhàn)，突破了65．5米超深地下連續(xù)墻施工；38米超深地下障礙物清理；50米復(fù)雜地層中超深地基加固；41米超深基坑開挖；43米超深承壓水降水；7．8米大斷面凍結(jié)暗挖工程；30米深度壓力等級(jí)隧道內(nèi)抽水清理這7大科技難題，開創(chuàng)軟土地下工程施工領(lǐng)域多個(gè)第一后，四號(hào)線修復(fù)工程順利實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)貫通。2007年7月9日，主體結(jié)構(gòu)通過有關(guān)方面驗(yàn)收。
　　隧道施工業(yè)界權(quán)威人士表示，世界地鐵建設(shè)史上也曾經(jīng)發(fā)生過類似董家渡的隧道損毀事故，但是大都采用了施工難度較小的“改線修復(fù)”。董家渡修復(fù)工程的成功，可以說是創(chuàng)造了國際地鐵隧道施工領(lǐng)域的奇跡。

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