王振信
上海地铁从最初的几百米试验段,到如今规划、建设的22条地铁线,总里程超过800公里,用20年的时间走过了西方地铁100年的发展历程,地铁线路也由线到网,客流量从上千到数百万,极大地保障着上海国际化大都市的高效快捷出行,在世界地铁发展史上留下了浓墨重彩的一笔。
而我,有幸参与了这“豆腐块”里创造奇迹的探索之旅,在这充满艰难的道路上风雨兼程、摸爬滚打后,向上海人民交出了满意的答卷,也为国内外轨道交通的建设积累了丰富的经验,留下的宝贵的财富。
——王振信
解放初期,国际上100万人口以上的城市造地铁的很多,像上海这样大的一个城市,无论从哪个角度都要发展地铁。50年代初,相关部门曾邀请苏联地铁专家来沪,咨询地铁施工方法,囿于苏联的地铁建设经验,专家断言在上海饱和含水软弱土层中建隧道犹如是在宇宙中找一个支点翻转地球,几乎不可能。
1958年,根据中央关于防止帝国主义突然袭击的指示,上海成立了上海市地下铁道筹建处,从上海煤矿设计院,上海市政工程设计院、华东工业建筑设计院抽调人员参与研究,同济大学李国豪、俞调梅教授任技术指导。我作为上海煤矿设计院的一名技术人员,有幸在地铁筹建处开启了我的地铁探索、研究和实践的生涯。
1、从零开始、深入研究,科学选择上海地铁实施的正确方向
根据中央的指示,从国防建设的原则出发,上海地铁建设的深度应能抵御原子弹和氢弹的破坏能力,尽可能埋入基岩之内,将地铁作为“平战结合、以战为主”工程。
根据市领导以及军方需求,我们开展了对上海地下铁道的埋设深度作浅埋(明挖法)、中埋(盾构法)、深埋(矿山法)三种施工方法的研究。当时技术资料比较少,施工材料、设备等物质条件也比较欠缺,也无相关的经验可供借鉴,大家经过近两年的试验研究,权衡分析上海的地质条件、技术要求、施工技术、造价比较等方面的利弊。也曾考虑把地铁隧道置于基岩层内,可使隧道稳定,但技术上没有把握,且土建造价较高,平时旅客上下,战时兵力机动或人口疏散也会受阻。经过大家的反复论证后软土地区施工的可能性研究,最终深埋方案被否决,决定采用盾构法来建设上海的地铁工程。
2、自主学习、技术储备,培养上海首支盾构设计施工队伍
1960年,上海市隧道工程局成立,承担越江隧道和地铁的建设。根据组织安排,我被调入设计处四科,负责盾构法施工。
本着“独立自主,自力更生”和“从战争中学习战争”的原则,遵循由浅入深,由小到大的步骤,没有外援、缺少系统的技术参考资料,仅有的专业知识来源于唐山铁道学院(现西南交通大学)出版的《地下铁道》和《盾构法施工》两本教科书,以及少量解放前的西方书刊,我带领团队通过不断地自主学习、研究,请唐山铁道学院的施仲衡老师讲授盾构法施工,不断地进行研究实验,终于取得了盾构机设计制造、盾构施工、装配式衬砌结构及其防水等方面的基本经验和知识。黄天不负有心,通过大家不懈的努力,在1962年成功自主设计建造了一台直径4.2m开胸式盾构,并同期研究制造出了配套的盾构管片等,为上海地铁和越江隧道建设培养了第一支设计和施工队伍。
1962年,隧道局缩编为隧道处,并入市政局,仅保留少数技术人员及少量经费继续进行地铁和隧道的建设研究,作为技术骨干,我继续留在隧道处从事地铁隧道研究工作。
1、塘桥试验实现了“豆腐里打洞”
同年,在浦东塘桥一块用芦席棚搭建的试验场里,我们利用自制的4.2m开胸式盾构进行了上海两种典型地层(地下4米粉砂层与地下12米淤泥土层)中的盾构掘进试验。
要在深度不同的两种地层中用同一台盾构施工,通常采用延长隧道长度,利用坡度逐步由将盾构由浅推进到深的施工方法。但是由于经费有限,现实条件不允许挖一条长隧道进行试验,只有通过大胆创新来实现试验目的。因此通过学习研究,我首先提出了阶梯式盾构施工开挖方法,即利用人工开挖加支撑的形式,将浅层盾构推进一个特殊的沉箱,将沉箱下沉到下一地层土层,再进行盾构推进。这种“空前绝后”的施工方法,既节省了大量经费,也证实了在上海利用盾构法建隧道是可行的,打破了苏联专家的断言。
2、“60工程”迈出国内盾构法施工的第一步
1965年,隧道处拆分为上海隧道工程公司和隧道工程设计院,我被分配到隧道公司一大队,负责地铁区间隧道施工。
结合战备在地铁规划线上的衡山路段,上海开始实施地铁扩大试验工程,财政拨款2000-2400万元,代号为“60工程”。这是个完全保密的工程,盾构始发井按当时的规划设在现地铁一号线衡山路站至徐家汇站的线路以北的街坊下,也就是我所负责的02工地,这与现代地铁敷设于道路下的做法有很大区别。此外,在该区段内,盾构还要分别秘密下穿捷克、挪威领事馆。我带领一支新兵与相对落后的装备,克服种种困难,担起了这项艰巨的任务。
当时,还没有提出客流预测的概念。我们根据上海26路无轨电车(车身长20m)的客流,设计地铁最大客流为每小时一万人次,采用60m站台、3节编组、B型车辆,隧道内径为4.8m,外径为5.8m。试验采用由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的5.8m网格盾构机。从工作井开始采用降水法施工在按裝了闸墙、人行闸以及材料闸之后再利用气压法施工。
1966年,南线和北线隧道分别由2台盾构掘进,隧道采用单层装配式钢筋混凝土衬砌结构,覆土10米左右。根据防护等级要求,原设计采用铸铁管片衬砌,后因隧道结构不宜用脆性材料,铸铁的延伸性不能满足要求,改为钢筋混凝土管片。管片纵缝采用内外双排螺栓的刚性接头,又采用整环浇筑的方法使纵缝接触面的精度有所提高,但仍有差距。管片接缝间的防水措施延用了我们在塘桥试验中研发的环氧树脂和煤焦油混合的特殊涂料,而正是这种先柔后刚的涂料,解决了钢筋混凝土管片精度不高的问题。
施工期间,每天有4个班组轮流进行气压法施工,我作为技术指导,身先士卒,和4个班组一起深入气压区,亲自监督指导施工进度,也打破了气压法有害健康的流言。
1967年,时隔一年后,我们终于成功完成了一井一站和660米区间的两条隧道(“文革”开始后,“60工程”被迫中止)。“60工程”的成功实施,开创了国内盾构法施工的先河,基本掌握在饱和含水软土地层中采用降水和气压两种辅助工法下的盾构法掘进和单层装配式钢筋混凝土衬砌结构建造隧道的关键技术,坚定了日后对上海地铁采用盾构法施工的信心。因隧道内径较小,内径仅4.8米的隧道无法通行现行的A型车,车站长度仅为60m,最终无法真正应用于一号线的建设。
时隔50年,在衡山公园下这一“60工程”作为人防设施仍完好如初。
3、奠定现代地铁施工技术基础
1978年,在工程整整停止11年后,上海市计委批准了上海市隧道公司的《地铁盾构法试验段计划任务书》、《槽壁法(即地下连续墙法)试验井计划任务书》,并列入了上海市当年的基本建设计划。地铁试验工程在漕溪路段得以继续开展,并在建委组织下成立上海地铁筹备组。
当时我已经深深意识到,要建设现代化的城市地铁,必须要掌握更先进和现代化的技术。于是,我带领一帮年轻人在现代化施工设备和技术上狠下功夫:
一是自主建造成槽机进行明挖法施工。主要试验成槽机性能、泥浆配制及泥浆分离、量测墙体垂直精度仪器、控制墙体位移和工程相邻地面沉降及地基加固等,探索在一定施工条件下开挖时墙体较合理的计算方法、基坑稳定计算方法及合理设计方案,掌握了以地下连续墙工法为主的明挖法车站建设。这一先进技术解决了直接进口价格昂贵的设备,大大节省了工程造价。
二是试验采用高精度钢模生产的高精度高质量钢筋混凝土管片及其拼装技术与工艺、单层与双层衬砌结构的施工工艺、使用弹性防水材料防止接缝渗水及其施工工艺等。通过使用高精度钢筋混凝土管片衬砌可以满足地铁隧道结构要求,从而使得上海成为全国首个研制并成功应用高精度钢模(小于0.5mm误差)的城市。区间隧道仍采用气压法施工。
在漕溪路试验段中,完成一井一站和圆形隧道913米、矩形隧道274米。试验结果表明:盾构掘进的轴线误差(小于10cm)和地表沉陷(小于+1cm,-3cm)都可控制在允许的范围之内,对相邻建筑物及地下管线不产生危害性影响;用弹性密封垫为主的多道防线的防水材料与工艺,使渗水量降低到每日每平方米0.1升以下,防水达到同期国际标准。
试验段中,我们还尝试了管片通缝与错缝两种拼装方式,分别用厚度为35cm与45cm的管片进行施工,验证各种施工工艺和材料,为后续工程大规模工程的实施提供了数据支持和更多选择。
(未完待续)
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