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上海哪條地鐵線獲得了2018年度世界土木工程最高獎“菲迪克獎”？︱走近科學

由世界科學發表于旅遊2021-12-14

簡介在上海申通地鐵集團的統一指揮和總設計方上海市隧道工程軌道交通設計研究院的總體設計下，近20家分項設計單位從線路功能定位、建設條件和運營需求等方面精心設計，針對性地引入了盾構裝置改造、預製裝配式彈簧浮置板設計、“兩門合一”等技術和工藝創新，攻

淮海路商業街乘幾號線

本欄目由 “

世界科學

”

和 “

賽先生

”聯合出品

本篇報道圍繞2017 年度上海市科技進步獎二等獎專案“

上海軌道交通12號線工程關鍵技術研究與應用

”展開。

上海軌道交通12號線工程是上海“十二五”規劃建設的一條重要城市大型基礎設施工程，是上海市軌道網路中構成線網主要骨架的4條市域線之一，也是縱貫中心城區西南至東北軸向的城市軌道交通主幹線。

全長40。4公里、共32座車站的線路中，約有一半線路位於上海市中心區，穿越城市核心區的密集居住區、歷史文化保護建築、龍華古塔、繁華商業區及蘇州河；

在外圍區穿越大型工業區、黃浦江邊深樁基群、錯綜複雜的地下管線等，同時還多次近距離穿越內環高架橋樁及運營的軌道交通線路；

換乘站多達19座，其中有13座與已運營線路進行換乘的換乘站，而與1號線

（漕寶路站、陝西南路站、漢中路站）

、2號線

（南京西路站）

、3號線

（龍漕路站）

的換乘設施以前均未預留。

這些問題增加了該線線上路走向、建築佈置、結構計算、裝置選型及軌道減振降噪等方面的設計難度。

在上海申通地鐵集團的統一指揮和總設計方上海市隧道工程軌道交通設計研究院的總體設計下，近20家分項設計單位從線路功能定位、建設條件和運營需求等方面精心設計，針對性地引入了盾構裝置改造、預製裝配式彈簧浮置板設計、“兩門合一”等技術和工藝創新，攻克了選線、建築、結構和裝置等方面的多項技術難關。

由於軌道鋪設質量優異，軌面平整度、線型和換乘通道選擇合理，客流預測以及在自動測算乘客數量基礎上自動調節空調溫度和列車廣播音量等新功能的精準實現，軌道交通12號線的乘坐舒適度得到了公眾的高度滿意。

先進的開挖技術和改良裝置保障選線效益最大化

12號線對應的東西向交通走廊中存在密集居住區、歷史文化保護建築、大型工業廠區、繁華商務區及黃浦江、蘇州河、高架橋樁基、既有運營軌交線路和錯綜複雜的各類地下管線，工程選線面臨如何在保證線型順暢的前提下，實現效益最大化的挑戰。

如12號線漢中路—南京西路、南京西路—陝西南路兩區間線路大面積穿越20世紀二三十年代的優秀歷史保護建築和多層居民住宅；東陸路—復興島區間穿越黃浦江兩岸的煤炭碼頭和中華造船廠；巨峰路—七莘路區間線路分別穿越內環線高架

（2次）

、南北高架、滬閔高架、中環地道及外環高架和6號線高架樁基、軌道交通1～4號線等。

在結構設計中，克服了三大難點，即：如何設計地面建築密集區的超深地下車站基坑結構設計？如何解決新老車站的結構銜接問題？如何減少施工擾動對地面建築的影響並控制地面沉降？

為此，軌道交通12號線首創了超長距離穿越高風險敏感建築群的超微環境影響控制技術體系研究，將既有軌道交通結合超深、超大地下空間開發與地面超高層整合一體化的設計施工關鍵技術研究，車站基坑零距離穿越運營軌交高架樁基施工關鍵技術研究等；首次構建了集土建實施、機電改造、客流組織為一體的換乘樞紐站不停運改造技術及車控室整合體系。

隨著上海軌道交通已建成近20條線，地面淺層空間已差不多用完，基坑開挖不得不越來越深。針對超深基坑的施工，軌道交通12號線首次研發了敏感環境下的深基坑工程穩定控制技術、承壓水“隔—降—灌”綜合管控技術及裝置系統等基坑變形控制技術；提出了深基坑多引數安全評估方法，形成了基坑風險動態反分析預測方法等。

如：在基坑降水設計中充分利用超深圍護結構的水力邊界，考慮圍護結構對地下水流動的阻隔作用，透過三維滲流數值計算和現場試驗，首次提出和發展了“圍護-降水設計一體化”的基坑與環境安全理念；

結合地質結構、環境要求、降水需求和基坑開挖工況，首次提出了分層降壓、按需降水和高精度水位控制的方法，實現了水位降深最小化及實時精確控制；

首次提出了“抽水-回灌一體化”的基坑內外雙水位和雙安全控制技術，將抽出的高礦化度地下水中易沉澱的離子快速去除後用於回灌，避免了井點阻塞。

這些舉措使相關基坑承壓水降深控制精度達10釐米，實現了重點保護區水位零降落，降水引起建築沉降減少至1毫米。

以12號線龍漕路站基坑開挖工程為例，地下二層的車站將3號線高架區間的樁基包圍在內，不同基坑的分坑形式和開挖順序會對高架的沉降產生不同影響，如果開挖造成高架橋墩偏移，後果不堪設想。設計透過設定分隔牆的形式，將基坑“化整為零”分為遠離高架的大基坑及緊鄰高架的小基坑，採用逆作法和回灌技術彌補國內工具效能的不足。

在區間隧道設計中，科研人員運用控制地層損失率的計算方法，嚴格對盾構裝置進行合理選型和改造，最佳化相關施工工藝，使盾構在隧道施工中滿足了推進壓力、速度與注漿量等關鍵技術要求；同時運用BIM手段實時瞭解地下盾構施工位置與上方地面建

（構）

築物之間的關係，從而全面掌握整個盾構推進過程中地面沉降與隆起的情況，確保了地面建

（構）

築物的安全與穩定。

配合首次系統提出的越江超深隧道施工技術，該工程專案中首次提出了超深覆土工況下在複雜地層掘進時的盾構機裝置設計製造及適應性改造方法；首次形成了超深覆土工況下盾構穿越硬塑黏性土層的土體改良技術、超大深埋承壓含水層中盾構掘進防盾尾滲漏技術及盾構在超深覆土工況下進行小半徑曲線段掘進的施工技術。

科學的結構設計和改造使換乘體驗達到最優

12號線全線有13座車站涉及與已運營的車站換乘，並預留近期建設規劃中6座線路車站的換乘條件，如何在換乘車站結合既有車站的佈置，使換乘通道達到最優、換乘便捷度最大化，是對12號線設計智慧的另一大考驗。

例如漢中路站是12號線在市中心地帶為數不多與13號線車站同步建設的三線換乘車站，其中12號線位於地下四層，13號線位於地下五層，原有的1號線車站位於地下二層，三站呈“三角形”狀佈置。

為確保換乘客流有序、通暢，設計師在初設階段就針對三線換乘客流大小，採用模擬客流模擬計算分析了可能出現的換乘擁堵點，確定以消除人流對沖現象為設計重點。

經過多種方案的比較、計算，最終將原單通道

（寬度約20米）

雙向客流走向通道調整為環向通道、單向客流逆時針方向換乘，確保了換乘客流的有序行走。

陝西南路站是12號線與運營中的1號、10號線換乘的車站。其中，1號線建設年代較久遠，實現換乘需進行較大規模的改造，同期建設的10號線車站預留了換乘的基本條件。該站地處繁華的淮海路商業街，辦公和購物客流較多，設計師將換乘通道與周邊商場的連線作為工作重點。

為確保換乘通道有足夠的寬度

（10米）

，設計較大範圍地改造了原1號線車站西端的裝置與管理用房，搬遷了車控室、民用通訊機房、垂直電梯及車站工作人員的管理用房等，並壓縮了環控機房、配電間及風道等空間。

同時為保留原來的1號出入口

（連線“巴黎春天商場”及淮海路南側的主出入口）

功能，設計不僅打通了原來二者之間僅有的4米地下空間，還置換、改造了商場地下原裝置用房，使其成為一個地下小站廳，以滿足乘客進、出閘機的空間需要和自動售票機的佈置。

對巨峰路站、天潼路站、漕寶路站等，透過調整和改造原有車站的裝置與結構，採取因地制宜的“島島”換乘、“島側”換乘、“十字”形直接換乘、通道換乘等換乘方式，在確保換乘車站正常安全使用的前提下，大幅提升了換乘體驗。

節能環保技術發揮軌道交通工程綜合效益

在設計和施工工藝創新之外，12號線的節能環保應用也可圈可點。

由於黃浦江、蘇州河等江河的水位可能高於市區地面，如果發生災害，江水將可能透過隧道倒灌進市區。為防止過江段隧道在戰爭或其他災害損壞時災害蔓延，保證城市人員和物資安全，提高城市防災抗災能力，設計規範要求下穿河流或湖泊等水域的軌道交通工程在進出水域的兩段適當位置設定防淹門，同時規定地下車站兼顧人民防空，宜以一個車站加一個相鄰區間作為一個防護單位，在車站一端設定防護隔斷門。

穿越黃浦江和蘇州河的軌道交通12號線工程，開發和研製了地鐵防淹與防護密閉隔斷門結合的設定裝置，減少了門體數量並節約了車站建築空間，同時減少了運營期間的維護工作，提高了管理效率，為充分發揮軌道交通工程的社會效益、經濟效益和戰略效益做出了開拓。

此外，除了儘可能採用合理的站間距、採用減少列車執行阻力的線路平面和縱斷面設計、採用可大大減少車站土建規模的三開道岔存車線等線路節能措施外，12號線金橋停車場與建築屋頂相結合的光伏併網發電專案是光伏併網發電技術在城市軌道交通專案中的首次應用和實現。專案總裝機容量1915。9kWp，不僅可滿足金橋停車場自身用電需求，還能為正線列車牽引進行供電支援，降低運營成本。

為合理控制軌道幾何尺寸、實現軌道的良好平順性，軌道交通12號線工程在消化、吸收高鐵軌道控制網經驗的基礎上，建立了專門使用於地鐵的軌道控制網，為今後地鐵鋪軌施工朝著模組化、機械化、自動化、智慧化等方向的發展提供了基礎。

約15公里長的線路段上，大面積使用了減震降噪效果優良的預製裝配式鋼彈簧浮置板道床，將軌道結構的道床板與結構基礎用彈性體整體隔離，利用具有一定質量和剛度的混凝土道床板在彈性體上進行慣性運動來隔離和衰減列車執行產生的振動。

開啟上海城市軌道交通智慧化運維

12號線具有與目前除5號線外的所有其他運營線路換乘的功能，俗稱“只要乘上12號線，就能換乘到達上海任何地方”，自2015年建成通車以來，極大地方便了市民的出行，更因其換乘和乘坐舒適度獲得廣大市民的好評。該工程專案獲得了2018年度世界土木工程最高獎“菲迪克獎”

（Fidic Awards）

12號線的建成可以看作是上海城市軌道交通智慧化運維的開端。到15、18號線建成時，完全無人化駕駛已成為現實，這在全球都屬於領先。

12號線開始使用的電梯、空調變頻技術，現在也已經非常普及。在當前超大規模地鐵網路背景下，上海軌道交通系統面臨著超強客流、巨量設施裝置安全管控、員工操作安全管理、外部侵限干擾等巨大運營安全壓力。全自動駕駛線提升了運營效率、靈活性、可靠性和安全性，以及各個系統之間的粘合度，結合物聯網、雲計算和業務管控的需求，可實時獲取裝置的狀態資訊，進行預判性的故障修理，逐步實現由原先的“故障修”向“預防修”的過渡，智慧化運營還使運營的整點率和質量都更有保障。