引言：城市地下的“隐形工程”
上海地铁15号线，这条贯穿上海西南部、连接闵行、徐汇、长宁、普陀、静安和宝山六区的交通大动脉，自2010年启动建设，于2021年1月23日开通运营。它不仅是上海轨道交通网络中一条重要的南北向骨干线路，全长约42.3公里，设30座车站，更是一场历时十余年的地下工程奇迹。这条“地下动脉”的诞生，远非简单的挖掘与铺设，而是一个融合了尖端科技、精密规划、复杂地质应对和人性化设计的系统工程。本文将深入剖析其施工过程中的关键片段，揭开城市地下空间开发的神秘面纱。
一、前期规划与地质勘探：绘制精准的“地下地图”
在任何大型地下工程启动前，详尽的前期工作是确保安全与效率的基石。上海地铁15号线的施工，始于一张极其精细的“地下地图”。
1.1 复杂的地质挑战
上海地处长江三角洲冲积平原，地下土层以软土为主，含水量高、压缩性大、强度低，且地下水位埋深浅（通常在0.5-1.5米）。这种地质条件对隧道施工构成巨大挑战，易导致地面沉降、隧道变形甚至坍塌。此外，15号线沿线需穿越众多河流、历史建筑、高架道路和既有地铁线路，如穿越苏州河、与地铁2号线、7号线、9号线等多线换乘，施工风险极高。
1.2 前期勘探技术
为应对这些挑战，工程团队采用了多种先进的勘探技术：
- 地质雷达与钻孔取样：在规划线路上每隔数十米设置一个钻孔，获取不同深度的土样，分析其物理力学性质。例如，在穿越苏州河段，通过密集钻孔发现河床下存在一层厚度不均的淤泥质黏土，需特别处理。
- 三维地质建模：利用钻孔数据和地球物理勘探（如地震波探测），构建沿线地下三维地质模型。该模型能直观展示土层分布、断层位置和地下水流动路径，为盾构机选型和施工参数设定提供依据。
- 环境影响评估：对沿线历史建筑（如徐家汇天主教堂、衡复风貌区）进行沉降监测，预测施工可能带来的影响，并制定保护方案。
举例说明：在15号线与9号线换乘的桂林公园站，施工前通过三维地质模型发现，站址下方存在一条未被记录的旧河道遗迹，土质松软。工程团队据此调整了基坑支护方案，采用“地下连续墙+内支撑”的组合支护，确保了施工安全。
二、隧道施工：盾构机的“地下穿行”
隧道施工是地铁建设的核心环节。15号线主要采用盾构法施工，这是一种利用盾构机在地下掘进、同时安装管片形成隧道的机械化施工方法。
2.1 盾构机的选型与组装
15号线根据地质条件和隧道直径（约6.2米），选用了土压平衡盾构机（EPB）。这种盾构机适用于软土地层，通过刀盘切削土体，利用土仓内的土压平衡开挖面的水土压力，防止坍塌。
盾构机的组装在始发井内进行。始发井通常深达20-30米，采用明挖法施工。以15号线吴中路站至虹梅路站区间为例，始发井位于吴中路站南端，深度25米。组装过程包括：
- 下井组装：将盾构机的刀盘、盾体、螺旋输送机、管片拼装机等部件分批吊装下井，在井底进行组装。
- 调试与试掘进：组装完成后，进行空载调试和试掘进，测试各系统运行状态，调整掘进参数。
2.2 盾构掘进过程
盾构机掘进是一个连续、自动化的循环过程，主要包括以下步骤：
- 土体开挖：刀盘旋转切削土体，切削下的土体通过螺旋输送机排出。
- 管片拼装：在盾尾内部，利用管片拼装机将预制混凝土管片（每环6块，环宽1.2米）拼装成环，形成隧道衬砌。
- 同步注浆：在盾尾后方，通过注浆管向管片与土体之间的空隙注入浆液（通常为水泥-粉煤灰浆），填充空隙，减少地层沉降。
- 掘进参数控制：实时监测掘进速度、土仓压力、注浆量等参数，确保掘进稳定。
举例说明：在穿越苏州河段，盾构机需在河床下15米处掘进，土层为淤泥质黏土，含水量高。工程团队将土仓压力设定为略高于河床水土压力（约1.8 bar），掘进速度控制在每分钟2-3厘米，并采用双液注浆（水泥浆+水玻璃）快速凝固，防止河水渗入。整个穿越过程耗时约15天，地面沉降控制在3毫米以内，远低于设计允许值（10毫米）。
2.3 特殊地段施工
15号线沿线有多处特殊地段，需采用特殊施工方法：
- 穿越既有地铁线路：如15号线与2号线在中山公园站换乘，施工时需在2号线隧道下方掘进，间距仅2米。为避免干扰，采用“冻结法”加固土体，即在隧道周围注入液氮，使土体冻结成坚固的“冰墙”，再进行盾构掘进。
- 大坡度隧道：15号线部分区段坡度达3‰，盾构机需调整姿态，通过激光导向系统实时纠偏，确保隧道轴线精度。
三、车站施工：从基坑到站厅的“地下宫殿”
地铁车站是乘客集散的枢纽，其施工复杂度远高于隧道。15号线车站主要采用明挖法和盖挖法施工。
3.1 基坑支护与开挖
车站基坑深度通常在15-25米，需采用可靠的支护结构防止坍塌。15号线多采用“地下连续墙+内支撑”的支护体系：
- 地下连续墙：在基坑四周浇筑钢筋混凝土连续墙，深度可达30-40米，作为永久性挡土结构。施工时，先开挖槽段，安装钢筋笼，浇筑混凝土。
- 内支撑：在基坑内部设置多道钢支撑或混凝土支撑，分层开挖，每挖一层安装一道支撑。
举例说明：在15号线顾村公园站，基坑深度22米，地下连续墙深度35米。施工时，先进行导墙施工，然后用液压抓斗成槽机开挖槽段，槽段长度6米，深度35米。成槽后，下放钢筋笼（重达20吨），浇筑C30混凝土。基坑开挖分5层进行，每层深度4-5米，开挖后立即安装钢支撑。整个过程采用自动化监测系统，实时监测墙体位移和地面沉降，确保安全。
3.2 盖挖法施工
在交通繁忙地段，为减少对地面交通的影响，采用盖挖法。即先施工顶板，然后在顶板下方进行开挖和结构施工。15号线的上海西站站采用盖挖逆作法：
- 施工顶板：在基坑位置施工地下连续墙和顶板，顶板作为临时路面，恢复地面交通。
- 向下开挖：在顶板保护下，向下开挖土方，同时施工中板和底板。
- 结构施工：从上至下完成车站主体结构。
3.3 车站内部结构
车站内部结构包括站厅层、站台层、设备区等。施工时需预留各种管线和设备安装空间。例如，在15号线的桂林公园站，站厅层高6米，站台层高4.5米，内部采用清水混凝土墙面，既美观又耐用。施工中，需精确预埋通风、照明、消防、通信等管线，避免后期开凿。
四、机电安装与系统集成：赋予“地下动脉”生命
隧道和车站主体结构完成后，机电安装和系统集成是赋予地铁“生命”的关键步骤。
4.1 轨道铺设
15号线采用60公斤/米的钢轨，铺设精度要求极高。施工时，先铺设混凝土道床，然后安装钢轨。钢轨连接采用焊接方式，确保无缝线路，减少噪音和振动。在隧道内，轨道铺设需在盾构机或模板台车后方进行，与隧道施工同步。
4.2 供电系统
地铁供电采用直流1500伏架空接触网或第三轨供电。15号线采用第三轨供电，即在轨道旁安装第三轨，通过受电靴从第三轨取电。施工时，需精确安装第三轨支架和绝缘子，确保供电安全。例如，在15号线的长风公园站至大渡河路站区间，第三轨安装精度要求误差小于2毫米，通过激光测量仪进行定位。
4.3 信号系统
15号线采用CBTC（基于通信的列车控制）系统，实现列车自动运行和精确停车。信号系统包括车载设备、轨旁设备和控制中心。施工时，需在隧道内安装轨旁应答器、计轴器等设备，并与列车控制系统集成。例如，在15号线的紫竹高新区站，信号系统调试时，需模拟各种故障场景，确保系统可靠。
4.4 通风与消防系统
地下空间通风至关重要。15号线采用活塞风井和机械通风结合的方式。施工时，需在车站和隧道内安装通风管道、风机和防火阀。消防系统包括自动喷淋、消火栓和火灾报警系统。例如，在15号线的上海西站站，通风系统设计为每小时换气6次，消防系统采用智能感烟探测器，能精确定位火源。
五、施工管理与技术创新：高效与安全的保障
5.1 BIM技术的应用
15号线全面应用BIM（建筑信息模型）技术，实现全生命周期管理。施工前，建立三维模型，模拟施工过程，优化施工方案。例如，在15号线的吴中路站，通过BIM模型发现管线碰撞问题，提前调整设计，避免了返工。施工中，利用BIM进行进度管理和资源调配，提高效率。
5.2 智慧工地系统
15号线引入智慧工地系统，通过物联网传感器实时监测施工环境。例如，在基坑施工中，安装土压力计、测斜仪、沉降监测点，数据实时传输至监控中心。一旦数据异常，系统自动报警，管理人员可立即采取措施。在15号线的顾村公园站，智慧工地系统成功预警了一次基坑局部渗漏，避免了潜在事故。
5.3 绿色施工与环境保护
15号线施工注重环境保护。例如，在穿越居民区时，采用低噪音设备，并设置隔音屏障。施工废水经处理后循环利用，减少水资源消耗。在15号线的桂林公园站，施工期间对周边树木进行保护，采用人工开挖代替机械，避免损伤树根。
六、挑战与应对：克服施工中的“拦路虎”
6.1 地下管线复杂
上海地下管线密集，15号线施工需多次穿越或迁改管线。例如，在15号线的上海南站站，施工前对周边管线进行普查，采用非开挖技术（如顶管法）迁改了12条管线，避免了大面积开挖。
6.2 交通疏导压力
15号线沿线多为城市主干道，施工期间交通疏导是难题。例如，在15号线的中山公园站，施工期间采用“半幅施工、半幅通行”的方式，并设置临时公交站点，确保市民出行不受太大影响。
6.3 环境保护与文物保护
15号线穿越历史风貌区，如衡复风貌区。施工前，对沿线历史建筑进行加固和监测。例如，在15号线的上海图书馆站，施工期间对上海图书馆建筑进行实时沉降监测，确保其安全。
七、结语：城市发展的“地下引擎”
上海地铁15号线的施工，是一场科技、智慧与毅力的较量。从前期勘探到盾构掘进，从车站建设到系统集成，每一个环节都凝聚着工程师的智慧与汗水。这条地下动脉的诞生，不仅缓解了上海西南部的交通压力，更推动了城市空间的立体化发展。未来，随着技术的进步，城市地下空间的开发将更加高效、安全、绿色，为城市发展注入新的活力。
通过以上详细剖析，我们得以窥见城市地下动脉诞生的全过程，感受到现代工程学的魅力与挑战。这不仅是上海地铁建设的缩影，更是中国乃至全球城市轨道交通发展的典范。