上海土木工程协会出品2023版土木工程建设新技术手册

上海市土木工程建设新技术手册上海市土木工程学会上海市土木工程学会（1953-2023）序上海市土木工程学会成立于

1953

年

7

月，是上海市科协、市社团

5A

级、5星级社会团体组织。半个世纪以来，为上海这座城市现代化建设发展起到积极的引导作用，做出了卓越贡献。学会发展至今，已成立

20

个学术团体专业委员会，现有团体会员单位

233个，囊括了全市主要高等院校、设计研究院、土木工程管理机构、施工企业和有关外省市驻沪单位。学会现有个人会员

4000

余人，有孙钧、江欢成、项海帆、魏敦山、林元培、肖绪文、吕西林、朱合华

8

位院士及

30

位勘察设计大师，云集了全市最优秀的土木工程专家、学者、高级技术人员，是上海专业技术人员公认的“工程师之家”。学会本着促进土木工程科技创新与城市现代化建设发展结合，促进土木工程科学技术与城市经济发展结合，促进土木工程科技人才成长、提升城市能级和核心竞争力相结合的宗旨，坚持“四服务一加强”管理理念和“以学为主”工作方针，积极开展学术研讨、交流合作、科学普及、科技评价、评审认证、优秀、专业培训、书刊编著等工作，取得了优异的成绩。2023

年恰值学会成立

70

周年，为纪念这个重要的节点，学会集结专委会与会员单位的专家资源、技术力量，汇编上海市土木工程建设新技术手册，旨在总结提炼以往的工作经验寻求新的发展目标，为推进上海这座全球卓越的世界级城市建设打下更为坚实的基础，做出更大的贡献。上海市土木工程学会理事长2023年

10月城市轨道交通全自动运行技术城市更新领域新技术超高结构建造整体钢平台模架装备技术数字化智能盾构技术超高压喷射注浆N-Jet工法SAMVSM微扰动压入式沉井技术世博文化公园生态环境营建新技术新技术及 新装备001289181167117091027225城市轨道交通全自动运行技术1

城市轨道交通全自动运行发展概况

.................................................................

11.1

国外发展概况

.......................................................................................11.2

国内发展概况

.......................................................................................11.3

上海发展概况

.......................................................................................22

全自动运行关键技术及应用............................................................................

32.1

列车自动化运行控制技术......................................................................

32.2

基于物联网云平台的新一代综合监控技术及应用................................

132.3

基于

LTE

的多业务综合承载技术及应用

.............................................

152.4

面向多专业复杂场景的智能运维技术及应用

.......................................

172.5

全自动运行运维管理模式及应用.........................................................

213

成效及展望...................................................................................................

233.1

应用成效

............................................................................................

233.2

技术展望

............................................................................................

24城市更新领域新技术1

既有建筑功能提升与绿色更新技术

...............................................................

311.1

既有居住建筑功能空间重组改造技术..................................................

311.2

既有公共建筑功能空间综合改造技术..................................................

341.3

既有公共建筑立面形象改造技术.........................................................

371.4

既有建筑绿色低碳改造技术................................................................

391.5

既有公共建筑不间断运营改造技术

.....................................................

422

既有结构改造置换与地下拓建技术

...............................................................

452.1

地基基础与结构构件加固技术

............................................................

452.2

上部结构置换技术..............................................................................

452.3

结构抗震加固与减震隔震技术

............................................................

522.4

既有建筑（群）地下空间逆作法拓建技术...........................................

583

既有建筑整体移位技术.................................................................................

643.1

结构托换技术

.....................................................................................

643.2

水平移位技术

.....................................................................................

653.3

交替顶升施工技术..............................................................................

674

城市更新数字化技术.....................................................................................

694.1

历史建筑数字测绘建模技术................................................................

694.2

历史建筑材料组分分析技术.................................................................

734.3

建筑结构损伤自动识别分析技术..........................................................

744.4

复杂工况设计与安全分析技术

.............................................................

784.5

历史建筑数字孪生技术........................................................................

81超高结构建造整体钢平台模架装备技术1

整体钢平台模架发展历程

..............................................................................

932

钢梁与筒架交替支撑式整体钢平台模架技术..................................................

952.1

模架系统组成......................................................................................

952.2

模架系统构造......................................................................................

982.3

标准施工流程....................................................................................

1003

钢柱与筒架交替支撑式整体钢平台模架技术................................................

1013.1

模架系统组成....................................................................................

1013.2

模架系统构造....................................................................................

1033.3

标准施工流程....................................................................................

1054

协同爬升式集成平台模架技术.....................................................................

1064.1

模架系统组成....................................................................................

1064.2

模架系统构造....................................................................................

1094.3

标准施工流程....................................................................................

1105

塔机一体化集成平台模架技术.....................................................................

1125.1

模架系统组成....................................................................................

1125.2

模架系统构造....................................................................................

1135.3

标准施工流程....................................................................................

115数字化智能盾构技术1

数字平台.....................................................................................................

1191.1

数据中心...........................................................................................

1191.2

盾构法施工集群管控平台

..................................................................

1241.3

项目管理平台....................................................................................

1282

智能装备——盾构机推拼同步技术..............................................................

1302.1

原理说明...........................................................................................

1312.2

技术特点...........................................................................................

1322.3

工程应用...........................................................................................

1343

盾构自主驾驶..............................................................................................

1363.1

自主驾驶控制体系.............................................................................1363.2

盾构机设备改造.................................................................................1373.3

智能控制模型

....................................................................................1373.4

标准化部署流程.................................................................................1403.5

工程应用效果

....................................................................................1414

施工配套

.....................................................................................................1414.1

电机车自动驾驶.................................................................................1414.2

盾构车架段管片自动运输...................................................................1454.3

垂直运输技术研究.............................................................................155超高压喷射注浆

N-Jet

工法1

工艺原理

.....................................................................................................1692

技术特点

.....................................................................................................1692.1

成桩直径大，最大可达

10m...............................................................1692.2

施工深度深，最大深度超过

115m

......................................................170图

1-3

云岭西项目成桩试验（施工深度

115m）..............................................1702.3

可形成多种状体截面形状...................................................................1702.4

复杂地层适应性强，可在砂卵石层中成桩..........................................1712.5

垂直或倾斜施工，喷射流量大，施工功效更高...................................1713

应用范围

.....................................................................................................1724

施工设备与工艺...........................................................................................1735

应用案例

.....................................................................................................1765.1

市域铁路机场联络线华泾站

N-Jet

墙缝止水.......................................1765.2

上海市轨道交通

14

号线歇浦路站封底止水加固工程..........................1775.3

上海轨道交通市域线机场联络线工程

1

标封底止水工程.....................1785.4

上海轨道交通市域线机场联络线工程

2

标封底止水工程.....................179微扰动压入式沉井技术1

传统沉井工艺起源与发展

............................................................................1831.1

沉井发展现状

....................................................................................1831.2

沉井应用范围

....................................................................................1841.3

应用局限性........................................................................................1852

微扰动压入式沉井工艺概述.........................................................................1862.1

压入法沉井工艺特点..........................................................................1862.1

微扰动压入式沉井工艺起源...............................................................

1882.2

微扰动压入式沉井技术发展...............................................................

1893

压入式沉井施工技术（压沉工艺

1.0

版）

....................................................

1913.1

压入式沉井工艺

................................................................................

1913.2

压入式沉井受力监测及分析...............................................................

1943.3

应用案例...........................................................................................

1954

微扰动压入式沉井施工技术（压沉工艺

2.0

版）..........................................

1974.1

工艺介绍...........................................................................................

1974.2

应用案例

1

........................................................................................

2014.3

应用案例

2

........................................................................................

2044.4

应用案例

3

........................................................................................

2055

数字化微扰动压沉工艺（压沉工艺

3.0

版）.................................................

2095.1

工艺介绍...........................................................................................

2095.2

应用案例...........................................................................................

2176

技术成果.....................................................................................................

2197

推广价值.....................................................................................................

2217.1

创新点...............................................................................................

2217.2

应用前景...........................................................................................

2218

未来展望.....................................................................................................

2219

参考文献.....................................................................................................

222世博文化公园生态环境营建新技术世博文化公园生态环境营建新技术1

项目概况.....................................................................................................

2272

总体设计策略..............................................................................................

2282.1

城中有景，景中有城的整体架构（图

2-1）

.......................................

2282.2

特色鲜明，互融互通的功能布局........................................................

2282.3

绿色出行，立体多维的交通系统........................................................

2292.4

七彩森林，春花秋色的景观设计........................................................

2292.5

延续现有，融合消隐的建筑设计........................................................

2302.6

互联互通，站城一体的地下空间........................................................

2302.7

以人为本，回归自然的灯光设计........................................................

2312.8

资源整合，便捷舒适的智慧公园........................................................

2312.9

蓝绿交织，全域系统的海绵城市........................................................2312.10

统一管理，区域联动的运营方式......................................................2313

生态环境营建新技术....................................................................................2323.1

超大城市再生型中央公园山体建造关键技术

......................................2323.2

超大城市再生型中央公园长效水质保障关键技术...............................2343.3

超大城市再生型中央公园生态冠层再生营建关键技术........................2353.4

超大城市再生型中央公园全生命期智慧管控关键技术........................236世博文化公园-上海大歌剧院1

工程概况

.....................................................................................................2381.1

建筑概况

...........................................................................................2381.2

室外双螺旋楼梯建筑特点...................................................................2392

室外双螺旋楼梯结构体系与布置..................................................................2402.1

A

区悬挑区结构方案..........................................................................2402.2

B

区结构方案.....................................................................................2422.3

C

区结构方案.....................................................................................2423

双螺旋壳体结构设计....................................................................................2433.1

B2

区厚壳承载力校核........................................................................2433.2

B1

区厚壳承载力校核........................................................................2444

缓粘结预应力

UHPC

悬挑梁设计.................................................................2454.1

截面设计

...........................................................................................2464.2

单梁

SOFISTIK

分析..........................................................................2474.3

实体单元结构分析.............................................................................2494.4

试验研究

...........................................................................................2505

结语

............................................................................................................252世博文化公园-上海温室1

工程概况

.....................................................................................................2542

项目创新技术

..............................................................................................2582.1

主体结构与幕墙一体化设计创新........................................................2582.2

张弦铝合金网格结构体系创新设计

....................................................2612.3

新型“日”字形铝合金截面开发及应用

.............................................2632.4

悬挂铝合金屋盖温室结构...................................................................2642.5

自然通风

...........................................................................................266上海世博文化公园-双子山1

项目概况.....................................................................................................

2702

结构主要特点..............................................................................................

2713

结构体系.....................................................................................................

2723.1

边界条件、实体堆土和结构空腔相结合的造山方式

...........................

2723.2

结构方案比选....................................................................................

2744

地基基础.....................................................................................................

2794.1

场地条件...........................................................................................

2794.2

地基基础设计....................................................................................

2795

整体结构计算分析（C

区为例）

..................................................................

2815.1

C

区概况

...........................................................................................

2815.2

抗震设防目标....................................................................................

2825.3

计算结果...........................................................................................

2836

业化专篇、装配式结构介绍.........................................................................

2876.1

预制装配式指标、预制范围介绍........................................................

2876.2

预制率统计........................................................................................

288SAM

新技术及

VSM

新装备1

概述及背景

.................................................................................................

2911

VSM

超深地下空间开发新装备....................................................................

2912

SAM

机械掘进悬吊拼装竖井施工新技术流程

..............................................

2942.1

原理..................................................................................................

2942.2

工序..................................................................................................

2943

新技术、新装备、新工艺的突出优势

..........................................................

2984

典型应用.....................................................................................................

3014.1

南京儿童医院沉井式停车库...............................................................

3014.2

盾构、顶管工作井（地铁、水务、电力隧道等领域）

........................

3045

潜在应用及未来展望

...................................................................................

3055.1

VSM

装备及

SAM

新技术在水务工程中的应用场景...........................

3065.2

地铁通风井、紧急逃生井、出入口....................................................

3085.3

核心城区地下智能立体停车库的全国布局

.........................................

3086

结论............................................................................................................

309XI城市轨道交通全自动运行技术1城市轨道交通全自动运行技术1 城市轨道交通全自动运行发展概况1.1

国外发展概况自

1983

年全世界第一条全自动运行线路法国里尔

1

号线的开通运营，全自动运行线路一直保持着高速增长。根据国际公共交通协会（简称

UITP）2019

年4

月发布的统计报告：新加坡、吉隆坡、迪拜、温哥华、里尔、首尔、釜山、巴赛罗那、巴黎、仁川等十多个城市已开通全自动运行线路，未来全球新建线路中将有

75%采用全自动运行系统，改造线路中也将有

40%采用全自动运行系统。据不完全统计，截止

2022

年底，全球已有

42

座城市开通运营

64

条全自动运行线路。全自动运行线路最初适用于小运量线路（低于

300

人/列车），列车多采取胶轮。据

UITP

统计在

2009

年之前，全世界范围内超过

350km

的全自动运行线路采用的是中（300-700

人/列车）、小运量，而采用大运量（大于

700

人/列车）的全自动运行线路不超过

50km。随着时代的进步、运营压力的提升和网络化运营，城市轨道交通对于效率的要求越来越高。全自动运行技术水平随之逐渐提升，城市轨道交通管理结构和管理水平不断改善提升，全世界首条大运量城市轨道交通全自动运行线路新加坡东北线（高峰容量

4.2

万人次/小时）于

2003

年

6

月正式投运。随着全自动运行技术成为城市轨道交通选择的潮流，大运量、多编组的全自动运行线路逐渐被认可。近十年，采用大容量的全自动运行线路较

2009

年之前增加约

46%，总线路长度增加约

300km，其中包括国内首条

GOA4

等级高密度大运量的全自动无人驾驶线路上海地铁

10

号线，线路最高日客运量更是超过了

100

万人次。1.2

国内发展概况1996

年开通的台北文湖线是国内首条全自动运行线路，也是台湾最早开始营运的捷运路线，属于中运量胶轮捷运系统。此后随着台湾的新北环状线、台中捷运绿线，香港的迪士尼线、南港岛线、澳门轻轨氹仔线等线路陆续投入运营，港澳台地区均已开通全自动运行系统。中国大陆地区最早开通的全自动运行地铁为

2010

年运营的上海地铁

10

号线，该线开通初期由司机手动驾驶，经过分阶段调试于

2014

年正式开始全自动运行。截止

2022

年底，中国内地共计有北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、武汉、南京、成都、苏州、宁波、南宁、济南、太原、芜湖等

15

市开通了全自动运行2城市轨道交通全自动运行技术线路，共计

30

条，已形成

716.83

公里的全自动运行线路规模。其中

2022

年开通了

162.46

公里全自动运行线路。截止

2022

年底，中国内地有北京、上海、深圳、广州、武汉、郑州、太原等

21

座城市正在建设全自动运行系统轨道交通线路共计

42

条，1354.76

公里。据

UITP

数据统计，到

2030年，全球城轨全自动运行的线路公里数较

2018年底将增加

3

倍多，其中大部分增长源于中国。由此可见，未来

10

年将是我国城轨全自动运行系统迎来全面爆发的黄金发展阶段，这也将给轨道交通建设与产业发展带来广阔的空间。由于客流规模差异，全自动运行系统被引入中国大陆后，车辆制式由中低运量为主发展为高运量为主；由胶轮系统为主发展为钢轮钢轨为主。诸如远程控制列车、远程故障处置、自动开关车站等系统功能也随着运营需求不断推陈出新。1.3

上海发展概况随着

2021

年

12

月

30

日上海地铁

14

号线、18

号线一期北段的开通运营，上海地铁迈入了超过

800

公里超大规模网络和高质量发展的新征程，其中有

5

条轨道交通线路实现了

GoA4

等级的全自动运行，运营里程达到了

167

公里，位居全球之首。上海地铁

10

号线是上海采用全自动运行技术的第一条线路，于

2010

年

4

月开通运营，2014

年

8

月开通全自动运行功能。10

号线实行全自动运行之后已运营近十年在全自动运行系统的功能磨合和管理能力提升方面积累了丰富的经验，也为后续新线采用全自动运行技术、推行全自动运营管理模式奠定了基础。如2020

年至

2021

年期间开通的

15

号线、18

号线和

14

号线的系统功能、运营一体化管理、多职能队伍运作等均是在

10

号线基础上“发扬光大”，上海地铁已开通运营的全自动运行线路基本情况如表

1-1

所示。表

1-1上海地铁已开通运营的自动运行线路自动化等级线路运营里程（km）开通时间全自动运行模式开通时间列车值守方式GoA410

号线45.032010.04.102014.08.09有人18

号线36.112020.12.262020.12.26有人15

号线41.732021.01.232021.01.23有人14

号线38.202021.12.302021.12.30有人浦江线6.292018.03.312018.03.31无人GoA317

号线34.772017.12.302017.12.30有人5

号线32.692003.11.252018.12.30有人3城市轨道交通全自动运行技术上海轨道交通

5

号线和

17

号线的自动化等级为

GoA3,目前列车监护采用有人值守，也就是

DTO

模式运营；而上海轨道交通

5

条自动化等级为

GoA4

的全自动运行线路中，均具备无人值守的功能，但只有小运量的浦江线实施了列车无人值守，其余

4

条大运量线路均安排了多职能队员（列控）在车厢内进行巡视监护。根据未来的建设计划，

上海地铁既有线信号大修更新改造时计划升级到GoA3

全自动运行系统，新建线路拟将采用自动化等级最高的

GoA4

全自动运行系统。由此可见，未来上海地铁全自动运行线路规模将呈现快速增长态势，全自动运行技术也将在上海地铁的发展过程中留下浓墨重彩的华章2 全自动运行关键技术及应用2.1

列车自动化运行控制技术城市轨道交通全自动运行在全线路段采用的是无人驾驶模式，根据自动运行系统的运营场景和功能需求，需要列车具有高可靠的自动化控制技术。列车运行自动化控制技术主要体现在列车正常运行全过程的自动化、非正常情况下的快速恢复、应急场景下的多专业联动。列车运行全过程的自动化是指在正常运营情况下，由自动化设备取代司机，自动驾驶列车在车辆基地和正线运行。故障场景下自动处置是指由于设备故障等原因，造成列车不能按运行图正常运营，但又不危及乘客生命安全和严重损坏车辆等设备的情况下，城市轨道交通运输系统能够维持降低标准运行的状态。应急场景下多专业联动是指当发生自然灾害、运营突发事件等已经导致或可能导致事故发生或设施设备严重损坏的情况下，信号、车辆、供电、机电等系统联合动作，为中央调度员提供充分的监控信息，便于调度员快速处置。2.1.1

全过程自动运行技术列车在正常情况下的全自动运行作业流程如图

2-1

所示。每天运营开始前，控制中心能够根据列车出库计划，分批次将休眠状态的列车唤醒，车辆收到唤醒命令后，触发车上各设备系统上电和综合自检，综合自检除检查车辆系统相关设备外，还检查列车运行相关的控制设备状态（如信号的车载控制器、车辆的牵引制动系统等）、运营服务相关的机电设备状态（如车门、空调、照明、通风、广播、乘客对讲系统、车载信息系统等）和运营安保相关设备的状态（如视频、温感、烟雾探测器等）。城市轨道交通全自动运行技术4图

2-1全自动运行系统作业流程自检通过的列车将进入待命状态，系统会根据当日的出库计划自动发车，当列车出库后自动运行至转换轨停车，对列车运营服务相关设备状态进行切换，如通风、照明和空调等。列车从转换轨进入正线后，将自动根据运行时刻表进行“发车、区间运行、进站停车、开门、关门、发车”动作，直至运行时刻表中该车当天运营任务结束。在当天任务结束的前一个车站，系统将自动启动清客程序，通过列车广播和车载信息提醒乘客注意该车即将退出运营，并在最后一个车站进行清客作业。当清客结束后，列车自动进入车辆段库线或正线停车点停车，当系统判断列车具备休眠条件后实施自动休眠操作，列车休眠前能够自动记忆列车的状态信息，在休眠过程中持续监控休眠情况，等待新任务的唤醒。休眠唤醒功能可以有助于实现列车运行过程的全自动化。改变了原本司机从库内上车的方式，可选择在离家较近的车站登车，降低了司机的劳动强度，增加其休息时间，车辆基地的司机公寓或休息室也可随之减少甚至取消。同时列车在正线休眠过夜也可节约能耗，并减少车辆基地的规模。在全自动运行场景中，列车洗车作业也是全自动化的，全自动洗车相比传统洗车，具有高可靠性、高安全性、高自动化程度的特点。当列车根据作业计划或设置的目的地自动运行至洗车库前，车载控制器向洗车机发送洗车请求，收到洗车机的确认回复后，车载控制器向车辆发送洗车模式及牵引命令，待列车就位后开始洗车作业；在洗车作业的过程中，车载控制器控制列车定点停车及折返换端，完成列车的清洗；洗车完成后，车载控制器控制列车出清洗车库停车点，列车停稳后退出洗车模式，系统再根据洗车作业计划自动触发回库进路，列车自动回库。2.1.2

故障场景下自动处置技术城市轨道交通全自动运行技术列车运行自动化控制技术能够使得轨道交通运输系统在非正常情况下快速恢复，GB/T

30012-2013

中对“非正常情况”定义为：“因列车晚点、区间短时间阻塞、大客流以及设备故障等原因，造成列车不能按运行图正常运营，但又不危及乘客生命安全和严重损坏车辆等设备，整个系统能够维持降低标准运行的状态”。在这种情况下全自动运行系统除具备普通系统应具备的等间隔运行、在线时刻表调整等应对非正常情况的功能外，还需要考虑在系统出现非安全功能相关的异常情况下尽可能使系统快速恢复正常。常见的列车非正常情况下的快速恢复技术措施有：列车自动重新对位停车当列车因各种原因在站台不能精确停车时，将会影响列车车门和站台门的打开，进而影响乘客的上下车，导致大范围的晚点。为避免或降低这种情况的出现，当列车不能精确停车时，全自动运行模式下的列车具备在站台自动重新对位停准的能力，根据列车距离当前停车点的距离，自动启动车辆的轻制动模式，采取缓慢式跳跃方式，尝试使列车精确停车。若列车在尝试精确停车后达到了目标停车点，则联动开启车门和站台门；若尝试数次后仍停不到位，则列车可自动跳停至下一站台，以减少对运营的影响。蠕动运行正常情况下车载控制器与牵引制动系统协调控制列车自动运行，若车载控制器与牵引制动系统间的通道出现问题，即列车控制和管理系统（TCMS）故障，或车载控制器与

TCMS

通信故障，列车将因失去控制而自动停车。若列车停在区间，将不得不采取派司机上车或救援等措施，将对线路运营造成重大影响。为避免出现这一情况，全自动运行列车可向中央调度员发送蠕动模式请求，中央调度员可远程授权列车以蠕动模式继续运行。蠕动模式是一种降级的全自动运行模式，在车载控制器与TCMS

主要通信通道中断的情况下启用备用的硬线接口，确保列车仍有基本的安全保障措施，能限速运行到就近站台并清客，由站台工作人员登车处理故障。远程限制运行全自动运行列车由于某些原因（如丢失信标、车载控制器重启等）丢失定位，正常情况下如果列车无法提供位置信息，也就无法获得有效的移动授权，列车会因此紧急停车无法继续运行。若列车停在区间，则需要派遣司机登车转为人工限制模式以电话闭塞的方式行车，直至恢复定位后才能升级为全自动运行模式。为避免出现这一情况，全自