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横贯上海“大动脉”——上海北横通道新建工程II标
2021-03-01
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北横通道工程是在上海市核心区建设的长距离、大规模的特大型市政工程项目,尤其是北横通II标,为近8km全地下段,主体部分采用直径15.56m的泥水气平衡盾构掘进施工,是整个北横通道的咽喉段。


工程名片

上海北横通道新建工程II标•中国


2014-2020年建设

建设单位:上海城投公路投资(集团)有限公司

设计单位:上海市政工程设计研究总院、上海市隧道工程轨道交通设计研究院

施工单位:上海隧道工程有限公司

盾构设备:德国海瑞克直径15.56m泥水气压平衡盾构机


工程概况

北横通道西接中环北虹路立交,东至内江路,全长19.1km。Ⅱ标全长7788.77m,主体部分(约6.4km)为盾构隧道,从中江路工作井始发,至筛网厂工作井接收,按“单管、双层、双向、6车道”布置,采用1台Φ15.56m泥水气压平衡盾构机——“纵横号”施工。


地质水文


盾构隧道穿越的主要典型地层有⑤1粉质黏土层和⑦2粉细砂层,上覆地层主要有填土层、砂质粉土层和灰色淤泥质黏土层。

技术亮点

大盾构转小弯

隧道曲线段占比80%,其中50%的线路转弯半径小于600m,最小转弯半径500m的线路占比34%,属“国内首次、世界少有”。急曲线转弯给盾构装备选型、管片结构设计、止水的密封性、施工风险的防控等诸多方面提出了极大的挑战。


1)盾构针对性设计

为了适应急曲线,选择了固定式盾尾,并对机头及后配套车架采取紧凑型设计,将机头设计为锥形,前盾、中盾和尾盾直径依次减少3cm,增加盾构灵活性;在刀盘周边配备一定数量的超挖刀,应对急曲线转弯;盾构配备10点注浆,满足同步注浆需求。


2)管片设计

鉴于北横通道的线形复杂,衬砌采用了楔形量为4cm和8cm的2种通用管片,分别应对直线段和转弯半径大于1000m区段、转弯半径小于600m的区段。


成形隧道表观质量良好,管片无渗漏、碎裂,无明显环高差。


盾构极限穿越


北横Ⅱ标盾构隧道先后与3处运营轨道交通线路交叉,沿线穿越房屋建筑物89栋,其中下穿30栋,侧穿59栋。施工单位通过一系列技术措施,完成一次次“极限挑战”。

1)“急转弯式”穿越

盾构机始发后掘进100m进入兆丰别墅区,该别墅建于上世纪30年代,房龄超过80年,基础相对较差,在穿越建筑群的同时还面临R500急曲线、浅覆土、不利地层等多种风险叠加,施工难度极大。


技术人员事先对房屋进行检测并建立风险控制模型,同时利用穿越前的前40环作为试验段拟定操纵参数;正式穿越期间,每推进一环,都由第三方监测单位对影响范围内房屋、地表进行沉降监测,并实时调整下一环的施工参数。穿越后土体及建构筑物等各项参数均表现良好,地层损失率仅为2‰。



2)“交叉式“穿越施工


盾构先后与多处轨道交通线路交叉:下穿正在运营的轨道交通11号线隆德路站—江苏路站区间隧道,两者最小净距离为7.06m;下穿轨道交通7号线,竖向净距为 7.16m,同时还需穿越周边亚新生活广场等高层建筑及诸多复杂市政管线。通过实时监测和控制沉降、变形,确保交叉式穿越施工顺利完成。



明挖段关键技术


1)苏州河上造围堰

北横通道多处与苏州河存在交集,其中筛网厂接收井以西530m明挖段中长约 66m 为苏州河范围。通过方案比选后决定采用“轻型钢平台+拉森钢板桩”围堰施工。同时,引进高频免共振锤,达到文明施工要求。



2)上跨地铁“弹钢琴”

筛网厂段有长约246m的明挖段与轨道交通13号线江宁路站—汉中路站南线区间隧道呈小角度、长距离的上跨关系。隧道上方覆土约20m,基坑开挖深度约14m,即最大卸载比达到 0.7。为了将上跨段基坑施工对隧道的扰动控制在允许范围内,首先对盾构隧道进行门式加固,随后,对卸载比大于0.5的区段(长约100m)细分为11个小基坑,采用“弹钢琴”法施工,即每次只开挖其中 1个或几个小坑。


最终,整个基坑施工阶段隧道的最大上浮量为6mm,满足了对下卧地铁运行的保护要求。



打造智慧、绿色项目


1)清水混凝土应用

北横通道首次在上海地下快速路的内部结构中采用清水混凝土,对标日本等国际先进技术,省去了隧道装饰环节,经济、环保、简约但不简单。


施工方严格把关混凝土原材料质量、配合比选择、拌制及运输工序,并自行研制了整体移动式模板体系,实现了清水混凝土的“素颜之美”。



2)绿色施工工艺

在城市中心施工方环保施工要求很高,要做到在施工中对城市空气环境和交通的影响以及对沿途建筑物的扰动降至最低。


施工方采用低噪音、低振动、低扬尘的技术与工艺,如干粉砂浆在同步注浆中的应用,集成式、模块化的泥水分离系统与弃土资源化利用以及预制化拼装技术等,打造“绿色北横”。




施工情况介绍


北横通道盾构“纵横号”直径15.56m,自2016年12月从中江路工作井始发;2017年12月28日,“纵横号”进入中山公园中间井,完成了第一段隧道(2.8km)掘进。经过在中间井内的维修保养与平移,于2018年6月10日二次始发,2019年10月28日在筛网厂工作井接收。


北横通道“纵横之旅”


2014年12月26日,工程正式开工



2015年5月1日,首节钢筋笼吊装

2015年12月11日,基坑开挖

2016年12月26日,盾构始发



2017年6月13日,盾构连续穿越苏州河

2017年8月18日,完成首次超大盾构急转弯

2017年12月29日,盾构接收,完成第一段掘进



2018年11月28日,穿越运营中轨道交通11号线

2019年6月24日,穿越运营中的轨道交通7号线

2019年10月28日,“纵横号”盾构抵达接收井


结语


北横通道是上海市内环内“三横三纵”、“井”字形通道的一部分,将有效缓解延安高架和内环北段交通压力。北横通道的建设过程填补了我国超大直径盾构下穿中心城区密集建(构)筑物的技术空白,相关技术创新点及突破点将成为国内城市轨道交通建设的风向标,为城市地下空间的可持续发展夯实科学论证、探索实践的坚实基石。




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