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1、1 工程概況 上海軌道交通10號線溧陽路曲陽路區間隧道穿越四平路上的沙涇港橋樁基。 沙涇港橋位于四平路曲陽路交叉口南側100 m左右。該橋為三跨簡支結構,跨徑組合為6 m+14 m+6 m,橋梁總寬30 m。橋梁梁底標高5.0 m。橋梁上部結構邊跨為520 mm的鋼筋混凝土空心板,中跨為820 mm的預應力混凝土空心板。橋臺為排架式,每只橋臺用14根400 mm400 mm長27 m鋼筋混凝土預制方樁,橋墩為實體柱式高樁承臺,每只橋墩用23根400 mm400 mm長26 m鋼筋混凝土預制方樁,樁基持力層均為暗綠色硬土層。 沙涇港是虹口港水系中的一條支流,擔負著虹口區沙涇港兩岸防汛排水的任務以2、及虹口港水系的調水沖污的作用。沙涇港上游南接虹口港,下游北通走馬塘,全長約6.5 km。四平路沙涇港橋,距虹口港約2.0 km,至走馬塘約4.5 km,該處河口寬35 m,河底標高約為0.2 m。2 工程地質情況 根據工程地質勘察報告,沙涇港橋所在處的地質情況大致可分為以下幾層: 第一層:1.163.8 m不等的填土,其中含煤屑、石子等; 第二層:為灰黃灰色黏質粉土夾粉質黏土,有黑色腐殖質,約8.85 m厚,夾有大量黑色淤泥質土,似河浜現象; 第三層:灰色砂質粉土,屬中壓縮性土,約2.35 m厚; 第四層:灰色淤泥質黏土,屬高壓縮性土,含有白色僵塊、黑色腐殖質,約3.2 m厚; 第五層:灰色黏3、土,屬中壓縮性土,7.8 m厚; 第六層:暗綠草黃色粉質黏土,屬中壓縮性土; 第七層:草黃灰色砂質粉土。 盾構通過沙涇港橋時,盾構頂部標高為-6.00-7.00 m,盾構穿越部分土體為灰黃灰色黏質粉土夾粉質黏土、灰色砂質粉土、灰色淤泥質黏土。盾構覆土厚度78 m。盾構底部距離1層層面有12 m。適宜采用氣壓工法輔助施工。 擬建場地地下水主要有淺部粉性土層中的潛水,深部粉性土、砂土層中的承壓水。據區域資料,承壓水位一般低于潛水位。淺部土層中的潛水位埋深,離地表面0.31.5 m,年平均地下水位離地表面0.50.7 m。深部承壓水位(第層),埋深在311 m之間,通過現場試驗測得第1層承壓水水位埋4、深為5.9 m。3 管線情況及周邊環境 通過沙涇港橋的管線眾多,周邊建筑物林立。比較重要的地下管線見表1: 距離橋梁最近的重要建筑物:橋西南側有一新建高層,其角部距離道路邊線11 m。橋南側15.2 m、距四平路邊線4.69 m為單層四平泵站一座。橋東南側為居民小區。橋東北側為一座4層磚混樓房。橋北側為擬建10號線曲陽路車站南端頭井,西北側曲陽路口為華西證券大廈。4 施工方案比較及確定4.1 施工工藝及工期比較 方案一,首先在原橋梁兩側搭建兩座臨時便橋以供四平路上行人車輛通行,同時對通過沙涇港橋的所有管線進行搬遷。然后對原沙涇港橋進行完全拆除并拔除樁基,最后再修建新橋。但由于橋周邊場地十分有限5、,如若搭建臨時便橋必須對橋西南新建辦公樓以及橋東南居民小區部分居民房進行拆除,這將大大增加工程量并造成極大經濟損失。如不搭建便橋而采取直接封路拆除舊橋將在很長時間內影響四平路的交通,取舍十分困難。根據相關資料及樣溝開挖情況來看,過沙涇港橋管線極為繁多,搬遷過程復雜且時間很長。以上所有施工工藝均為成熟工藝,總工期約為1 2個月。 方案二,先在橋四周進行擋土圍護以及臨排施工,之后將圍護范圍內河水、淤泥進行抽除,然后澆筑托換結構。當盾構推進至橋下時對影響樁基進行爆破松動清除以使盾構順利穿越。橋梁基礎托換施結合氣壓法盾構穿越施工屬于新型施工工藝,在國內外使用較少,在上海地區尚屬首次,此種工藝施工方法復6、雜,具有較大難度并且風險較大。但經過仔細的實地勘察以及制訂詳細的施工方案可以將施工風險降到最小。總工期約為1 3個月。4.2 對周邊環境影響比較 方案一,在整個沙涇港分兩部分圍堰施工,不影響沙涇港通水。由于施工作業面位于地面,對周邊小區居民可能造成噪聲及燈光影響。在舊橋拆除前搭建臨橋可以一定程度地保證四平路的使用,但周邊建筑與沙涇港橋間距過小,唯一的解決方法是進行臨近建筑的拆遷,成本高,難度大。 方案二,只有在進行橋臺兩側高壓旋噴加固時會對交通造成一定影響,但由于加固分四部分分段施工,每段施工時只影響到一條車道,對交通影響很小,足以滿足四平路上正常的交通需要。托換施工過程中采用了臨排措施,對沙7、涇港的正常通水不造成影響。同時由于土體圍護施工作業面較小、爆破施工在地下進行,所以對周邊環境影響很小。4.3 風險比較 方案一,是常規施工工藝,雖然工藝較成熟、風險較小,但在整個施工過程中沒有任何工藝創新,對以后同類情況的解決沒有什么太大貢獻。 方案二,是非常規施工工藝,在國內外采用較少,施工過程中有一定風險。但此種方法有較高的學術價值,通過對在施工過程中遇到的各種情況的解決和總結,可以極大地彌補我們在基礎托換專業領域內的空白。4.4 施工成本對比 根據專業部門預算統計,方案一和方案二工程施工本身成本基本相同,均為2 000萬左右,但由于處理過橋管線方法不同,使管線處理成本有較大不同。方案二在8、施工過程中不需要對管線進行搬遷,只需對管線進行保護,保護成本很低。采用方案一則必須對所有管線進行搬遷,通過與相關部門咨詢后確定,僅管線搬遷費就要多化1 000萬。另外,四平路是上海市主干道,要保證車輛的正常運行,方案一搭建臨時便橋需拆遷臨近建筑,這將大大增加工程成本。4.5 施工方案的確定 通過以上幾個方面的對比,可見采用拆除老橋再建新橋的方法施工流程較為復雜、所需設備多、工程費用較大,而采用方案二雖然具有一定的風險,但在各方的努力下,可以將風險降到最小,同時在多方面優于方案一,故我項目部優先推薦采用方案二進行施工。5 托換施工難點及解決5.1 施工場地空間狹小 沙涇港橋位于上海市中心,周邊緊9、挨居民小區,高樓林立,道路縱橫,施工場地空間狹小。同時沙涇港橋兩側人行道上及欄桿外側密排電話、電纜線、上水管以及煤氣管,沙涇港橋上空架有公交拉線及大量電纜線,高度不足5 m,這些管線在我項目部施工時都將保留在原位,對我部工程的施工造成了極大的困難。 為解決以上困難,我項目部連同相關部門首先對施工空間高度有要求的機械進行改造,如鉆孔機、旋噴機等,使其垂直高度不超過5 m,以滿足現場高度需要;其次我們對施工進度計劃進行了十分詳細的細化,加大施工器材進出場的頻率,盡量保證在同一時間段內只有正在運轉的器械留在原地,其它的則暫時運出,給施工現場留下足夠的空間;另外,經過仔細的前期準備,我們工作人員在現場10、指揮操作工人充分發揮見縫插針的水平,根據施工現場的已有條件,充分利用每一寸的空間,以克服施工空間小的困難。5.2 管線保護難度大 現場管線眾多,由橋上經過的管線有的采用預埋鋼管穿插通過,有的則采用直埋法通過,在采用高壓旋噴加固的過程中由于會對土體造成一定的擾動從而引起土體的變形,有可能對管線造成一定損壞,其后果是無法估量的(圖1)。橋上空架空線也十分密集并且高度較低,由于我們進行鉆孔、旋噴以及吊插型鋼等操作都會處于架空線下,如若操作不當就有可能對架空線造成破壞,影響電力供應及電話通信。 為避免以上事故發生,我項目部在施工前首先在施工位置開挖2 m深的樣溝,不但可以對管線的真實情況更為了解,還可11、以有效釋放加固時產生的土體壓力,保護管線;其次用薄鋼板焊成箱涵圍在管線四周并用鋼索騰空懸吊,用以防止高壓注漿進入管線間縫隙以及保證管線結構安全;上空架空線由于無法搬移,我們做了詳細的應急預案,在施工過程十分注意器材與架空線之間的間距,以防損壞電纜。5.3 臨時排水施工 由于沙涇港是虹口港水系中的一條支流,擔負著虹口區沙涇港兩岸防汛排水的任務以及虹口港水系的調水沖污的作用,根據上海市水務局的要求,該河道不可斷流以保證虹口港水系的調水功能。 為盡量減少對虹口港附近流域的環境影響,在進行本工程臨排鋼管敷設施工時擬投入足夠數量的機械、設備、材料、人員,以加快施工進度。 臨排施工在圍堰施工完成2/3后進12、行,采用6臺軸流潛水泵(上游2臺,下游4臺)及700 mm、壁厚6 mm鋼管進行調水。施工時在兩側圍堰外1.5 m處、靠近兩側防汛墻邊各搭設2只墩臺(頂標高3.8 m),用60#槽鋼架于墩臺之上作為軸流潛水泵工作平臺。 圍堰內西側、防汛墻邊各搭設3只墩臺,圍堰內東側、防汛墻邊各搭設2只墩臺作為鋼管支撐,墩臺標高2.5 m,臨排鋼管共設4道,鋼管9 m一節,電焊連接,連接處另用鋼套管加固保證接縫處不斷裂、不漏水。由于施工需要,臨管將在橋下進行翻排,臨管翻排施工在保證另3根調水功能的前提下依次進行。5.4 樁基進行地下爆破 采用全斷面氣壓盾構施工遇到樁基需將影響頂進部分的樁基截斷,樁基清除必須在帶13、氣壓的開挖面上進行,如采用人工截斷工作,工作效率低,施工速度慢。所以采用松動爆破結合人工截斷鋼筋的方法。但必須控制好爆破震動和爆破飛石,還需要解決較快的人員撤離,爆破氣體的外泄等技術細節問題。 爆破震動的控制,采用控制爆破單耗(藥量),及采用毫秒延遲控制,每段爆破的總藥量可以將爆破震動控制在極小量級5 cm/s,不會對盾構產生危害。對飛石控制,采用控制藥量,適當加以遮擋,飛石不會對盾構產生危害。6 結語 隨著地下工程越來越廣范的應用,需要更多的新型成熟的工藝來支持地下工程的施工。橋梁基礎托換施工結合氣壓法盾構穿越過樁施工工藝在目前尚屬新興技術。沙涇港基礎托換工程作為一個科研項目,通過我項目部的努力以及相關部門的大力協助,初步形成了一整套基礎托換結合盾構穿越技術,將在更大的范圍內獲得推廣。