4 280 mm大直徑鋼頂管銜接上海虹橋“能源心臟”施工中的EPC實(shí)踐與創(chuàng)新

周華林 王 瓊 陶雄驊 耿吳峰 徐光杰 李 敏 陸道淵 李國培 陳 果

1. 上海建工（集團(tuán)）總公司 上海 200080； 2. 上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072；3. 華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 上海 200041； 4. 上海市建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督總站 上海 200032；5. 梅耶博格國際貿(mào)易（上海）有限公司 上海 200062

1 工程概況[1]

上海虹橋商務(wù)核心區(qū)（一期）用地面積約1.4 km2，其中能源中心（一項(xiàng)兩站）南站建筑場地面積11 220.3m2，北站場地面積7 922 m2，配套市政管溝總長約3.95 km，管網(wǎng)總長16 km，工程范圍內(nèi)涉及11 個(gè)地塊的建設(shè)開發(fā)。為虹橋商務(wù)核心區(qū)（一期）工程地上建筑面積170 萬m2、地下建筑面積50 萬m2區(qū)域?qū)崿F(xiàn)集中供能服務(wù)。是上海新一輪“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)型發(fā)展”建設(shè)世界級(jí)的低碳排放商務(wù)社區(qū)，也是上海未來“智都”發(fā)展的重點(diǎn)和亮點(diǎn)。

2 頂管設(shè)計(jì)簡況[2]

管溝在已建申濱路、申長路、申虹路段及過新角浦河段采用頂管工藝，頂管分為鋼頂管、混凝土頂管（圖1）。鋼頂管內(nèi)徑4.2 m，共5 條，總長約412 m；混凝土頂管內(nèi)徑4 m，共7 條，總長約700 m。頂管通過工作井連接，南北區(qū)工作井各10 個(gè)，共20 個(gè)，工作井始發(fā)井一般平面尺寸為11.4 m×8.2 m，接收井平面尺寸為9.4 m×8.2 m，開挖深度在12 ～14.4 m。

圖1 混凝土（左）、鋼（右）頂管管溝斷面示意

3 工程特點(diǎn)、難題[3]

（a）“能源心臟”南站基地東側(cè)緊貼的上海嘉閔高架和新角浦河均屬城市高架及防洪堤岸的市重點(diǎn)保護(hù)監(jiān)控對(duì)象。并與亞洲最大、最繁忙的虹橋綜合交通樞紐為伴，建設(shè)用地位置與周邊環(huán)境特殊，周圍地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜。

（b）國內(nèi)最大外徑4 280 mm鋼頂管穿越新角浦河至能源中心南站地下室（圖2）。南站建筑占地面積5 509.4 m2，開挖面積5 135 m2，深基坑開挖深度17.7～17.9 m、局部深19.2 m，深基坑地下連續(xù)墻62 幅、周長321 m、厚1 m，兩墻合一結(jié)構(gòu)。若以南站建筑作接收井，需在結(jié)構(gòu)地下2層③～④軸深基坑?xùn)|側(cè)地下連續(xù)墻內(nèi)襯墻－15.2 m處預(yù)埋Φ4 580 mm鋼套環(huán)，為鋼頂管進(jìn)洞留置入口。因南站建筑為既有結(jié)構(gòu)，鋼頂管進(jìn)洞的防滲漏技術(shù)至關(guān)緊要。

圖2 鋼頂管穿越新角浦河至能源中心地下室示意

（c）“綠色能源心臟”首創(chuàng)分布式區(qū)域供能，建在商務(wù)區(qū)賓館、辦公樓、醫(yī)院等用電大客戶“家門口”，盛夏制冷，寒冬制熱，通過3.3 km管溝、16 km管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)輸送到各建筑群體，區(qū)域內(nèi)管線錯(cuò)綜復(fù)雜。

（d）4 280 mm鋼頂管單次頂進(jìn)長度100.75 m，須穿越新角浦河、穿越嘉閔高架承臺(tái)，路徑曲折，施工技術(shù)復(fù)雜。

4 EPC團(tuán)隊(duì)互動(dòng)合作，大膽實(shí)踐，探索創(chuàng)新

虹橋能源中心項(xiàng)目是上海首個(gè)以EPC項(xiàng)目管理交鑰匙的大型工程，由上海建工集團(tuán)、華東建筑設(shè)計(jì)研究院和上海市政設(shè)計(jì)研究總院組團(tuán)，以為業(yè)主提供“一條龍”全過程服務(wù)，即在合同規(guī)定的工期內(nèi)，向建設(shè)方交付“具有特定建筑效果及指定功能的成品”。

在能源中心地下管構(gòu)原設(shè)計(jì)方案中，為滿足南、北兩站交互要求，采用特大管徑鋼頂管井直通形式，為此擬在南站結(jié)構(gòu)地下2層③～④軸東側(cè)－17.7 m處增建一個(gè)鋼頂管接收井，并以與北站建筑相同的橡膠止水帶即軟型接口方式，處理解決接收井與地下室外墻之間結(jié)構(gòu)變形縫滲漏水問題（圖3）。

圖3 能源南站擬增接收井平面示意

但EPC團(tuán)隊(duì)在調(diào)查研究基礎(chǔ)上，經(jīng)綜合考慮后認(rèn)為紅線外征地再建既不科學(xué)，也不現(xiàn)實(shí)（因緊貼城市高架和新角浦河防汛堤岸）。并認(rèn)定再建一個(gè)接收井安全風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于防滲漏質(zhì)量問題。憑借EPC團(tuán)隊(duì)豐富成熟施工經(jīng)驗(yàn)， 決定直接利用南站地下室結(jié)構(gòu)取代鋼頂管施工的工作井，并就此多次專題研究鋼頂管銜接地下室外墻洞口設(shè)計(jì)和鋼頂管施工方式及防滲漏質(zhì)量的可靠性問題。最終深化設(shè)計(jì)解決了鋼頂管銜接地下室外墻洞口滲漏水問題，取得了結(jié)構(gòu)變形縫軟型-硬型-柔性接口創(chuàng)新的共識(shí)。

5 設(shè)計(jì)、施工優(yōu)化技術(shù)措施

5.1 出洞口周邊結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)

（a）在地下連續(xù)墻頂管出洞口周邊設(shè)置4 處加筋，每處各設(shè)6 根Φ28 mm鋼筋，長5 000 mm，以保證洞口開設(shè)后的混凝土強(qiáng)度。

（b）在鋼頂管出洞區(qū)域基坑外側(cè)采用Φ850 mm三軸水泥攪拌樁加固（圖4）。加固范圍為頂管通道周圍上下、左右各3 m，軸線方向3.25 m。

圖4 在鋼頂管出洞區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)

（c）在三軸水泥攪拌樁與能源中心地下連續(xù)墻接縫處增加Φ1 000 mm高壓旋噴進(jìn)行加固密實(shí)。

（d）在地下連續(xù)墻的內(nèi)襯墻（商品混凝土厚0.5 m）預(yù)埋管溝外圈Φ4 580 mm鋼套環(huán)。由于頂管出洞口鋼洞圈與管節(jié)間的單側(cè)理論建筑空隙為150 mm，因特大鋼頂管壁厚40 mm，外徑4 280 mm。且鋼頂管是電焊剛性焊接、整體性鋼度大、不易彎曲，故軸線修正、糾偏難度很高。所以在出洞前約30 m時(shí)要貫通測量精確測出頂管機(jī)的坐標(biāo)、標(biāo)高，并將頂管機(jī)接收架基座按軸線準(zhǔn)確定位安裝在洞內(nèi)。頂管機(jī)逐漸靠近洞口時(shí)，應(yīng)及時(shí)沿鋼洞圈鑿除洞門，并加強(qiáng)測量頻率，勤測勤糾，減小軸線偏差，頂管機(jī)頭出洞后即與機(jī)頭聯(lián)接管脫離，以確保頂管機(jī)頭順利取出。

（e）為避免發(fā)生頂管出洞過程中造成外部土體涌入接收井內(nèi)的嚴(yán)重事故，待快速推進(jìn)頂管機(jī)出洞后應(yīng)立即用月亮鋼板將頂管管節(jié)與鋼洞圈進(jìn)行焊接封堵，以減少水土流失（將預(yù)先加工好洞門弧度的月亮鋼板電焊拼接全部封住四周空隙），并通過月亮鋼板上的注漿孔對(duì)管節(jié)與鋼洞圈外的空隙用水硬性漿液進(jìn)行注漿填充。

（f）常規(guī)的出洞口處理均可硬型接口。如果鋼頂管通道與能源中心結(jié)構(gòu)發(fā)生不均勻沉降，洞口的防漏抗?jié)B質(zhì)量將難以確保。本工程將常規(guī)的硬型接口改成柔性接口，即用硅藻密封膠對(duì)管節(jié)與鋼套圈之間的空隙進(jìn)行填充，使洞口的防漏抗?jié)B質(zhì)量得到較好的保證。

（g）由停在±0.00 m室外地面便道上的汽車吊通過設(shè)備吊裝孔將頂管機(jī)頭吊離結(jié)構(gòu)地下2層地下室（設(shè)備吊裝孔位置、尺寸設(shè)計(jì)已兼顧頂管機(jī)頭吊離所需要的施工空間）。

5.2 出洞口硅藻密封膠柔性接口處理施工工藝

（a）先將出洞口按截面分為8 區(qū)段，由上而下割除臨時(shí)封堵的月亮鋼板，清理（鑿除）鋼洞圈與鋼管節(jié)間雜物、水泥漿固結(jié)物，清理深度按鋼洞圈厚度為標(biāo)準(zhǔn)。

（b）在洞口每個(gè)分段區(qū)清理施工中認(rèn)真查找漏水點(diǎn)，若發(fā)現(xiàn)漏水點(diǎn)立即采用XW-II（微膨脹）硅藻膠注漿封堵，由于XW-II（微膨脹）硅藻膠遇水后能迅速形成彈性固結(jié)體，阻止水源滲出，并可起到加固補(bǔ)強(qiáng)臨土面一側(cè)的土體（圖5）。

圖5 頂管進(jìn)出洞口硅藻膠封堵示意

（c）穿墻管與管節(jié)間空隙處雜物清理及滲漏止水完成后，應(yīng)保持清潔且無雜物。

（d）待所有區(qū)段月亮鋼板割除、管節(jié)與洞圈之間空隙雜物全部清除后，在洞口深入150 mm處設(shè)置彈性密封圈，圈上預(yù)埋4～5 個(gè)Φ50 mm、長500 mm型注漿管。而后采用手動(dòng)灌漿機(jī)通過預(yù)埋注漿管注入XW-II硅藻膨脹止水膠，施工順序由下而上，直至注滿為止。

（e）先在洞口150 mm空隙嵌填XW-III高彈硅藻防水膠，再在洞口表面處涂抹XW-I高彈硅藻防水密封膠（厚1～2 cm），增強(qiáng)密封性能及美觀度。

5.3 出洞門漏水時(shí)的應(yīng)急預(yù)防措施

（a）頂管機(jī)出洞后在頂管機(jī)完全脫離洞門時(shí)，在其洞圈與頂管機(jī)外殼之間會(huì)出現(xiàn)漏水，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)噴水。故在出洞時(shí)，現(xiàn)場應(yīng)準(zhǔn)備好麻袋、鋼板等堵水、防水專用材料，工具設(shè)備以作備用（圖6）。

圖6 外徑4 280 mm的鋼頂管出洞實(shí)景

（b）一旦頂管機(jī)脫離洞門，要馬上進(jìn)行洞門封堵，用預(yù)先加工好的洞門月亮鋼板將四周空隙全部焊接封住，再進(jìn)行注漿。同時(shí)加強(qiáng)地面監(jiān)測，若有塌方應(yīng)及時(shí)通報(bào)。

（c）當(dāng)出現(xiàn)小規(guī)模漏水時(shí)，可不做封堵，使頂管機(jī)快速前進(jìn)，以期在短時(shí)間內(nèi)推出洞門。若發(fā)生洞門噴水，可用水泥袋堵住水源，或用鋼板封住頂管外殼與洞門間隙，以減少涌水量，頂管機(jī)快速推進(jìn)，脫離洞門。

6 結(jié)語

本次虹橋能源中心“EPC”項(xiàng)目管理，成功利用南站地下室結(jié)構(gòu)空間取代頂管施工接收井，不僅從設(shè)計(jì)源頭改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)套路，施工中解決了兩結(jié)構(gòu)變形縫軟型-硬型-柔性接口的新型防滲漏問題，而且由于責(zé)任共擔(dān)，利益共享，組合單位之間得以齊心協(xié)力，精誠合作，使不少施工難題化彌繁于無形，真正體現(xiàn)了“設(shè)計(jì)施工一體化”的優(yōu)勢。目前，全國最大規(guī)模的虹橋商務(wù)區(qū)核心區(qū)（一期）區(qū)域供能“能源心臟”綠色建筑項(xiàng)目業(yè)已通過竣工驗(yàn)收。從工程質(zhì)量和節(jié)省投資兩方面來看，其EPC管理使業(yè)主和承包商均取得了良好的社會(huì)信譽(yù)和較高的經(jīng)濟(jì)效益，亦為今后類似工程提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗(yàn)。