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北横通道技术篇 | 三次“极限穿越” 北横通道西段建设充满挑战
2021-7-30
2021年6月18日,上海北横通道西段工程顺利通车。这条中心城区北部东西向小客车专用通道,自中环北虹路立交到天目路立交文安路接地点10.9公里路段,在广大城市建设者们的辛勤努力和无私奉献下,经过6年多的建设,一朝铸就,已全面完工并投入使用。来自中环或北翟路地道的车辆,按60公里时速计,15分钟内就可横跨长宁、普陀、静安三个行政区,到达海宁路文安路接地点,形成了一条新的东西向交通主动脉,有效缓解延安路高架和内环北段的交通压力,对提升沿线商区活力和方便周边居民出行起到积极作用。
北横通道西段主线盾构沿线经长宁、普陀、静安3个行政区,总计下穿89处共108栋建筑,穿越5条轨道交通,4次穿越苏州河,采用外径15.56米泥、水、气平衡盾构机施工,是对广大建设者的巨大挑战,堪称盾构穿越的“百科全书”,是目前国内穿越市中心城区隧道直径最大、长度最大的双层道路隧道工程。
盾构从2016年12月始发,到2019年10月接收,历经34个月,“纵横号”盾构完成了多项“急、难、险”穿越任务,包括三次“极限穿越”——近距离穿越百年兆丰别墅群及运营的轨道交通7、11号线等,作为上海乃至全国范围内首条在复杂环境下横穿市中心的超大直径城市快速道路,北横通道的建设之路充满荆棘与挑战,最终在全体建设者的共同努力下实现了隧道的顺利贯通。
“纵横号”盾构在城市密集区穿越,沿线穿越了89处共108幢各种不同类型的建筑物,包括居民住宅、高层办公楼、变电站、地下车库等,数量之多为国内大型盾构隧道之最。特别是众多建筑中还包括了有近百年历史的兆丰别墅群。兆丰别墅建筑群为砖木结构,年代久远,结构稳定性较差,北横通道外径15.56米的超大直径盾构在建筑群下方“急转弯”式穿越,为保证穿越万无一失,穿越前对房屋进行检测,建立风险控制模型,利用临近40环盾构地面沉降数据,标定盾构机操作参数;穿越中对涉及房屋、地表进行自动化实时沉降监测,实时调整施工参数;穿越后跟进评估,土体及构建筑物等各项参数均表现良好,穿越两年多以来,房屋未产生沉降开裂。
北横通道全线共13次穿越/跨越轨道交通线路,西段工程已完成9次穿越,其中北横通道主线盾构下穿11、7号线运营轨道交通区间隧道是目前国内下穿运营轨道交通区间隧道中盾构直径最大的工程。两次穿越运营轨道交通区间隧道竖向净距分别为7.06米及7.16米,通过准预测、稳推进、精保障等系列新技术综合运用,确保轨道交通运营未受任何影响,成功实现连续快速穿越。穿越技术获2019年上海市科技进步一等奖。
准预测
1971年,上海建成首条打浦路隧道,历时近五十年的产、学、研、用研究,上海针对软土地基超大直径盾构掘进、地面既有建构筑物沉降控制问题,已积累了丰富的经验。以地层损失率为导向,以地上地下数据实时联动控制为思路,通过原理、技术、装备及平台体系化创新,形成了盾构隧道穿越对周边环境影响的精确预测理论及方法,提出了软土地区超大直径盾构穿越定量控制指标。
稳推进
研发了盾构隧道穿越沉降控制参数实时量测技术与装备,其中车架随行式盾构壁后注浆雷达实时检测装备填补国内外空白,准确率90%,实现了盾构穿越沉降控制关键参量的实时感知。
精保障
建立了盾构隧道穿越微沉降精益控制技术与平台,综合深度学习方法及大数据预测模型,协同材料及工法创新,实现15m级大直径盾构沉降总量小于20mm。实现了盾构穿越敏感建构筑物影响可判、施工关键参量实时可知及环境影响风险经济可控,解决了软土地区盾构近距离穿越微沉降控制难题。
超大直径盾构在国际、国内首次下穿运营中的轨道交通隧道,与7、11号线两者净距7米。在市委市政府的关心支持下,市交通委、申通集团、市公安局、轨交沿线各区做好了充分应急预案。上海城投积极组织参建各方紧密协作,精细化管理,根据地铁每5分钟更新的实时监测数据,24小时动态管控盾构所有参数,同时组织行业内最顶尖的盾构专家成立咨询专家小组,穿越地铁期间轮班24小时随时“会诊”,确保了穿越任务顺利完成、轨交安全运营,穿越过程中轨交隧道变形量从首次的14毫米提升到第二次的5毫米,远远低于申通集团提出的20毫米控制标准。