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）總公司 上海 200080； 2. 上海市機械施工集團有限公司 上海 200072；3. 華東建筑設(shè)計研究院有限公司 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]

上海虹橋商務核心區(qū)（一期）用地面積約1.4 km2，其中能源中心（一項兩站）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 個地塊的建設(shè)開發(fā)。為虹橋商務核心區(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。是上海新一輪“創(chuàng)新驅(qū)動、轉(zhuǎn)型發(fā)展”建設(shè)世界級的低碳排放商務社區(qū)，也是上海未來“智都”發(fā)展的重點和亮點。

2 頂管設(shè)計簡況[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，共20 個，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、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保護監(jiān)控對象。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，周圍地下管線錯綜復雜。

（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軸深基坑東側(cè)地下連續(xù)墻內(nèi)襯墻－15.2 m處預埋Φ4 580 mm鋼套環(huán)，為鋼頂管進洞留置入口。因南站建筑為既有結(jié)構(gòu)，鋼頂管進洞的防滲漏技術(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)管線錯綜復雜。

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

4 EPC團隊互動合作，大膽實踐，探索創(chuàng)新

虹橋能源中心項目是上海首個以EPC項目管理交鑰匙的大型工程，由上海建工集團、華東建筑設(shè)計研究院和上海市政設(shè)計研究總院組團，以為業(yè)主提供“一條龍”全過程服務，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團隊在調(diào)查研究基礎(chǔ)上，經(jīng)綜合考慮后認為紅線外征地再建既不科學，也不現(xiàn)實（因緊貼城市高架和新角浦河防汛堤岸）。并認定再建一個接收井安全風險遠大于防滲漏質(zhì)量問題。憑借EPC團隊豐富成熟施工經(jīng)驗， 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。

5 設(shè)計、施工優(yōu)化技術(shù)措施

5.1 出洞口周邊結(jié)構(gòu)的加強

（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)域進行結(jié)構(gòu)加強

（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高壓旋噴進行加固密實。

（d）在地下連續(xù)墻的內(nèi)襯墻（商品混凝土厚0.5 m）預埋管溝外圈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時要貫通測量精確測出頂管機的坐標、標高，并將頂管機接收架基座按軸線準確定位安裝在洞內(nèi)。頂管機逐漸靠近洞口時，應及時沿鋼洞圈鑿除洞門，并加強測量頻率，勤測勤糾，減小軸線偏差，頂管機頭出洞后即與機頭聯(lián)接管脫離，以確保頂管機頭順利取出。

（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)的嚴重事故，待快速推進頂管機出洞后應立即用月亮鋼板將頂管管節(jié)與鋼洞圈進行焊接封堵，以減少水土流失（將預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管節(jié)與鋼洞圈外的空隙用水硬性漿液進行注漿填充。

（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，即用硅藻密封膠對管節(jié)與鋼套圈之間的空隙進行填充，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)計已兼顧頂管機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準。

（b）在洞口每個分段區(qū)清理施工中認真查找漏水點，若發(fā)現(xiàn)漏水點立即采用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，并可起到加固補強臨土面一側(cè)的土體（圖5）。

圖5 頂管進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，圈上預埋4～5 個Φ50 mm、長500 mm型注漿管。而后采用手動灌漿機通過預埋注漿管注入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），增強密封性能及美觀度。

5.3 出洞門漏水時的應急預防措施

（a）頂管機出洞后在頂管機完全脫離洞門時，在其洞圈與頂管機外殼之間會出現(xiàn)漏水，嚴重時會出現(xiàn)噴水。故在出洞時，現(xiàn)場應準備好麻袋、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的鋼頂管出洞實景

（b）一旦頂管機脫離洞門，要馬上進行洞門封堵，用預先加工好的洞門月亮鋼板將四周空隙全部焊接封住，再進行注漿。同時加強地面監(jiān)測，若有塌方應及時通報。

（c）當出現(xiàn)小規(guī)模漏水時，可不做封堵，使頂管機快速前進，以期在短時間內(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，頂管機快速推進，脫離洞門。

6 結(jié)語

本次虹橋能源中心“EPC”項目管理，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)計源頭改變了傳統(tǒng)設(shè)計套路，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，而且由于責任共擔，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)計施工一體化”的優(yōu)勢。目前，全國最大規(guī)模的虹橋商務區(qū)核心區(qū)（一期）區(qū)域供能“能源心臟”綠色建筑項目業(yè)已通過竣工驗收。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信譽和較高的經(jīng)濟效益，亦為今后類似工程提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗。