犹如一条蜿蜒地上地下的“巨龙”,上海建工历时近10年承建的申城北横通道东段主线工程顺利建成,8月2日晚10时已试通车。
2014年底,由上海城投公路集团投资建设,上海市政总院等3家设计院承担设计的的上海市政府“一号工程”北横通道正式开工。该工程贯穿上海市中心城区6个区,与延安路高架平行,总长19.1公里,是上海“三纵三横”骨架性主干路网的重要组成部分,也是助力构建长三角区域一体城际交通的大动脉。工程分东段和西段,上海建工参与承建的西段自北虹路立交至天目路立交热河路接地点,已于2021年6月底通车。上海建工承建的北横通道东段主线自热河路接地点至周家嘴路内江路、横跨杨浦、虹口、静安等区、总长8.2公里的东段工程,包括构筑北虹路、天目路大型互通立交等在内的高架桥梁和掘进隧道外径15米的区间隧道以及构筑多座超大盾构机地下过站井、接收井等工程。具有急曲线、近穿越、深开挖、多交叉和大跨越等难点,同时还兼具区域敏感、交通繁忙、设施众多、建筑林立、管线密布和社会瞩目等特点。
这条高架桥与隧道于一体的快速新通道,在建设的全过程中,借鉴了上海众多工程建设的经验,对各相关专业领域的先进技术进行了创造性应用,攻克了超深开挖、悬臂跨越、水上合龙、高难拆桥、重型吊装、超大盾构复杂穿越等一道又一道难题。上海建工党委书记、董事长杭迎伟最近在施工现场调研时表示:10年磨一剑。北横通道工程建设集中体现了上海建工的“工匠精神”和“奋斗者精神”。在上海城市这样一个枢纽型大交通建设项目中,“北横通道”是建好“一条路”到践行“人民城市”重要理念的生动注解。
建设“北横通道”这样的“超级工程”,就是一次建筑产业链科技水平的大展示。在工程建设期内,上海建工实行“统一目标、统一指挥、统一标准、统一行动”,有效集聚和提升总承包管理的能级。统一目标,就是签订的合同约定的时间节点,来自各方的所有单位必须明确各自合同约定的总体目标和分阶段目标,确保按时按质完成任务;统一指挥,就是一切行动听从工程建设指挥部的统一指挥和工程总承包项目部的统一管理;统一标准,就是严格执行统一的施工工艺和规范,制定严格的施工现场质量、安全和文明等管理的统一标准,进行检查与验收;统一行动,就是按照既定目标、指令、标准,互信互补,同心协力,有序推进。在上海建工北横通道工程建设指挥部的强有力指挥和上海建工总承包部第六管理公司组建的项目总承包管理“菱形管控”团队的精心组织协调下,参与北横通道工程建设的上海建工四建集团、基础集团、机施集团、安装集团、建材科技集团等单位和建设者们,用激情与梦想,在“超级工程”的背后,打造了一项项看得见和看不见的业界“之最”。
北横通道工程一头连着百姓民生,一头连着交通发展。北横通道建设对上海建工来说,服务民生无小事、一枝一叶总关情:上海建工以“建好北横,便民利民”为宗旨,“把困难留给自己,把方便留给市民”。通过整合与应用产业链不同专业领域的先进技术,做到不封路、不停航甚至是不占路施工,避免脏乱堵,用技先进术把噪声、光线、灰尘等污染影响降到最低。
三维模型智慧预演
数字化技术广泛应用工程建设全过程
掌握了数字化建造技术的上海建工“现代鲁班”,将BIM、虚拟施工、远程监控等数字化建造技术贯穿北横通道工程建设的全过程。
谋划在前,实施在后。上海建工的“现代鲁班”借助BIM等数字化建造技术,对难点进行施工模拟,如天目立交桥梁4D施工模拟、中山公园过站井逃生路线模拟、圆隧道装修方案模拟等。在承建天目路高架时,上海建工总承包项目部协同上海建工机施集团技术中心将BIM技术运用到施工中,建立了2万多个模型,运用4D技术,动态地呈现整个施工全过程。所有设备、劳动力、风险源、构件加工运输、地下管线、交通配置等一切关乎施工的要素,都以三维模型的方式录入电脑,合成在一起,实现计算机预演。幅幅彩色三维图准确地透视出各部位的“骨骼”,哪里碰撞了,哪里衔接不到位了,可以及时优化纠偏,确保现场高质量施工一次到位。
数字化建造技术充分体现在施工过程中。三维模型预演结合测量技术,通过现场的实际测量数据不断修正构件加工参数,模拟预拼装代替传统的实物预拼装,数据联动,实现误差从厘米级向毫米级飞跃;通过施工场景5D模拟,超前预判大型构件吊装施工进度、劳动力资源配置及对既有路网的影响,实现施工空间、进度与资源配置等综合协同,确保中心城区敏感区域施工“高效率、少占地、保畅通”;通过多源数据融合与智能算法集成,实现施工风险即时评价、可视化超前预警,动态管控超深工作井、大盾构在城市核心区的施工风险;通过对市政管线建模,模拟下部结构与市政管线的碰撞检测,确定相关各方认可的现状保留、拆除、临时搬迁等方案;通过借助Transmodeler、VISSIM等交通仿真软件,对道路交通流数据进行三维可视化表达,实现闹市区管线翻交、下部结构施工、上部结构吊装等不同施工阶段复杂交通组织方案的优化。
让我们回放再现几个当时模拟和优化后的施工场景-----
恒丰路、天目路路口的既有天桥为“回”字形结构,原设计方案拆除整座天桥,改建为倒“C”形,包括旧天桥拆除外运和新天桥分段吊装。模拟施工场景,拆除周期需2个月,期间至少需在路口进行8次翻交。后通过对主线起坡段和天桥的空间关系研究,优化天桥改建方案,由原来的2个月缩短至15天,道路翻交只需3次,施工对交通的影响降到了最低限度。
天目路转盘匝道拆除原方案需占用3根车道,每根匝道拆除约3个月。通过模拟采用“全地形车整梁外移,大节段快速拆除”方案,每根匝道拆除周期缩短至1个月内。以梅园路和乌镇路的下匝道为例,采用全地形车进行顶升,再配合2台250吨履带吊进行双机抬吊,移至路面进行切割,分块运出后再进行破除作业,并把施工时间定在0时至6时,不影响交通繁忙时段的畅通。
工厂造“零件”现场“搭积木”
中心城区全面应用高架桥梁预制拼装工艺
在中心城区用“搭积木”的方式来建造高架桥梁,预制装配式技术在北横通道东段建设中一展身手。上海建工已形成集构件设计、生产、施工于一体的完善的产业链,成为了中心城区高架桥梁全面应用全预制拼装工艺的先行领跑者。
北横通道北虹立交为桥梁全预制拼装工艺第一次在中心城区全互通立交桥梁中全面应用,包括预制立柱、承台、盖梁、围护体系、小箱梁与防撞墙、挡土墙等。面对中环线不断交和苏州河不断航的要求,通过采用墩顶悬拼加大跨整体吊装,仅用4个中环夜间养护时间窗口完成了4次跨越中环;通过采用水中浮吊和大跨悬拼完成5次跨越苏州河。而天目路立交作为施工环境复杂的全互通立交,通过采用动臂塔吊进行高空散拼、整体就位跨越运行中南北高架。长寿路桥主跨施工作业面受制于两侧既有老桥限制,通过采用运架一体、分段悬拼工艺,顺利完成施工。
北横通道北虹路立交工程预制双节立柱拼装技术,是上海建工总承包项目部协同上海建工基础集团项目部组织实施的国内首创高架桥梁预制与拼装施工技术。北虹路立交工程交通流量大,若采用传统施工工艺,不但工期长,而且施工中的噪音、粉尘、环境污染等会给周边居民生活带来影响。为此决定摒弃传统高架桥梁施工工艺,采用预制与拼装施工技术,共预制立柱81根,其中双节立柱18根,最大高度19米。之所以会考虑采取“双拼”立柱,是由于受运输线路、车辆载重及起重总量等限制,单节立柱需控制在10米高度、120吨重以内。一旦超重、超高,部分小马路会‘吃不消’。而“双拼”立柱要牢靠,就必须在拼接时做到“严丝合缝”,这就对施工工艺提出了高要求。这一绿色施工先进工艺的成功研发应用,标志着我国高架桥梁预制与拼装施工技术又有了新突破。
经过天目路立交的市民可以看到这段立交非常“高”。4根形似“石库门”的立柱陡然出现,高度足有22米,沿东西方向在南北高架两侧一字排开,穿插坐落于天目路转盘内外,在立柱与箱梁的衔接部分,采用柔顺的弧形。“好像一个人张开双手,寓意上海这座海纳百川的城市,欢迎各位到来。”因而被誉为“最文艺立柱“。这4根“顶梁柱”也是上海建工用国内首次采用的双柱墩4节免模板预制拼装工艺完成的。
上海建工通过创新运用并完善了全预制拼装高架桥梁理念与技术体系,走出了一条集“模数化设计、工厂化预制、机械化安装、智慧化管控、精细化管理”于一体的预制装配式高架桥梁全产业链协同发展之路。
“吊装技艺的百科全书”
复杂工况下吊装绝技应用自如
北横通道工程建设中,上海建工总承包项目部协同上海建工机施集团项目部在长4.6公里、重达2.3万吨钢结构吊装和大体量、长跨度、大曲线钢箱梁“五跨苏州河、四跨中环”的高难度、复杂工况下应用自如的吊装绝技,堪称是一本“吊装工艺的百科全书”,是一座“吊装绝技的博物馆”。
---最长“巨无霸”一跨过路口吊装绝技。2019年9月28日凌晨,在天目西路恒丰路交叉口,一项上海施工新纪录诞生。不做支撑,一根重约340吨、长达70米,体型堪称“巨无霸”的钢砼结合梁,围挡内拼装,模块车运输,双机抬吊一步到位,仅用2个晚上就一举跨过恒丰路这一车水马龙的繁华中心城区路口,施工对交通的影响降至最低。
----大跨悬臂拼装跨越既有交通线吊装绝技。北虹路立交经历了4次跨中环线吊装和5次跨越苏州河吊装,其中跨越中环线的主跨长度45米至65米,为3层至4层立交,与中环线净空5米至10米。中环线临时封交5天施工,作业时间十分紧张;中环线为空心板梁简支结构,无法承受大型安装机械或搭设临时支撑。跨越苏州河的主跨长度80米至153米,其中主线采用斜交角度约30°大跨度斜交形式。通过采用数值仿真、虚拟拼装、大跨悬臂拼装等技术,分析不同悬臂拼装工况下结构受力,为合理设置施工悬臂段及施工控制提供依据。
----窄空间大跨悬臂桥面吊装绝技。长寿路桥改建,桥长240米,宽16米,为长寿路原有三幅平行桥梁中桥重建工程,南北两侧各有1座老的预应力混凝土连续箱桥梁,重建中桥与南北两侧老桥净距3.75米。为保证两侧老桥及河道通航,无法采用桥面与船运起吊。通过开发自行式桥面吊装装备,实现设备自主行驶、梁体360度旋转就位。仅用25天就完成了长寿路桥跨苏州河主要结构施工,且水中不设置临时支墩,最大限度确保苏州河河道的通行能力。
---大跨结构“高空散拼、一次跨越”吊装绝技。天目路高架主线横跨南北高架、天目路转盘和恒丰路路口的吊装,涉及铁路,轨交1、12、13号线,苏州河,且紧邻商办楼和居民区,犹如在交通的心脏进行搭桥手术。全长168米,宽13.8米,分3跨共计34段跨越,钢结构累计重达1475吨,其中中间段一跨长70米,最高点距离地面30米。通过采用大节段钢箱梁“大型塔吊,高空散拼,一次跨越”新工艺,即在转盘内设置一台超大型塔吊,对转盘区域内钢箱梁进行了合理分段,利用塔吊分段吊装就位,高空拼装成整体,一次跨越。仅用6个夜间完成跨越南北高架施工,且南北高架上无临时支墩,最大限度保证南北高架车辆通行。
“地下硬核掘进机”
取得超大盾构施工技术突破
2023年7月25日,北横通道东段位于海宁路、周家嘴路道路范围、外径15米、盾构机刀盘直径15.56米、长2826米的隧道全线贯通。上海建工“建功号”超大直径泥水平衡盾构机,是上海目前最大的盾构机之一,经历连续穿越房屋建筑、虹口港、切桩下穿新建路隧道、多次近距离下穿运营中轨道交通线路等考验,取得超大盾构施工技术突破。
一经始发便“只能进不能退”的高6层楼、400头大象重的“建功号”超大直径盾构机,最引人关注的是近距离穿越运营中的轨交10号线、浅覆土过虹口港、切桩下穿新建路隧道等。面对挑战,上海建工北横通道工程建设指挥部、上海建工总承包项目部协同上海建工基础集团项目部从盾构机选型、刀盘设计、场地布置、管线保护、难点穿越等方面策划总体实施方案。2021年9月29日上午,“建功号”顺利始发,2022年元旦期间,盾构机在距出洞约270米处穿越运营中轨交10号线,穿越长度约30米,穿越处拟建隧道与地铁10号线隧道呈75°斜交,隧道与地铁下行线垂直距离最小仅6.7米,上行线垂直距离最小仅为8.3米。这样近距离、高难度、高要求的穿越施工,在上海盾构隧道推进史上很少见到。通过穿越前对工况进行模拟,穿越中结合施工、监测、分析以及施工参数的调整,掌握最优施工参数,按穿越前、穿越段、穿越后分阶段控制,每推进一环,都由第三方监测单位对影响范围内构建筑物、地表进行沉降监测,实时调整下一环施工参数。通过采用扰动分区控制技术和“先驱动油缸,后转动刀盘,关闭补排气系统,点动式旋转刀盘”的模式,历时64小时,“建功号”大直径盾构近距离成功下穿地铁10号线,土体及构建筑物等各项参数均表现良好,最终沉降变化值仅+8.81毫米,完全达到和超过预设的20毫来的目标。
“建功号”大直径盾构穿越运营中轨交10号线已属不易,还多次近距离成功穿越虹口港、切桩下穿新建路隧道等,取得了超大盾构施工技术突破。成功切削下穿3根长30米、主筋12φ20、箍筋φ8@200钻孔灌注桩的新建路隧道;成功侧穿、下穿新建路西匝道,避免交叠施工的扰动影响;成功控制穿越砂质粉土层的风险,在沿海宁路及周家嘴路下方长距离掘进,严格控制主干道下方掘进沉降;浅覆土小半径成功下穿最小覆土厚度8米、距河床底0.53D的虹口港桥,侧穿与防汛墙L型高桩承台最小水平距离13.7米的虹口港防汛墙;成功下穿、侧穿众多建构筑物。
与此同时,通过承担北横通道超大直径盾构施工,上海建工围绕盾构设备的“管、用、养、修、”的能力也有了提升,目前已完全有能力对大型盾构设备自行拼装拆卸,实现盾构设备动静态管理“两手抓”。
地下工况复杂又苛刻
勇克多项深基坑施工“超级难题”
北横通道中山公园工作井,位于中山公园陈家池湖心区域,东西向长75米,南北向宽25米至37米,面积约2000平方米,地下5层结构,深度达31米,相当于向地下开挖了10层楼。这座工作井是为重达3000多吨、直径达15.56米的盾构机地下穿越到这里时建的“接驳站”,也是目前国内最大的盾构过站井。由于上海是软土地基,工作井基坑深31米,那么用于围护的地下连续墙也相应要达65米之深。为何要造如此深的地下连续墙和基坑?因为盾构机挖隧道时,需避开运营中的地铁,隧道就要比地铁建的更深。地墙深度达65米,当时建成时一度成为上海最深的地下连续墙,并首次探索完成了3幅118米深地下连续墙试验段的施工,创下了至今上海最深的地墙施工纪录。
由于超级盾构一旦出发,便不能停顿,中山公园工作井是其唯一的“休息室”,其重要性不言而喻。如何在中山公园工作井施工中控制开挖31米深的基坑变形,是当时遇到的最大难题。面对挑战,上海建工总承包项目部协同上海建工基础集团项目部将先进的BIM技术应用于工程建设。施工前,采用BIM技术模拟施工流程,优化施工方案。根据基坑规模、保护等级、地质参数、围护形式等,遵循“时空效应”原理,充分考虑基坑周边土体的应力路径、应力状态、土体流变等因素,科学预测基坑变形速度与程度,从而确定优化后的施工方案。在施工期间,采用全球最先进的铣槽设备,形成止水良好且致密的地下连续墙接头,提高地墙止水能力,同时采用了先进水位自动监测系统和信息化基坑监测系统,确保了基坑顺利施工。整个工作井基坑共设6道砼支撑、需开挖土方共计6.5万立方米。项目部仅用了99天的时间,勇克“无对拉螺栓单侧支模侧墙施工”“18米高支模施工”“隐蔽工况下支模拆除”等技术难题,完成了七层土方和六道混凝土支撑施工,到2017年1月4日完成“混凝土大底板”浇筑,实现了时任上海市委书记韩正2016年4月26日在中山公园工作井调研时所提出的“高质量、高水平、高效率”的建设目标,为盾构机进洞、保养和出洞创造了良好条件。
在承建北横通道中山公园工作井在内的4个超深工作井中,上海建工本着“把困难留给自己,把便利留给社会”的宗旨,从工艺细节着手,既严格做好管线保护、基坑降排水管控、围护与结构防渗漏等。如针对富水砂性地层超深地墙施工的难点,采用抓铣结合工艺,配合新型泥浆配比,解决成槽机在富水砂土层成槽困难、垂直度控制差、易偏斜易塌方的难题,确保深地墙的施工质量;采用套铣接头工艺代替十字钢板接头,解决地质条件差、接头渗漏风险大的难题。并在超深地下结构侧墙装配式施工中,采用“大模板+组拼式钢模架”装配式模板体系,确保不同侧墙高度结构的施工质量与周边环境安全。
“黑科技”装备显神威
高新技术“利器”助力工程建设
市政基础设施事关民生,要确保工程质量,还要避免施工中出现粉尘、泥浆、灯光和噪音等。节能环保高效离不开“黑科技”助力,上海建工在北横通道工程施工过程中采用先进的免共震液压振动锤、铣槽机、金刚切割链、全地形车、全站扫描仪等“利器”,为工程建设提供支撑。
北横通道北虹立交施工首先要解决桩基施工难题。“哐当哐当”的打桩声,不仅会严重影响周边居民、商务楼内的正常生活和工作,还可能造成房屋等开裂,灌注桩产生的大量泥浆也会影响市容市貌……这些有没有可能避免?施工总承包方上海建工与业主方城投公路决定引进世界上最先进的打桩“利器”——当时世界上第5台、国内第1台50RF免共振液压振动锤。利用高频振动锤的高频激振力,1根60米长的钢管桩打入地下的时间只需18分钟。免共振锤在桩基施工时通过高频振动将土体液化,再把桩体压入土壤中,不会与土体发生共振效应,也不损伤周围建筑和已有桩基。以后,在桩基更深的天目路高架施工中又定制1台更大的70RF免共振液压振动锤。通过引进打桩“利器”,并将免共振锤与80吨履带吊相结合,确保了北横通道桩基施工又快又好“不扰民”。
而地下连续墙深达65米、基坑深达31米的北横通道中山公园盾构过站井是当时上海最深地下连续墙工程之一,也是全国最大的盾构过站井。为确保地下连续墙的质量,上海建工总承包项目管理团队协同上海建工基础集团项目施工团队采用世界先进的铣槽机,运用“抓铣结合和套铣接头”新工艺,对地下连续墙的接头处理不使用锁口管,而直接采用铣槽机铣削两侧地下连续墙混凝土,保证了地下连续墙接缝的质量,有效提高地下连续墙接头处的防水能力,为北横通道盾构推进创造了条件。
南北高架天目路转盘始建于1994年底,因其转盘式构造无法适应重交通的负荷,需对原有天目路转盘各匝道进行全面改造,拆除原转盘4根接地匝道后,改为接入“北横”,在天目路高架区域打造全新的4层互通式立交形态。早晚高峰时期,途径天目路高架地面道路及各匝道的车流量达7000辆/小时。在这样的中心城区交通主干道上拆除4条匝道,采取传统拆除方法,不仅噪音、粉尘排放量大,还需占路长达3个月之久。上海建工总承包项目管理团队协同上海建工机施集团项目施工团队制定了在上海市中心城区内高架拆除中采用的“金刚链静音切割、全地形车整跨抬升移除”的技术方案。金刚链是嵌有金刚石的合金链条,通过高速旋转摩擦,其硬度足以切割钢筋混凝土结构的小箱梁。经专业仪器测量,施工区域周边音响仅为52.3分贝,大大低于传统风镐凿除等产生的102.4分贝的噪声。切割下来的每块重达500吨的箱梁,通过2台能360度转动的自行式液压模块“全地形车”运输车运走,在后方工厂进行破除作业。仅用7个晚上就完成了单根匝道共计7跨现浇混凝土梁的拆除工作。周边市民说:睡觉前匝道还在,第二天起来不见了!
上海建工人在打造北横“巨龙”的过程中,以坚如磐石的信心、只争朝夕的激情、坚韧不拔的毅力,彰显上海建工的“智库大集成”,在城市中心创造出一项又一项看得见和看不见的业界“之最”,生动诠释着“人民城市人民建,人民城市为人民”理念,为上海城市增添了浓墨重彩的一“横”。
(章华平 周羽极/文)