王玨

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

隧道盾構(gòu)穿越碼頭及防洪水工建筑物設(shè)計(jì)
——以上海市軌道交通10號(hào)線二期穿越長(zhǎng)航局錨地碼頭相關(guān)改造工程為例

王玨

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

以上海市軌道交通10號(hào)線二期穿越長(zhǎng)航局錨地碼頭相關(guān)改造工程為例，介紹了隧道盾構(gòu)穿越碼頭及防洪水工建筑物的設(shè)計(jì)，通過方案對(duì)比分析，論證了改造方案的可靠性及經(jīng)濟(jì)性，總結(jié)了設(shè)計(jì)及施工過程中的要點(diǎn)，可為今后同類工程的設(shè)計(jì)及施工提供參考。

隧道盾構(gòu)；高樁碼頭；防汛墻

0 引 言

20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)的現(xiàn)在是中國(guó)城市軌道交通快速發(fā)展的新時(shí)期。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市綜合規(guī)模的迅速擴(kuò)大，中國(guó)城市化進(jìn)程的加快，軌道交通的作用愈發(fā)突出。

根據(jù)《上海市城市快速軌道交通近期建設(shè)規(guī)劃（2010-2020）》，至2020年上海市軌道交通總里程將達(dá)到800 km。

其中眾多線路需穿越黃浦江，黃浦江作為長(zhǎng)江匯入東海之前的最后一條支流，貫穿整個(gè)上海市區(qū)，并將上海分成浦西和浦東。黃浦江防汛標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇，其防汛設(shè)施的安全可靠對(duì)于整個(gè)城市的安全影響重大；黃浦江航道等級(jí)為I級(jí)，可通行3 000～10 000噸級(jí)船只，沿線碼頭眾多。

而軌道交通在穿越黃浦江的過程中不可避免會(huì)對(duì)影響范圍內(nèi)的防汛墻及碼頭產(chǎn)生較大影響，因此需在隧道盾構(gòu)穿越前對(duì)其進(jìn)行改造，改造方案需同時(shí)滿足防汛安全、碼頭使用功能及隧道穿越要求。

1 工程背景

上海市軌道交通10號(hào)線（地鐵M1線）是《上海市城市軌道交通系統(tǒng)規(guī)劃方案》中規(guī)劃的市區(qū)級(jí)軌道線網(wǎng)中的地鐵類線路之一。二期工程由新江灣城站起始，在穿越黃浦江后延伸至外高橋，根據(jù)規(guī)劃線位，需在黃浦江東岸穿越長(zhǎng)航局錨地碼頭10#、11#泊位及后方防汛設(shè)施。

根據(jù)隧道縱斷面布置，穿越碼頭處盾構(gòu)底標(biāo)高約為-19.20～-18.20（盾構(gòu)直徑為6.2 m），而原碼頭前排直樁樁底標(biāo)高為-22.60 m，后兩排斜樁樁底標(biāo)高為-23.30 m，盾構(gòu)侵入碼頭樁基～10.0 m。因此需對(duì)受到軌道交通十號(hào)線盾構(gòu)穿越影響的部分老碼頭進(jìn)行改造。另外根據(jù)《上海市跨、穿、沿河構(gòu)筑物河道管理技術(shù)規(guī)定（試行）》[1]，還需對(duì)碼頭后方駁岸進(jìn)行改造。

2 現(xiàn)狀碼頭及防汛墻

2.1 現(xiàn)狀碼頭

盾構(gòu)穿越處的10#、11#泊位為固定式碼頭，碼頭結(jié)構(gòu)為高樁梁板的型式。碼頭寬8.00 m，排架間距6.00 m。

橫梁及靠船構(gòu)件為整體預(yù)制，橫梁高1.20 m，靠船構(gòu)件高3.10 m，底寬0.60 m，頂寬1.20 m。預(yù)制橫梁及靠船構(gòu)件結(jié)構(gòu)縱向?qū)?.70 m。

底部共三排樁基，第一排樁基為直樁，第二、三排樁基為斜樁，分別向外側(cè)、內(nèi)側(cè)傾斜，坡度為1:3.0，形成一對(duì)叉樁。樁基均采用0.50×0.50 m的預(yù)制方樁，第一排方樁樁長(zhǎng)26.00 m，樁底標(biāo)高-22.60 m，第二、三排方樁樁長(zhǎng)28.00 m，樁底標(biāo)高-23.30 m。第一排樁基距碼頭前沿線1.75 m，第一、二排樁基間距4.05 m，第二、三排樁基間距0.90 m，第三排樁基距碼頭內(nèi)邊線1.30 m?，F(xiàn)狀結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 碼頭及防汛墻現(xiàn)狀斷面圖（單位：mm）

2.2 現(xiàn)狀防汛墻

盾構(gòu)穿越范圍內(nèi)防汛體系主要由前方駁岸（一級(jí)擋墻）及后方防汛墻（二級(jí)擋墻）組成。駁岸為拋石護(hù)坡的結(jié)構(gòu)型式，坡比為1:1.7，自坡頂5.40 m標(biāo)高放坡至3.40 m標(biāo)高。護(hù)坡下設(shè)拋石鎮(zhèn)腳，尺寸為1.20 m（寬）×0.50 m。鎮(zhèn)腳下設(shè)拋石基床，基床高1.00 m，底寬～4.00 m，基床江側(cè)坡比同護(hù)坡坡比為1:1.7，岸側(cè)垂直。駁岸拋石基床底標(biāo)高～2.00 m至碼頭后沿（泥面標(biāo)高～0.60 m）之間土坡坡比約為1:10.0，碼頭后沿至碼頭前沿（泥面標(biāo)高～-3.14 m）之間土坡坡比約為1:1.8?，F(xiàn)狀結(jié)構(gòu)見圖1。

防汛墻（二級(jí)擋墻）位于駁岸后方～100 m處，墻頂標(biāo)高～7.30 m（滿足防汛頂高程要求），結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土“L”型擋墻，墻身完好可暫不考慮改造，施工時(shí)防汛墻（二級(jí)擋墻）也可滿足防汛要求，故在改造施工時(shí)也無需設(shè)置臨時(shí)防汛墻。

3 碼頭改造方案

3.1 盾構(gòu)穿越安全控制距離

隧道盾構(gòu)設(shè)計(jì)方對(duì)盾構(gòu)穿越的安全控制距離及相關(guān)要求為：

（1）10號(hào)線二期新建碼頭樁基距離隧道結(jié)構(gòu)外邊線的最小水平及垂直凈距原則上應(yīng)大于3 m，位于隧道上、下行線間的樁基與隧道的水平凈距可按2.5 m控制

（2）碼頭改建工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)其可能產(chǎn)生的變形、沉降影響，也要考慮自身的后期沉降對(duì)區(qū)間隧道的影響，應(yīng)控制其基礎(chǔ)沉降量不大于10 mm

（3）原則上隧道結(jié)構(gòu)外邊線水平凈距6 m范圍不應(yīng)進(jìn)行任何地下構(gòu)筑物建造（含圍護(hù)結(jié)構(gòu)）。

3.2 拔樁及拆除工程

為滿足盾構(gòu)的順利推進(jìn)，需將盾構(gòu)范圍內(nèi)的長(zhǎng)航局錨地碼頭10#泊位的14#～17#排架以及11#泊位的18#、19#排架樁基拔除，并拆除10#泊位的13#排架至11#泊位的20#排架（約38.35 m）間上部結(jié)構(gòu)及相應(yīng)附屬設(shè)施。

3.3 方案一（斜樁+高樁墩臺(tái)方案）

方案一采用高樁碼頭的型式，共設(shè)置三榀排架，其中軌道交通十號(hào)線盾構(gòu)左右線外側(cè)的1#、3#排架樁基上部采用墩臺(tái)結(jié)構(gòu)，軌道左右線中間的2#排架樁基上部采用倒T型橫梁結(jié)構(gòu)。

1#、3#排架墩臺(tái)采用C30鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，其中1#墩臺(tái)下墩臺(tái)寬4.10 m，高1.00 m、上墩臺(tái)寬3.60 m，高1.43 m；3#墩臺(tái)下墩臺(tái)寬4.90 m，高1.00 m、上墩臺(tái)寬4.40 m，高1.43 m?？v斷面見圖2。

縱梁采用C30鋼筋混凝土預(yù)制梁，預(yù)制部分長(zhǎng)11.30 m，高1.43 m。邊縱梁采用C30鋼筋混凝土預(yù)制倒“L”型梁，中間縱梁采用C30鋼筋混凝土預(yù)制“T”型梁。

圖2 碼頭改造方案一縱斷面圖（單位：mm）

3.4 方案二（全直樁+高樁倒T型橫梁方案）

方案二同為高樁碼頭的型式，共設(shè)置五榀排架，其中軌道交通十號(hào)線盾構(gòu)左右線外側(cè)各設(shè)置兩榀排架，分別為1#、2#及4#、5#排架，軌道左右線中間設(shè)置一榀排架，為3#排架。排架樁基上部均采用倒T型結(jié)構(gòu)。

1#與2#排架，4#與5#排架采用C30鋼筋混凝土預(yù)制面板連接。2#與3#排架，3#與4#排架采用預(yù)制縱梁連接。

3.5 方案比選

方案二為全直樁，由于直樁抗水平力較差，因此需直徑較大的鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁承載能力不如打入樁（PHC樁、鋼管樁），樁長(zhǎng)也需相應(yīng)加長(zhǎng)。且鉆孔灌注樁的造價(jià)也較高。

方案一設(shè)斜樁可有效抵抗船舶橫向荷載，且打入樁造價(jià)也較低。

因此推薦更為可靠，造價(jià)也較低的方案一。

4 防汛墻改造方案

盾構(gòu)上方新建結(jié)構(gòu)為低樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)，墻身采用L型鋼筋混凝土擋墻，樁基采用前后共兩排Φ600鉆孔灌注樁，前排樁縱向間距均為0.8 m（密排），后排樁縱向間距均為1.40 m。考慮到盾構(gòu)頂標(biāo)高為-13.00～-12.00 m，盾構(gòu)范圍內(nèi)新建駁岸樁長(zhǎng)取11.50 m，樁底標(biāo)高為-9.05 m，可確保樁底標(biāo)高至盾構(gòu)頂標(biāo)高有～3.00 m的凈距。

盾構(gòu)左右線外側(cè)前排各設(shè)三排長(zhǎng)樁，后排各設(shè)兩排長(zhǎng)樁，盾構(gòu)線中間設(shè)一排長(zhǎng)樁，樁長(zhǎng)18.5 m，直徑取Φ800，樁底標(biāo)高-16.05 m。駁岸結(jié)構(gòu)中間不設(shè)伸縮縫，通長(zhǎng)形成騎跨式整體結(jié)構(gòu)跨于盾構(gòu)上方以滿足整體穩(wěn)定要求。

盾構(gòu)兩側(cè)樁基采用前后共兩排Φ600鉆孔灌注樁，前排采用密排鉆孔灌注樁，樁基縱向間距0.8 m，后排鉆孔灌注樁縱向間距2.1 m，樁長(zhǎng)18.50 m，樁底標(biāo)高-16.05 m。具體樁位見圖3。

5 結(jié)構(gòu)計(jì)算[2,3]

碼頭縱梁按彈性支承連續(xù)梁的計(jì)算模型進(jìn)行內(nèi)力分析；排架按平面桿系結(jié)構(gòu)計(jì)算，采用假想嵌固點(diǎn)法，橫梁簡(jiǎn)化為彈性支撐連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。縱梁計(jì)算結(jié)果見表1，橫梁計(jì)算結(jié)果見表2。橫梁及墩臺(tái)豎向位移滿足隧道盾構(gòu)不大于10 mm要求。

防汛墻整體穩(wěn)定及樁基結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果分別見表3～表5。

經(jīng)計(jì)算整體穩(wěn)定、樁基承載力及結(jié)構(gòu)位移均滿足規(guī)范及隧道盾構(gòu)要求。

6 施工關(guān)鍵技術(shù)要求

6.1 PHC管樁及鋼管樁沉樁要求

（1）采用打樁船沉樁作業(yè)；打樁船應(yīng)根據(jù)水下地形測(cè)量資料進(jìn)行選型，保證現(xiàn)狀水深能夠滿足打樁船施打樁基要求；在進(jìn)行靠近保留老結(jié)構(gòu)位置樁基沉樁時(shí)應(yīng)采取打樁船側(cè)移、增加挑龍口距離等措施以保證施工安全，見圖4。

（2）樁基設(shè)計(jì)頂標(biāo)高處允許偏差：直樁±5 mm、斜樁±10 mm。

圖3 防汛墻改造樁位圖（單位：m）

表1 縱梁計(jì)算結(jié)果匯總表

表2 中間橫梁及兩側(cè)墩臺(tái)計(jì)算結(jié)果匯總表

表3 樁基計(jì)算結(jié)果匯總表

（3）沉樁以達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高作為控制標(biāo)準(zhǔn)，只有當(dāng)樁端達(dá)不到設(shè)計(jì)高程時(shí)，采用貫入度作為停錘控制標(biāo)準(zhǔn)，即最后3陣錘擊（每陣連續(xù)10擊）要求貫入度控制在5 cm以內(nèi)。

（4）鋼管樁鋼材采用Q345b鎮(zhèn)靜鋼，鋼管樁采用螺旋焊縫。

（5）PHC樁采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，上管節(jié)長(zhǎng)度不小于25 m，采用碗形接頭，C型樁。

表4 整體穩(wěn)定計(jì)算成果表

表5 樁基內(nèi)力、變形計(jì)算成果

圖4 打樁船施打斜樁

6.2 拔樁技術(shù)要求

（1）主要工序施工方法如下：全回轉(zhuǎn)設(shè)備就位、固定→鋼套管鉆進(jìn)→拔樁→樁孔回填，見圖5。

圖5 減摩后履帶吊拔出樁基

（2）在鋼套管鉆到樁底以下1 m，且高壓水減摩后方可開始拔樁。

（3）樁孔填充采用水泥土回填（水泥摻量可在6%～10%），填充材料凝固后既要有一定的強(qiáng)度，也不能太高，隧道穿越區(qū)一般要求28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.6 MPa。

（4）樁孔回填后，可按照隧道施工作業(yè)的要求，對(duì)拔樁區(qū)域進(jìn)行三重管旋噴加固，加固深度達(dá)到隧道頂標(biāo)高2 m以上，水泥摻量控制在20%左右。

（5）新建碼頭樁基樁位與拔樁樁位有重疊處進(jìn)行水泥土回填即可。

7 結(jié) 語

（1）為滿足隧道盾構(gòu)穿越，一般需擴(kuò)大碼頭排架間距，從而使碼頭分段跨數(shù)及受力排架減少，分配到大跨度排架處的水平力較大，因此一般不宜采用全直樁結(jié)構(gòu)。若采用全直樁則需使用直徑、剛度較大的鉆孔樁，費(fèi)用較高，故從結(jié)構(gòu)可靠及節(jié)省造價(jià)的角度出發(fā)，應(yīng)盡可能采用斜樁。

（2）斜樁在陸上無法施工，需由打樁船進(jìn)行沉樁，本工程由于現(xiàn)狀灘面可滿足打樁船作業(yè)要求，因此無需進(jìn)行疏浚。但若碼頭改造范圍泥面較高，則需對(duì)灘面進(jìn)行疏浚，以滿足打樁船進(jìn)出及沉樁吃水要求，故防汛墻改造設(shè)計(jì)時(shí)，泥面線應(yīng)按更為不利的疏浚泥面線選取。另外，對(duì)于底部無樁基或樁基較差的防汛墻，由于其整體抗滑穩(wěn)定性較差，施工時(shí)應(yīng)先行對(duì)防汛墻進(jìn)行改造，方可對(duì)泥面進(jìn)行疏挖，以防疏挖過程中導(dǎo)致現(xiàn)狀防汛墻破壞，影響防汛安全。

（3）拔樁過程中需對(duì)樁孔進(jìn)行填充，樁孔填充質(zhì)量的好壞將直接影響到周邊土體后期的沉降情況防汛墻的安全。對(duì)于底部無樁基或樁基較差的防汛墻，由于其結(jié)構(gòu)可靠性較差，考慮工程安全，拔樁作業(yè)也需在防汛墻底部樁基施打完成后方可實(shí)施，以免回填不及時(shí)造成土體流失后，引起防汛墻坍塌、失穩(wěn)。

（4）一般需采用施打較為便利的樁基，如鋼管樁、PHC樁或設(shè)樁靴，以免在沉樁過程中產(chǎn)生較大偏位，從而影響隧道盾構(gòu)穿越；

（5）若隧道盾構(gòu)直徑更大造成碼頭跨度加大，則對(duì)于縱梁還可采用預(yù)應(yīng)力空心板梁、預(yù)應(yīng)力“T”型梁、鋼箱梁等以滿足隧道盾構(gòu)穿越。

（6）隧道盾構(gòu)穿越過程中對(duì)周邊土體擾動(dòng)較大，因此為安全起見不宜考慮穿越范圍內(nèi)土體側(cè)摩阻作用。

（7）盾構(gòu)穿越期間應(yīng)提出工程監(jiān)測(cè)要求，具體為：在盾構(gòu)推進(jìn)至防汛墻及碼頭前50 m，測(cè)量好測(cè)點(diǎn)初始值，正常情況下每天2次。在盾構(gòu)推進(jìn)至防汛墻及碼頭前20 m為每天4次。盾構(gòu)穿越防汛墻及碼頭期間，每推進(jìn)一環(huán)測(cè)量一次。盾構(gòu)穿越防汛墻及碼頭后可逐漸降低頻次：從每天4次、每天1次、三天1次、一周1次，最后直到每月1次，直至防汛墻及碼頭變形穩(wěn)定為止。

[1]上海市水務(wù)局.上海市跨、穿、沿河構(gòu)筑物河道管理技術(shù)規(guī)定[S].2007.

[2]上海市堤防（泵閘）設(shè)施管理處.上海市黃浦江防汛墻工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定（試行）[S].2010.

[3]JTS167-1-2010,高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].

U656.1+13

B

1009-7716（2017）03-0142-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.03.039

2016-12-20

王玨（1985-），男，上海人，工程師，從事水利及水運(yùn)工程設(shè)計(jì)。