4 280 mm大直径钢顶管衔接上海虹桥“能源心脏”施工中的EPC实践与创新

周华林 王 琼 陶雄骅 耿吴峰 徐光杰 李 敏 陆道渊 李国培 陈 果

1. 上海建工（集团）总公司 上海 200080； 2. 上海市机械施工集团有限公司 上海 200072；3. 华东建筑设计研究院有限公司 上海 200041； 4. 上海市建设工程安全质量监督总站 上海 200032；5. 梅耶博格国际贸易（上海）有限公司 上海 200062

1 工程概况[1]

上海虹桥商务核心区（一期）用地面积约1.4 km²，其中能源中心（一项两站）南站建筑场地面积11 220.3m²，北站场地面积7 922 m2，配套市政管沟总长约3.95 km，管网总长16 km，工程范围内涉及11 个地块的建设开发。为虹桥商务核心区（一期）工程地上建筑面积170 万m²、地下建筑面积50 万m²区域实现集中供能服务。是上海新一轮“创新驱动、转型发展”建设世界级的低碳排放商务社区，也是上海未来“智都”发展的重点和亮点。

2 顶管设计简况[2]

管沟在已建申滨路、申长路、申虹路段及过新角浦河段采用顶管工艺，顶管分为钢顶管、混凝土顶管（图1）。钢顶管内径4.2 m，共5 条，总长约412 m；混凝土顶管内径4 m，共7 条，总长约700 m。顶管通过工作井连接，南北区工作井各10 个，共20 个，工作井始发井一般平面尺寸为11.4 m×8.2 m，接收井平面尺寸为9.4 m×8.2 m，开挖深度在12 ～14.4 m。

图1 混凝土（左）、钢（右）顶管管沟断面示意

3 工程特点、难题[3]

（a）“能源心脏”南站基地东侧紧贴的上海嘉闵高架和新角浦河均属城市高架及防洪堤岸的市重点保护监控对象。并与亚洲最大、最繁忙的虹桥综合交通枢纽为伴，建设用地位置与周边环境特殊，周围地下管线错综复杂。

（b）国内最大外径4 280 mm钢顶管穿越新角浦河至能源中心南站地下室（图2）。南站建筑占地面积5 509.4 m²，开挖面积5 135 m²，深基坑开挖深度17.7～17.9 m、局部深19.2 m，深基坑地下连续墙62 幅、周长321 m、厚1 m，两墙合一结构。若以南站建筑作接收井，需在结构地下2层③～④轴深基坑东侧地下连续墙内衬墙－15.2 m处预埋Φ4 580 mm钢套环，为钢顶管进洞留置入口。因南站建筑为既有结构，钢顶管进洞的防渗漏技术至关紧要。

图2 钢顶管穿越新角浦河至能源中心地下室示意

（c）“绿色能源心脏”首创分布式区域供能，建在商务区宾馆、办公楼、医院等用电大客户“家门口”，盛夏制冷，寒冬制热，通过3.3 km管沟、16 km管网网络输送到各建筑群体，区域内管线错综复杂。

（d）4 280 mm钢顶管单次顶进长度100.75 m，须穿越新角浦河、穿越嘉闵高架承台，路径曲折，施工技术复杂。

4 EPC团队互动合作，大胆实践，探索创新

虹桥能源中心项目是上海首个以EPC项目管理交钥匙的大型工程，由上海建工集团、华东建筑设计研究院和上海市政设计研究总院组团，以为业主提供“一条龙”全过程服务，即在合同规定的工期内，向建设方交付“具有特定建筑效果及指定功能的成品”。

在能源中心地下管构原设计方案中，为满足南、北两站交互要求，采用特大管径钢顶管井直通形式，为此拟在南站结构地下2层③～④轴东侧－17.7 m处增建一个钢顶管接收井，并以与北站建筑相同的橡胶止水带即软型接口方式，处理解决接收井与地下室外墙之间结构变形缝渗漏水问题（图3）。

图3 能源南站拟增接收井平面示意

但EPC团队在调查研究基础上，经综合考虑后认为红线外征地再建既不科学，也不现实（因紧贴城市高架和新角浦河防汛堤岸）。并认定再建一个接收井安全风险远大于防渗漏质量问题。凭借EPC团队丰富成熟施工经验， 决定直接利用南站地下室结构取代钢顶管施工的工作井，并就此多次专题研究钢顶管衔接地下室外墙洞口设计和钢顶管施工方式及防渗漏质量的可靠性问题。最终深化设计解决了钢顶管衔接地下室外墙洞口渗漏水问题，取得了结构变形缝软型-硬型-柔性接口创新的共识。

5 设计、施工优化技术措施

5.1 出洞口周边结构的加强

（a）在地下连续墙顶管出洞口周边设置4 处加筋，每处各设6 根Φ28 mm钢筋，长5 000 mm，以保证洞口开设后的混凝土强度。

（b）在钢顶管出洞区域基坑外侧采用Φ850 mm三轴水泥搅拌桩加固（图4）。加固范围为顶管通道周围上下、左右各3 m，轴线方向3.25 m。

图4 在钢顶管出洞区域进行结构加强

（c）在三轴水泥搅拌桩与能源中心地下连续墙接缝处增加Φ1 000 mm高压旋喷进行加固密实。

（d）在地下连续墙的内衬墙（商品混凝土厚0.5 m）预埋管沟外圈Φ4 580 mm钢套环。由于顶管出洞口钢洞圈与管节间的单侧理论建筑空隙为150 mm，因特大钢顶管壁厚40 mm，外径4 280 mm。且钢顶管是电焊刚性焊接、整体性钢度大、不易弯曲，故轴线修正、纠偏难度很高。所以在出洞前约30 m时要贯通测量精确测出顶管机的坐标、标高，并将顶管机接收架基座按轴线准确定位安装在洞内。顶管机逐渐靠近洞口时，应及时沿钢洞圈凿除洞门，并加强测量频率，勤测勤纠，减小轴线偏差，顶管机头出洞后即与机头联接管脱离，以确保顶管机头顺利取出。

（e）为避免发生顶管出洞过程中造成外部土体涌入接收井内的严重事故，待快速推进顶管机出洞后应立即用月亮钢板将顶管管节与钢洞圈进行焊接封堵，以减少水土流失（将预先加工好洞门弧度的月亮钢板电焊拼接全部封住四周空隙），并通过月亮钢板上的注浆孔对管节与钢洞圈外的空隙用水硬性浆液进行注浆填充。

（f）常规的出洞口处理均可硬型接口。如果钢顶管通道与能源中心结构发生不均匀沉降，洞口的防漏抗渗质量将难以确保。本工程将常规的硬型接口改成柔性接口，即用硅藻密封胶对管节与钢套圈之间的空隙进行填充，使洞口的防漏抗渗质量得到较好的保证。

（g）由停在±0.00 m室外地面便道上的汽车吊通过设备吊装孔将顶管机头吊离结构地下2层地下室（设备吊装孔位置、尺寸设计已兼顾顶管机头吊离所需要的施工空间）。

5.2 出洞口硅藻密封胶柔性接口处理施工工艺

（a）先将出洞口按截面分为8 区段，由上而下割除临时封堵的月亮钢板，清理（凿除）钢洞圈与钢管节间杂物、水泥浆固结物，清理深度按钢洞圈厚度为标准。

（b）在洞口每个分段区清理施工中认真查找漏水点，若发现漏水点立即采用XW-II（微膨胀）硅藻胶注浆封堵，由于XW-II（微膨胀）硅藻胶遇水后能迅速形成弹性固结体，阻止水源渗出，并可起到加固补强临土面一侧的土体（图5）。

图5 顶管进出洞口硅藻胶封堵示意

（c）穿墙管与管节间空隙处杂物清理及渗漏止水完成后，应保持清洁且无杂物。

（d）待所有区段月亮钢板割除、管节与洞圈之间空隙杂物全部清除后，在洞口深入150 mm处设置弹性密封圈，圈上预埋4～5 个Φ50 mm、长500 mm型注浆管。而后采用手动灌浆机通过预埋注浆管注入XW-II硅藻膨胀止水胶，施工顺序由下而上，直至注满为止。

（e）先在洞口150 mm空隙嵌填XW-III高弹硅藻防水胶，再在洞口表面处涂抹XW-I高弹硅藻防水密封胶（厚1～2 cm），增强密封性能及美观度。

5.3 出洞门漏水时的应急预防措施

（a）顶管机出洞后在顶管机完全脱离洞门时，在其洞圈与顶管机外壳之间会出现漏水，严重时会出现喷水。故在出洞时，现场应准备好麻袋、钢板等堵水、防水专用材料，工具设备以作备用（图6）。

图6 外径4 280 mm的钢顶管出洞实景

（b）一旦顶管机脱离洞门，要马上进行洞门封堵，用预先加工好的洞门月亮钢板将四周空隙全部焊接封住，再进行注浆。同时加强地面监测，若有塌方应及时通报。

（c）当出现小规模漏水时，可不做封堵，使顶管机快速前进，以期在短时间内推出洞门。若发生洞门喷水，可用水泥袋堵住水源，或用钢板封住顶管外壳与洞门间隙，以减少涌水量，顶管机快速推进，脱离洞门。

6 结语

本次虹桥能源中心“EPC”项目管理，成功利用南站地下室结构空间取代顶管施工接收井，不仅从设计源头改变了传统设计套路，施工中解决了两结构变形缝软型-硬型-柔性接口的新型防渗漏问题，而且由于责任共担，利益共享，组合单位之间得以齐心协力，精诚合作，使不少施工难题化弥繁于无形，真正体现了“设计施工一体化”的优势。目前，全国最大规模的虹桥商务区核心区（一期）区域供能“能源心脏”绿色建筑项目业已通过竣工验收。从工程质量和节省投资两方面来看，其EPC管理使业主和承包商均取得了良好的社会信誉和较高的经济效益，亦为今后类似工程提供了宝贵的借鉴经验。