超大直径盾构穿越外白渡桥施工时的保护技术.pdf

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1、增刊(总第149期)2010年11月中圄千放暑柱CHINAMUNICIPALENGINEERINGS1(SeriaINo．149)Nov．2010超大直径盾构穿越外自渡桥施工时的保护技术周永习(上海隧道工程股份有限公司，上海200080)摘要：上海外自渡桥是上海外滩通道工程重要保护节点之一。通过多种保护方案的比选，确定了移桥重建的保护方案。经外白渡桥桩基础的三维数值模拟显示，盾构穿越重建之后的外白渡桥使得外白渡桥桥墩没有发生沉降，而是发生了5mm左右的隆起。在实际施工中，通过控制推进参数和同步注浆、加注发泡剂等措施。最终外白渡桥隆起未超过4mm．保护效果明显。关键词：外滩通道：外白渡桥

2、；移桥重建法；数值模拟；施工参数优化中图分类号：0455．43文献标识码：B文章编号：1004-4655(2010)S1硼9—03上海外滩通道工程自北向南穿越整个上海外滩地区．誉为解决上海市中心交通问题的“心脏搭桥手术”式工程．同时也是2010年上海世博会工程项目之一。工程采用4,14270mm的土压平衡盾构施工。是国内直径最大的土压平衡盾构隧道。盾构在外滩历史文化风貌保护区和黄浦江的夹缝下穿行而过，沿途浅覆土、近距离穿越浦江饭店、上海大厦、外白渡桥、外滩万国建筑博览群、地铁、地下通道等设施．特别是外白渡桥于1907年建成以来．犹如一座丰碑横跨于苏州河上．记录了近现代上海的百年荣辱兴衰

3、．已成为了国人眼中上海的历史性地标。目前外白渡桥是上海市区的重要通道之一．过桥人流量、车流量较高。使用至今已达百年(被国务院列为国家重点文物)。已超出当初的设计寿命。同济大学桥梁工程系对全桥构件所做的剩余寿命评估结果显示．部分构件已超出其疲劳使用寿命。通道主线盾构顶距基础桩底约1．5m。鉴于外白渡桥的历史文化意义．如何保证大直径的土压平衡盾构从桥梁桩基下穿行过程中外白渡桥安全可靠．以及穿越后能否继续使用成为整个外滩通道工程中的一项关键技术。1外白渡桥保护方案的选取对于外白渡桥保护及加固问题．从2006年6月起，经多方研讨。形成了3条保护思路。1)加固法。即在盾构推进时加强观测、控制沉降

4、。当沉降>2(3111时。调节支座标高。但成功实施的前提条件是老桥墩在沉降过程中混凝土不出现较大的裂缝，导致垮塌。目前老桥墩的检测工作已完收稿日期：2010-11-．09成．结论为墩台已经老化。混凝土强度较低。该方案的最主要问题是实施风险太大．无法保证老桥墩的安全。2)托换法。总的思路是将外白渡桥保护分为两阶段处理。第一阶段是在盾构推至桥下前，新建托换桩基并将上部钢桁架顶升后落架至托换桩基上。在盾构推进过程中可维持原桥面交通。第二阶段是在盾构推进结束后．视地基沉降导致墩身破坏情况，最终决定是否重建墩身。托换法仅能解决盾构推进过程中桥梁结构的安全问题．但托换法钢桁架在原桥位处无法进行彻底

5、大修．不能彻底解决桥梁超荷超寿命继续安全使用的问题。3)移桥法。即在盾构推进前将外白渡桥上部钢桁架结构用驳船移至船厂大修。并将老墩台凿除重建．再将大修后的钢桁架移至新建墩台上。钢桁架在船厂可得以彻底大修。重获新生；由于钢桁架移位给墩身重建留出了较大的操作空间，故下部结构施工方便。因此．经过各方专家多次讨论，在外滩通道施工期间采用“移桥法”保护方案，并利用这个千载难逢的机会对外自渡桥进行大修。2盾构近距离穿越外白渡桥桩基础的三维数值模拟移桥重建之后．外白渡桥将会以一种全新的面貌回归到苏州河畔．但外滩通道工程盾构推进时将会从外白渡桥新建的桩基础之间穿过。为了准确预测盾构施工对新建桩基础的影

6、响。制订合理的施工方案和应急预案．针对盾构穿越桩基础的过程进行了数值模拟。2．1模拟思路1)隧道开挖模拟。隧道盾构施工中盾构机渐进·69·中圄千跋工张周永习：超大直径盾构穿越外白渡桥施工时的保护技术2010年增刊向前。周围土体则是相对静止的。用数值分析难以做到完全模拟盾构的连续推进过程．必须作一定的简化。通常将盾构推进作为一个非连续的过程来研究。假设盾构一步一步跳跃式向前推进．每次向前推进的长度(纵向)恰好为一个衬砌单元宽度．用改变单元材料的方法(刚度迁移法)来反映盾构的向前。盾构向前推进过程中周围土体的边界条件(位移边界、荷载边界)发生变化，导致土体应力状态发生改变．将这种变化转化为

7、相应的节点荷载作用于节点。进行有限元计算。本文根据模拟分析盾构推进到北桥墩前2．5m、穿过北桥墩、开挖到中桥墩前4m、穿过中桥墩、开挖到南桥墩前5m、穿过南桥墩共6个工况对桥基的影响。2)初始地应力模拟。在盾构法隧道开挖前．天然地层经过长时间的地质运动．在土体中已经形成自重应力为主的初始应力场。地层的初始状态极大地影响着盾构施工中发生的一切力学行为。这一点与地面工程极其不同。初始地应力是指在进行隧道施工之前地层的初始应力场，与地层构造、性质、埋